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涡旋流自发辐射惯性重力波的初步解析研究

赵南 甘璐 沈新勇

赵南, 甘璐, 沈新勇. 涡旋流自发辐射惯性重力波的初步解析研究. 应用气象学报, 2010, 21(1): 83-88..
引用本文: 赵南, 甘璐, 沈新勇. 涡旋流自发辐射惯性重力波的初步解析研究. 应用气象学报, 2010, 21(1): 83-88.
Zhao Nan, Gan Lu, Shen Xinyong. A preliminary analytical study on the spontaneous emission of inertia gravity waves from vortical flows. J Appl Meteor Sci, 2010, 21(1): 83-88.
Citation: Zhao Nan, Gan Lu, Shen Xinyong. A preliminary analytical study on the spontaneous emission of inertia gravity waves from vortical flows. J Appl Meteor Sci, 2010, 21(1): 83-88.

涡旋流自发辐射惯性重力波的初步解析研究

资助项目: 

公益性行业科研专项经费项目 GYHY200806009

及江苏省青蓝工程 2009

灾害天气国家重点实验室科研业务费、国家自然科学基金项目 40775033

国家重点基础研究发展规划项目 2009CB421503,2004CB418301

A Preliminary Analytical Study on the Spontaneous Emission of Inertia gravity Waves from Vortical Flows

  • 摘要: 平衡流(或粗略地说涡旋流)调整目前被认为是惯性重力波产生的一种新的机制并被称为自发辐射问题。基于f平面上正压模式,该文对涡旋流自发辐射惯性重力波这一问题进行了初步解析研究。首先,通过该模式讨论了慢流形和平衡流的概念并强调了平衡流的涡旋运动特征。假定Froude数F<<1且Rossby数ε=O(1)(即近似为平衡流的涡旋流包括了梯度风和其他非地转成分),于是基本方程可以写为有关惯性重力波的非齐次波动方程,其非齐次项与涡旋流的非平衡性质有关,而对于严格平衡的涡旋流,非齐次项消失, 故涡旋流的非平衡性实际上提供了惯性重力波的强迫源, 通过找出该方程的格林函数给出了反映自发辐射的非齐次解。在远离波源的区域,该非齐次解可以展开为远场形式,包括单极、偶极和四极辐射, 另一方面,在波源区域以内及其附近,解的近场形式可以看作是慢流形的近似表达式。结果表明:与涡旋流相伴随的辐合/辐散运动主要由两部分组成,即由它自发辐射出的惯性重力波以及从属于平衡流的缓慢变化的辐合/辐散运动。与Ford的匹配渐近展开方法相比较,尽管不能给出更高阶近似,但格林函数法得到的非齐次解形式,在描写自发辐射方面更具物理直观性。
  • 图  1  被限制在一个有限的区域内 (阴影区D) 的涡旋流自发辐射惯性重力波示意图

    Fig. 1  The sketch map of spontaneousemission of inertia-g ravity waves fromvertical flow confined to afiniteregion (shadow part D)

    图  2  反映格林函数时空结构的等值线图

    (已经进行了无量纲化,仅在负位相区域 (阴影区) 画出等值线0.000,-0.025,-0.050,-0.075,-0.125,-0.20,-0.30,-0.40,-0.50)

    Fig. 2  The contour map of the non-dimensio nalizedspatio-tem poral struc ture of the Green function

    (contour lines are drawn only in the negative phase (shadows) at 0.000, -0.025, -0.050, -0.075, -0.125, -0.20, -0.30, -0.40, -0.50)

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出版历程
  • 收稿日期:  2009-04-14
  • 修回日期:  2009-10-19
  • 刊出日期:  2010-02-28

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