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也谈Rossby长波理论及其“悖论” 预览
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作者 陶祖钰 费海燕 《气象科技进展》 2017年第5期27-31,共5页
鉴于罗斯贝长波理论无辐散假定与物理学波动概念之间的矛盾,文章讨论了牵连涡度和相对涡度之间的相互转换实际上都需要通过散度才能实现。从地转适应理论的角度看,罗斯贝无辐散的假定实际上是假定地转适应过程无限快,和物理学的波动概... 鉴于罗斯贝长波理论无辐散假定与物理学波动概念之间的矛盾,文章讨论了牵连涡度和相对涡度之间的相互转换实际上都需要通过散度才能实现。从地转适应理论的角度看,罗斯贝无辐散的假定实际上是假定地转适应过程无限快,和物理学的波动概念并不抵触。最后从流线和轨迹的区别分析了长波中散度的分布特征及其与长波移速在物理上的关联。 展开更多
关键词 罗斯贝长波 适应 散度 涡度
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与东北冷涡相伴的高空急流诱发平流层重力波的数值模拟研究 预览 被引量:5
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作者 陈丹 陈泽宇 吕达仁 《地球物理学报》 SCIE EI CSCD 北大核心 2014年第1期10-20,共11页
使用中尺度数值模式WRF-ARW,针对2010年6月发生在中国东北地区一例伴随对流层高空西风急流(位于~9 km高度)演变过程出现的平流层重力波活动特征开展了数值模拟.事件发生期间,对流层区域环流处在一个东北冷涡系统的控制之下.模拟结果... 使用中尺度数值模式WRF-ARW,针对2010年6月发生在中国东北地区一例伴随对流层高空西风急流(位于~9 km高度)演变过程出现的平流层重力波活动特征开展了数值模拟.事件发生期间,对流层区域环流处在一个东北冷涡系统的控制之下.模拟结果再现了该东北冷涡的发展和维持过程,以及与之相伴的高空急流的特征.模拟结果揭示出在急流区域上空的平流层中存在显著重力波活动现象.分析结果显示,重力波活动与急流存在紧密联系,在水平方向上,重力波呈显著的二维结构,出现在急流出口区上部并逆背景流向西传播.功率谱分析结果表明盛行波动具有~700 km水平尺度、9~12 h时间尺度以及4~5 km垂直波长.由于急流的存在,造成其与平流层中下部之间存在显著的水平风速垂直切变,与切变相伴的耗散使得上传的重力波动量通量数值随着高度升高而递减.同时,在18~20 km高度间出现的西风-东风转换带极大地抑制了波动在垂直方向的传播,形成显著动量通量沉积效应.估算结果表明,在11~20 km高度之间,这种效应的整体作用相当于对该层背景流施加强度为0.86 m·s-1·day-1的动力阻曳. 展开更多
关键词 平流层重力波 高空急流 适应 东北冷涡
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天气预报的理论基础——准地转理论概要及其业务应用 预览 被引量:4
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作者 陶祖钰 周小刚 郑永光 《气象科技进展》 2012年第3期6-16,共11页
准地转理论(quasi-geostrophic theory),是预报员建立清晰的预报思路所必须掌握的动力学基础。从垂直运动和天气系统发展的诊断这两个天气预报的根本问题出发,介绍了准地转理论的来源,指出它是近代大气动力学的正压大气长波理论向现代... 准地转理论(quasi-geostrophic theory),是预报员建立清晰的预报思路所必须掌握的动力学基础。从垂直运动和天气系统发展的诊断这两个天气预报的根本问题出发,介绍了准地转理论的来源,指出它是近代大气动力学的正压大气长波理论向现代大气动力学的多层斜压大气数值模式发展的历史必然。准地转方程组的推演过程说明,准地转理论是基于严密数学推导和物理洞察力的、建立在物理学三大定律(动量、能量、质量守恒)之上的完整的大气动力学理论体系,因此是大气动力学的核心。ω方程和位势倾向方程的强迫项表明,温度平流和涡度平流是最基本的预报因子,它们导致地转平衡的破坏,同时又通过所伴随的次级环流使地转平衡得到不断地恢复(即地转适应过程),从而使大尺度环流在缓慢的变化中始终保持准水平和准地转平衡状态。准地转理论还揭示了温度平流是使后倾斜压扰动发展的根本原因,而涡度平流所伴随的垂直环流则导致了大尺度环流系统热力结构的变化。最后给出了一些在常规天气图上可以直接使用的定性规则作为准地转理论在实际预报中应用的参考。 展开更多
