全部 标题 作者
关键词 摘要

OALib Journal期刊
ISSN: 2333-9721
费用:99美元

查看量下载量

相关文章

更多...
大气科学  2006 

扰动位能理论及其应用——扰动位能的概念、表达及其时空结构

DOI: 10.3878/j.issn.1006-9895.2006.05.12

Keywords: 扰动位能,能量,有效位能,大气参考状态,动能

Full-Text   Cite this paper   Add to My Lib

Abstract:

针对局地环流能量转换问题,该工作系列讨论扰动位能理论及其应用.此文是第一篇,提出了扰动位能的新概念,将其分解为大气扰动位能(简称扰动位能)和表面扰动位能两个部分,给出了扰动位能各阶矩项的数学表达形式,结合资料指出二阶以上的扰动位能高阶矩项相对于其一阶矩项和二阶矩项来说是小量,可忽略,并指出扰动位能二阶矩项的全球平均恰好等于传统的有效位能,但两者在物理意义上明显不同.结合NCEP/NCAR再分析资料,研究了扰动位能的时空结构以及与大气动能之间的联系.扰动位能一阶矩项在热带地区为正、高纬度地区为负;二阶矩项在热带和高纬度地区出现极大值,在副热带及中纬度地区出现极小值,即在南北方向上呈现三峰二谷的特征;在局地上,由于一阶矩项在数值上较二阶矩项绝对占优,因此,扰动位能的分布与其一阶矩项的情形相似.在垂直方向上,扰动位能主要集中在对流层下层,其数值随高度的增加而迅速减少,在50hPa以上均可以忽略不计.扰动位能有明显的季节变化,其在高纬度地区在冬半球比夏半球大很多;南、北半球平均的扰动位能一阶矩项季节变化的幅度约是相应二阶矩项的二十倍.随着季节变化扰动位能定常波的槽脊在北半球有显著的东西方向移动,而在南半球则只表现为振幅上的增减.分析表明,从区域或局地尺度上大气动能的季节变化与扰动位能一阶矩项的关系密切,二者呈显著反向变化关系,而与二阶矩项的关系不确定;但在全球或半球尺度上,大气动能与扰动位能二阶矩项的比率随季节基本保持不变,约是20%.此外,对大气总动能时空结构的分析也得到了与前人不同的新结果.关于利用此文提出的概念和理论对局地环流能量收支的分析、表面扰动位能的作用以及它们在大气环流变化研究中的应用,将在以后的文章中给出.

References

[1]  Huang R X.Available potential energy in the world\'s oceans.J.Marine Res.,2005,63:141~158
[2]  Kalnay E,Kanamitsu M,Kistler R,et al.The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project.Bull.Amer.Meteor.Soc.,1996,77:437~471
[3]  高丽,李建平,任宏利.绝热大气过程的若干性质.自然科学进展,2006,16 (2):243~247 Gao Li,Li Jianping,Ren Hongli.Some characteristics of the atmosphere during an adiabatic process.Progress in Natural Science,2006,16 (6):644~648
[4]  Smith P J.A computational study of the energetics of a limited region of the atmosphere.Tellus,1969,21 (2):193~201
[5]  Smith P J.On the contribution of a limited region to the global energy budget.Tellus,1969,21 (2):202~207
[6]  Johnson D R.The available potential energy of storms.J.Atmos.Sci.,1970,27:727~741
[7]  Edmon H J Jr.A reexamination of limited-area available potential energy budget equations.J.Atmos.Sci.,1978,35:1655~1659
[8]  Lorenz E N.The Nature and Theory of the General Circulation of the Atmosphere.Geneva:World Meteorological Organization Publication,1967.97~107
[9]  杨大升,刘余滨,刘式适.动力气象学.北京:气象出版社,1983.303~304 Yang Dasheng,Liu Yubin,Liu Shikuo.Dynamical Meteorology.Beijing:China Meteorological Press,1983.303~304
[10]  Peixoto J P,Oort A H.气候物理学.吴国雄,刘辉等校译.北京:气象出版社,1995.289~291 Peixoto J P,Oort A H.Physics of Climate.Springer-Verlag,New York:American Institute of Physics Press,1992.308~364
[11]  Lorenz E N.Available potential energy and the maintenance of the general circulation.Tellus,1955,7 (2):157~167
[12]  Margules M.ber die energie der stürme.Jahrb Zentralanst Meteor,1903,40:1~26
[13]  Winn-Nielsen A,Chen T-C.Fundamentals of Atmospheric Energetics.New York,Oxford:Oxford University Press,1993.376pp
[14]  Dutton J A,Johnson D R.The theory of available potential energy and a variational approach to atmospheric energetics.Advances in Geophys.,1967,12:333~436
[15]  Taylor K E.Formulas for calculating available potential energy over uneven topography.Tellus,1979,31:236~245
[16]  Boer G J.Zonal and eddy forms of the available potential energy equations in pressure coordinates.Tellus,1975,27 (5):433~442
[17]  Lorenz E N.Available energy and the maintenance of a moist circulation.Tellus,1978,30:15~31
[18]  Oort A H,Ascher S C,Levitus S,et al.New estimates of the available potential energy in the world ocean.J.Geophys.Res.,1989,94:3187~3200
[19]  Shepherd G.A unified theory of available potential energy.Atmos.Ocean.,1993,31:1~26
[20]  Siegmund P.The generation of available potential energy,according to Lorenz\' exact and approximate equations.Tellus,1994,46A (5):566~582

Full-Text

Contact Us

service@oalib.com

QQ:3279437679

WhatsApp +8615387084133