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不同初始涡廓线对涡旋自组织影响的初步研究及敏感性试验

曾鹏  
【摘要】: 本文在涡旋自组织动力学的框架内对不同涡廓线的自组织问题进行了初步的研究。首先,用带有地形项的β平面二维准地转模式数值的研究了地形影响双涡自组织的物理机制,然后分析了初始场上不同涡廓线的双涡在自组织成单一的涡旋时的不同特点。结果表明:高斯型、双对数型、双正弦型、抛物线型及压缩型的初始分离的双涡,在地形的作用下,均能够自组织成为一个较大尺度的涡。初始涡廓线的不同,可以影响到涡自组织的过程,包括自组织过程的快慢等,双正弦型和抛物线型涡旋的螺旋带出现较早,合并过程也较快,而压缩型的涡廓线的螺旋带虽然也能很快出现,但却需要较长的时间才能合并成单一的涡旋。初始涡廓线的不同,可以影响到自组织起来的准终态涡的属性,包括准终态涡结构轴对称化的程度和复杂的程度,以及风速廓线的形状等。 其次,本文进行了不同强度的涡旋相互作用的试验以及地形的敏感性试验,分析了地形和涡旋强度的变化对双涡自组织的影响。结果表明:对于高斯型的双涡的初始场,地形范围的改变能够明显影响双涡互旋的速度;而地形高度的变化,可以影响到自组织起来的准终态涡的位置。当初始双涡的强度分布不一样时,在与地形上空的负涡度区作用下,其自组织的过程也不相同,对于东强西弱的初始涡度场,弱涡旋最终会合并入强涡旋中,而对于东弱西强分布的初始场,较弱的涡旋不会完全合并入较强的涡旋中,而是移动到地形的北面,形成一个弱的正涡度中心。 自组织是典型的非线性行为,体现了自然科学中的复杂性,本文的研究是在自组织动力学的框架内进行的,没有考虑非绝热加热,也没有考虑涡的垂直结构和环境层结的稳定性等,这些都有待继续研究。


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