关键词 动力学 大尺度环流系统 斜压发展 次级环流 适应
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南海北部冬季逆风流的动力诊断 被引量:3
4
作者 宏波 王东晓 《科学通报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第B11期9-14,共6页
采用高分辨率三维海洋环流模式对南海北部陆架/陆坡区环流场进行动力诊断分析,探讨南海暖流所在海区环流场的动量收支和南海暖流逆风流动的动量来源.研究表明,穿越陆架的压力梯度和跨陆架输运的地转适应是产生东北向逆风流的主要原... 采用高分辨率三维海洋环流模式对南海北部陆架/陆坡区环流场进行动力诊断分析,探讨南海暖流所在海区环流场的动量收支和南海暖流逆风流动的动量来源.研究表明,穿越陆架的压力梯度和跨陆架输运的地转适应是产生东北向逆风流的主要原因;沿陆架方向的压力梯度与海面应力、海底应力和科氏力相平衡,且量级比穿越陆架方向上动量方程各项的量级小.该海区动量收支方式的分析对今后南海北部海洋环境预报具有重要参考价值. 展开更多
关键词 南海北部 逆风流 海洋环流模式 动量收支 适应
旋转流地转适应过程与能量转换规律 预览 被引量:1
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作者 方娟 伍荣生 《大气科学进展:英文版》 SCIE CAS CSCD 2002年第5期 845-854,共10页
利用一维线性浅水模式从一个比较普遍的角度对地转适应过程中能量转换的特点进行分析.文中首先考虑了两类不同的初始不平衡流的适应问题.一个是Gill所采用的质量不平衡模型,即初始场是静止的,只有水面扰动;另一个是Rossby中所考虑的动... 利用一维线性浅水模式从一个比较普遍的角度对地转适应过程中能量转换的特点进行分析.文中首先考虑了两类不同的初始不平衡流的适应问题.一个是Gill所采用的质量不平衡模型,即初始场是静止的,只有水面扰动;另一个是Rossby中所考虑的动量不平衡模型,其初始不平衡流中只有风场的扰动.对这两个模型的适应过程而言,一个显著的特点就是能量转换率始终不会大于l/2或者小于0,即适应过程中有位(动)能的释放和向动(位)能的转换,但释放出的能量最多只有其中的一半可以保留在最后的平衡场中.另外,本文对任意初始不平衡流适应过程中的能量学特征也进行了分析,指出对于偏差场(相对于一定基本态)的动能和位能而言,上述能量转换关系依然成立. 展开更多
关键词 适应 质量不平衡 动量不平衡 能量换率 动能 位能
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平流层球面大气地转适应过程和惯性重力波的激发 预览 被引量:12
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作者 黄荣辉 陈金中 《大气科学》 CSCD 北大核心 2002年第3期 289-306,共18页
观测表明,在1979年2月平流层爆发性增温期间由于准定常行星波的上传,平流层存在着强烈非地转运动,从而导致很强的散度场和很强的大振幅重力波活动.作者用Hough函数构造一个线性正压全球谱模式,以1979年2月22日平流层爆发性增温期间10hP... 观测表明,在1979年2月平流层爆发性增温期间由于准定常行星波的上传,平流层存在着强烈非地转运动,从而导致很强的散度场和很强的大振幅重力波活动.作者用Hough函数构造一个线性正压全球谱模式,以1979年2月22日平流层爆发性增温期间10hPa上的实际地转偏差作为初始扰动来模拟平流层在爆发性增温时非地转扰动的地转适应过程,并从散度场的变化来讨论平流层爆发性增温时重力波的激发和传播.模拟结果表明:由于在平流层爆发增温时,伴随着大范围的非地转运动的产生,气压场将很快与流场相互调整(此过程以气压场向流场调整为主),经过2~4 h气压场与流场达到地转关系,并且在适应过程中散度场产生剧烈变化,这说明在适应过程中所激发的惯性重力波的活动是很剧烈的. 展开更多
关键词 平流场 适应 惯性重力波 Hough函数 平流层 线性正压全球谱模式 球运动 气压场
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地转适应与锋生 预览 被引量:2
7
作者 伍荣生 方娟 《解放军理工大学学报:自然科学版》 2001年第1期 1-6,共6页
地转适应过程是大气中的一个重要过程.对地转适应问题及其在锋生动力学中的应用作了简单回顾,同时利用最小能量原理指出地转适应的终态是否满足地转平衡关系取决于初始不平衡拢动的位涡分布.
