Sunday, December 9, 2012

波能量方程, r,z方向的波数, 波动的圆频率。


台风内核与外
能量发展的物􀀁


祖光夏

􀀁

京气象学院, , 􀀁 􀀂 􀀂 􀀂 􀀁 􀀁

提要




􀀁􀀂 􀀁􀀂 􀀁􀀂 风的及物量特征度的结果, 采用尺度分析方法导出了

台风

不同域的控制方程, 又用􀀁 􀀁 􀀂 得到波能量方程并进讨论􀀁 出影

台风发展的物

理因子在各的异同点􀀁 都有非定常因子, , 风内核及外围

流层的因

有涡和切的垂直变, 围边界层及其偏差, 围流出层有水平


温梯度, 些因子与重力波当的移向相配, 使台风能量发, 强度


风内核外围能量发理因子

􀀁

引言

台风

热带要的灾害性天气系统, 国内外气象工者十视并进行


究的深入, 人们把台风分成内核和外围两行天气动力学分析,


注意加强􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂指出, 对整个咫风用一种简单的尺度分析是不能的,


, 力学有共性有差魏鼎文和􀀁􀀂􀀁􀀂据实测料的

析证

这个, 提出热带涡旋的多尺度组的观点


, 台风与力惯波密切有关, 而且的结构基本气流的


和不均匀

切向风的垂直

成风偏差物理因, 对台风的不稳定

发展

有着重要总的看, 台风不同展离不开, 但各因子在不


重要有差别, 有必要较深入的分析


文讨题是, 台风成内核与外围之后, 不同域的动力和性质各


有哪些差别, 括不同域的控波能量影响展的物

子等

面的同点为此, 我们先度分析角度求得制方程组􀀁而采

􀀁

􀀁􀀁法导出能量方程, 据此析各展因子􀀁然后内核与围的主


子作些讨论􀀁最后进行总结

􀀁

台风控制方程

我们

献〔􀀁􀀁, 风分成􀀁, 见图􀀁􀀁为中层对流层, 􀀁

􀀁

􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁到初稿􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂修改稿􀀁本文由

·

􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁

􀀁

期郑祖􀀁外围能量发展物理因子

界层

, 􀀁为眼壁, 􀀁为流出层本文把, 称为台风内核, 􀀁􀀁􀀁称为


的差别体现在尺度数上我们􀀁, 􀀁, 􀀁, , , , 􀀁, 􀀁,

􀀁

􀀁作为尺度分析参


, 分别表示切向

垂直方向的分速度

, 水平气梯度, 密度, 长度尺度, 向距


, 域厚和时间尺度些尺度参数的特征值􀀁

􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁
􀀁􀀁􀀁

􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁

􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁口口􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁

􀀁

􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁一一􀀁􀀁􀀁一一


􀀁􀀁􀀁􀀁, 􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁把咫风, 穿线边界量流入, 穿过实线的可忽略不􀀁引自􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁·


􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁, 􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂􀀁, 􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁, 􀀁

􀀁􀀂

􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂, 􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂·


􀀁成熟带气旋的尺数的特􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁一‘, 引自文献仁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁廿􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁, 􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁尺度分析参数

􀀁􀀁􀀁􀀁

􀀁􀀂􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀂􀀁􀀂􀀂􀀁􀀁􀀁􀀂􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀂􀀂􀀂􀀂􀀂􀀁􀀁􀀁, · ,

􀀁

, · 􀀁􀀁, 千米

􀀁

, 千米


了及

􀀁

􀀁, · ,

􀀁􀀁

,

△ 可

􀀁, 􀀁􀀁􀀂千米􀀁,

􀀁

, · 􀀁




􀀁

􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁,

􀀁􀀁

􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀂􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁分析图􀀁􀀁看出􀀁点如下台风内核􀀁􀀁􀀁的特征半径􀀁􀀂􀀁􀀂,

切向风大而

向风小, 上升流强, 流为其主要特征台风外, 边界层􀀁􀀁􀀁

风最大

, 加上摩擦而引起质量流人􀀁流出􀀁􀀁􀀁径向切向风􀀁较其它􀀁􀀁


, 有质量流出􀀁中层对流􀀁􀀂􀀁也是切向径向, 和内核一样􀀁不同的

􀀁

对流不强, 是相对不活跃􀀁的特点为下面的尺度分析提供依据


照文􀀁􀀁􀀁, 台风近似地看成圆柱状, 采用轴对称的柱坐标下动力学方程进

行描

, 其无摩擦无量纲形式为

􀀁

􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁· 􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁􀀁,




􀀁

􀀁􀀁􀀁􀀁一。


􀀁




􀀁

􀀁

􀀁

刀百􀀁, ( ,

樱) +


(

嘿)+

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嘿)+ (:+ 县)(


厅d 口之

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!

2


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方程组(1) 括

号前的量无量纲的征量, 州fL 是R os b}’ 数。u

w

分别为径



切向和

垂直方向的速度, , 为气压,

0

为位温;心是非绝热加热, 奋~ 0字C T , 其中

热带

报10 卷

T

是绝对温度, 是单位空气质量的加热率,

C

,

为定压比文献「5] 中表2 给出台

域的切向

向运动程及热力学方程各项的无量纲系数的量级, 本文限于篇幅未予列



把表1

度参数及文献巨5 ]中表2 的无量系数值代入方程组(1) 进行尺度分


, 取方程最低阶近似, 得各的控, 这时的未知量还原为有量纲量, 但仍

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