关键词 适应 最小能量原理 锋生动力学 大气动力学 平衡 位涡分布 平衡锋生模式
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地形对地转适应和锋生的影响 预览 被引量:3
8
作者 方娟 伍荣生 《大气科学进展:英文版》 SCIE CAS CSCD 2001年第4期 524-538,共15页
作者的目的是分析地形对由于热力差异所引起的局地锋生现象和地转适应过程的影响.为此,分别用零位涡流和均匀位涡流来近似代替实际大气,并借助位涡、绝对动量、位温的守恒关系,就地形对适应锋生和适应过程中能量转换等问题进行了简... 作者的目的是分析地形对由于热力差异所引起的局地锋生现象和地转适应过程的影响.为此,分别用零位涡流和均匀位涡流来近似代替实际大气,并借助位涡、绝对动量、位温的守恒关系,就地形对适应锋生和适应过程中能量转换等问题进行了简单讨论.初始位温扰动的水平分布及其相对于地形的位置对适应锋生有重要影响.当初始热力扰动主要位于地形迎风坡山脚时,地形不利于锋面形成,这时要形成锋面不连续,初始位温梯度的水平变化必须非常显著:当初始热力扰动主要位于山顶附近时,地形促进流体运动的辐合,有利于锋面不连续的形成,这时即使初始位温梯度的水平变化不是很大,也可能会形成锋面;当初始热力扰动主要位于背风坡时,地形是否有利于锋面不连续的形成取决于流体的层结情况,如果流体的基本层结很弱,地形促进锋面不连续的形成,反之,地形不利于锋面不连续的形成,这种差异主要是由于在这两种情况下,地形引起的下沉增温效应的强弱是不同的.另外,地形对地转适应过程中动能和位能之间的能量转换率也有影响,与没有地形的情况相比,当初始热力差异显著区位于迎风坡时,能量转换率减小,当不平衡场位于背风坡时,能量转换率增加,原因是在迎风坡流体要克服重力作功,在背风坡重力对流体作正功. 展开更多
关键词 适应 锋生
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平衡流形成的机制与锋生 预览 被引量:2
9
作者 伍荣生 方娟 《大气科学进展:英文版》 SCIE CAS CSCD 2001年第3期 323-334,共12页
利用最小能量原理讨论了非地转流经过调整后的平衡态的情况。对于两维模型来说,不平衡流通过调整获得的平衡终态依赖于初始不平衡场的分布特点。如果不平衡流的初始位涡是非均匀的,则其通过适应过程而达到的平衡状态不一定满足热成风... 利用最小能量原理讨论了非地转流经过调整后的平衡态的情况。对于两维模型来说,不平衡流通过调整获得的平衡终态依赖于初始不平衡场的分布特点。如果不平衡流的初始位涡是非均匀的,则其通过适应过程而达到的平衡状态不一定满足热成风关系;对于初始位涡是均匀的或为零的不平衡流来说,如果初始密度的水平变化不是非常显著,则运动最后可以达到热成风平衡状态,反之,最后的平衡态则不满足成风关系,对于这种情况,我们利用广义动量坐标系进行了详细讨论。 展开更多
关键词 锋生 适应 热成风平衡 广义动量坐标
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热带地转适应运动的动力学基础 预览 被引量:1
10
作者 巢纪平 《气象学报》 CSCD 北大核心 2000年第1期1-10,共10页
文中讨论了热带斜压大气地转适应过程中的若干动力学约束关系,在不考虑行星位势涡度梯度的前提下给出了三维重力惯性波的频散方程、位势涡度时间不变式。在这基础上指出由于Taylor-Proudman定理成立,运动将趋于水平化... 文中讨论了热带斜压大气地转适应过程中的若干动力学约束关系,在不考虑行星位势涡度梯度的前提下给出了三维重力惯性波的频散方程、位势涡度时间不变式。在这基础上指出由于Taylor-Proudman定理成立,运动将趋于水平化。同时指出,在热带纬圈半地转平衡更易出现。地转适应后的运动,一般是水平无辐散的,虽然垂直运动趋于零,但物理场随高度仍然有变化,即是层结的。 展开更多
关键词 热带斜压 大气 适应 动力学约束
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β作用对不连续形成的影响 预览
11
作者 方娟 伍荣生 《南京大学学报:自然科学版》 CAS CSCD 1999年第3期378-382,共5页
利用动量坐标讨论了β作用对不连续形成的影响,指出在初场为密度与z无关的静止大气的地转适应的过程中,不连续的形成不仅与初始条件有关,而且与β作用也有一定的关系,β作用有利于不连续的形成。
关键词 适应 不连续 β作用 大气 中尺度运动 风场
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论大气运动的多时态特征:适应,发展和准定常演变 预览 被引量:11
12
作者 叶笃正 《大气科学》 CSCD 北大核心 1998年第4期 385-398,共14页
对中国气象学家在地转适应和运动多时态特征方面的研究了概要性总结。其中主要介绍在风,压场的地转以及适应过程完后,尚可区别出以Rossby波频散为特征的发展过程,和在平流过程为特征的准定常变过程。
关键词 大气动力学 适应 大气运动 多时态 定常演数
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四川盆地暴雨天气过程形成的物理机制分析 预览 被引量:4
13
作者 罗可生 《高原山地气象研究》 1994年第1期18-24,共7页
对每小时一次的高分辨卫星云图资料分析表明:造成四川盆地暴雨天气过程的中尺度云团是由具有不同天气尺度的形成机制,斜压抬升不是唯一造成盆地暴雨天气的机制。在暴雨天气过程中,各气象要素场相互制约,相互适应,用地转适应的结... 对每小时一次的高分辨卫星云图资料分析表明:造成四川盆地暴雨天气过程的中尺度云团是由具有不同天气尺度的形成机制,斜压抬升不是唯一造成盆地暴雨天气的机制。在暴雨天气过程中,各气象要素场相互制约,相互适应,用地转适应的结论和判据,来描述暴雨天气过程中各要素相互适应、制约的方式和条件,为进一步认识、了解盆地暴雨天气形成机制提供了一种新的途径,也为广大预报员提供了一种新的暴雨天气预报思路。由于盆地的特殊地形作用,使对流层中下层的大气状态,有时为准正压结构,有时又为斜压结构.在准正压状态下,盆地暴雨天气的形成机制与热带区积云对流的降雨形成机制相类似。在斜压状态下,盆地暴雨天气的形成机制中、高纬度地区的斜压降雨形成机制,在结构上有着较明显的差异。 展开更多
关键词 暴雨 适应 准正压结构 斜压不稳定 高分辨卫星云图
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短波斜压扰动系统移动及强度变化的诊断分析 预览
14
作者 于志良 《山东气象》 1990年第1期6-11,15共7页
本文应用非绝热准地转位势倾向方程,分析和讨论了中纬度短波斜压扰动系统移动和强度变化的条件。理论分析和实例计算表明,地转风涡度平流对促使斜压扰动东移有重要贡献;地转风差动厚度平流是斜压扰动发展或衰减的重要影响因素;差动潜... 本文应用非绝热准地转位势倾向方程,分析和讨论了中纬度短波斜压扰动系统移动和强度变化的条件。理论分析和实例计算表明,地转风涡度平流对促使斜压扰动东移有重要贡献;地转风差动厚度平流是斜压扰动发展或衰减的重要影响因素;差动潜热能平流对斜压扰动的移动和发展均有不可忽视的作用。该方程用于短波斜压扰动移动及强度变化的诊断分析和预报是一种较好的方法。 展开更多
关键词 斜压扰动 诊断分析 涡度平流 位势倾向方程 非绝热加热 低涡 潜热能 适应 水汽条件
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青藏高原500hpa暖性高压生成的热成风适应机制 被引量:1
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作者 李国平 万军 邓思华 《成都信息工程学院学报》 1991年第Z1期1-8,
本文利用热成风适应原理,采取分解分析法对青藏高原500hpa暖性高压的生成机制作了一些定性和定量的讨论。结果表明:在扰动的水平尺度大于热成风适应的特征尺度的条件下,当源地有明显的负值非热成风涡度出现时,流场将向温度场适应,而温... 本文利用热成风适应原理,采取分解分析法对青藏高原500hpa暖性高压的生成机制作了一些定性和定量的讨论。结果表明:在扰动的水平尺度大于热成风适应的特征尺度的条件下,当源地有明显的负值非热成风涡度出现时,流场将向温度场适应,而温度场由于高原的加热作用存在暖中心或暖脊,则适应的结果在高原大气500hpa形成暖性高压,并伴随高层辐合,低层辐散及下沉运动。 展开更多
关键词 气象学 高原高压 适应 热成风适应 非热成风涡度
全文增补中
垂直变量配置对静力适应过程的影响 预览
16
作者 郭海龙 刘宇迪 +1 位作者 眭敏 余江林 《气象科学》 北大核心 2019年第4期446-456,共11页
为了研究垂直变量配置对静力适应过程的影响,本文从描写静力适应过程的方程组出发,分别在将所有变量置于整层上的非跳点N网格;将垂直速度和温度放置在整层,水平速度、气压和密度等变量放置在半层的Charney Phillips跳点网格(CP网格);将... 为了研究垂直变量配置对静力适应过程的影响,本文从描写静力适应过程的方程组出发,分别在将所有变量置于整层上的非跳点N网格;将垂直速度和温度放置在整层,水平速度、气压和密度等变量放置在半层的Charney Phillips跳点网格(CP网格);将水平速度、气压和温度放置在整层,将垂直速度和密度放置在半层的Lorenz跳点网格(L网格);将密度变量放置在整层的Charney Phillips跳点网格(CP_N网格);将密度放置在整层的Lorenz跳点网格(L_N网格)上进行离散,垂直格距分1 km、0.5 km、0.2 km和0.01 km,研究了在这5种网格上产生的频率和垂直群速的相对误差。结果表明:(1)L_N网格和CP网格是完全等效的两种网格。(2)不论垂直格距为多少,CP网格和L网格的误差都是最小,N网格次之,CP_N网格的误差最大。(3)随着垂直格距的减少,在这几种网格上产生的误差都在减小。对于CP网格、L网格和N网格,在水平长波和垂直短波处产生的误差较大。而CP_N网格对水平波长变化不敏感,垂直波长越短,误差越大。(4)当垂直格距为0.01 km时,这几种网格都对水平波长的变化不敏感了,仅对垂直波长敏感。(5)CP网格、L_N网格和L网格在描写静力适应过程和斜压地转适应过程都是误差最小的垂直变量配置方案,因此在非静力完全可压缩深层大气数值预报模式中应优先选择这3种方案。 展开更多
关键词 静力适应过程 斜压适应过程 声重力波 垂直变量配置
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将原始方程计算应用于数值天气预报业务 曾庆存院士谈留苏岁月 预览
17
作者 曾庆存 周权 《科学文化评论》 2018年第1期88-95,共8页
2016年5月至2017年9月,笔者在导师张藜教授的指导下,多次访谈了曾庆存院士,本文即依据全部访谈整理而成,其中学术成就部分以书面访谈形式为主。本文旨在再现当年国家派遣留苏科技生的时代背景,包括留苏科技生选拔、
关键词 苏联科学院 数值预报 原始方程 曾庆存 留苏预备部 大气科学 球流体力学 适应过程 计算机 气象卫星 专修学校 红外遥测
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空间分辨率和空间差分精度对水平网格性能的影响 预览
18
作者 刘宇迪 任景鹏 李国义 《地球物理学报》 SCIE EI CSCD 北大核心 2009年第1期 30-40,共11页
为了说明在物理空间中空间差分精度和空间分辨率对Arakawa A-D网格性能的影响程度,将线性浅水方程组采用二阶中央差和四阶中央差格距分别取100km、10km和1km在Arakawa A-D网格上进行离散和120min的模拟预报,模拟结果和解析解进行比较,... 为了说明在物理空间中空间差分精度和空间分辨率对Arakawa A-D网格性能的影响程度,将线性浅水方程组采用二阶中央差和四阶中央差格距分别取100km、10km和1km在Arakawa A-D网格上进行离散和120min的模拟预报,模拟结果和解析解进行比较,结果表明:当网格距是1km时,不论采用二阶中央差分方案还是四阶中央差分方案,重力惯性波在4种网格上模拟的结果相同,即变量配置的影响是可以忽略的;当网格距增加到10km或100km时,不同的变量配置模拟的结果是不同的.但是,不论对二阶中央差还是四阶中央差,当网格距相同的情况下,在C网格上模拟得到的结果均方根误差最小,在D网格上模拟得到的结果均方根误差最大.同时也表明:当差分精度从二阶增加到四阶后,模拟结果的误差并非一致减少,并和群速相对误差的变化一致,因此对于初值为混合波的多变量方程组而言,增加差分精度不能改进模拟的结果.并且缩小网格距比增加差分精度对减少在Arakawa A-D网格上离散产生的误差更明显. 展开更多
关键词 正压适应过程 Arakawa A-D网格 二阶差分方案 四阶差分方案
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四阶紧致差分格式对三维网格计算特性的影响 预览
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作者 刘宇迪 周鑫 +1 位作者 朱红伟 侯志明 《解放军理工大学学报:自然科学版》 EI 2008年第4期 392-398,共7页
为了研究四阶紧致差分格式对三维网格计算特性的影响,引进了一种推导斜压地转适应过程频散关系的通用方法,采用二阶中央差和四阶紧致差分格式从频率和群速度两个方面比较在各种三维网格上描述斜压地转适应过程产生误差的情况。结果表... 为了研究四阶紧致差分格式对三维网格计算特性的影响,引进了一种推导斜压地转适应过程频散关系的通用方法,采用二阶中央差和四阶紧致差分格式从频率和群速度两个方面比较在各种三维网格上描述斜压地转适应过程产生误差的情况。结果表明,采用高精度的四阶紧致差分格式仅能提高三维网格C/LTS和EL/LTS的计算特性,而对其他几种三维网格的影响则不是正面的。四阶紧致差分格式在大气或海洋数值模式中应慎用。 展开更多
关键词 斜压适应过程 四阶紧致差分格式 三维网格
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用格子Boltzmann方法构建大气动力学模式的初步研究 预览 被引量:1
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作者 刘峰 胡非 《气象学报》 CSCD 北大核心 2003年第3期267-274,共8页
文中建立了一个格子Boltzmann模型,经过Chapman-Enskog展开得到的方程组能完整描述正压大气的动力过程,成功地模拟了正压地转适应过程,对Obukhov的经典例子进行了数值检验.结果表明,Obukhov的结果只体现了科氏力和气压梯度力的平衡,而... 文中建立了一个格子Boltzmann模型,经过Chapman-Enskog展开得到的方程组能完整描述正压大气的动力过程,成功地模拟了正压地转适应过程,对Obukhov的经典例子进行了数值检验.结果表明,Obukhov的结果只体现了科氏力和气压梯度力的平衡,而本模型可以精确地描述科氏力、惯性力和气压梯度力三者的完整平衡,与Obukhov线性理论相比,气压变化量的数值相差28%,说明了线性适应理论只在定性方面正确,在定量方面还不准确.数值结果还表明粘性力在地转适应过程中基本不起作用.同时,还模拟了一个更大尺度的适应问题,验证了气压场与风场适应过程取决于尺度大小这一论断.数值试验表明,格子Boltzmann方法用于模拟大气运动是可行的,而且因其编程简洁方便,天然具有极好的并行性能,对于建立模拟大气和海洋这样涉及复杂动力热力过程的多相大规模数值模式很有发展潜力. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN模型 正压大气 动力过程 正压适应过程 离散运动论模型 大气动力学模式
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