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与天气系统发生和发展有关的非均匀饱和湿位涡理论分析

王兴荣  魏鸣  
【摘要】:在动力气象理论方面,无论大尺度、中尺度还是小尺度大气运动,对于同一尺度之内大气运动演变机制,有着相当完美的讨论。然而,对于不同尺度天气系统之间转换演变机制讨论,即使因为它与天气系统的出现和发展密切相关而显得非常重要,却很少涉及。为了讨论这个重要的转换演变机制,在导出无粘滞非均匀饱和湿位涡(NUSMPV)方程的基础上,首先,通过对这方程进行数理分析证明:在非均匀饱和湿绝热大气运动中,干区和饱和区之间的不饱和区的NUSMPV是不守恒的,并进一步证明:只在次饱和区(0.78q/qs1),NUSMPV不守恒才是明显的,而在其它不饱和区,NUSMPV是接近守恒的。接着,根据守恒的相对性原理,通过NUSMPV无因次形式的讨论,把大气运动分成三类,即NUSMPV守恒,准守恒和不守恒运动。然后用数理分析方法讨论了各类运动的出现条件,时空之间关系,物理机制和一些特征。最后分析了不同尺度之间天气系统的转换机制,指出:当与狭义NUSMPV(P0)有关的涡管项(A)和非绝热加热项(B)之间的动力不平衡(A+B)/P0减少,以至NUSMPV守恒条件满足时,大气运动将主要通过非常快的频散适应过程继续失去不平衡能量,从较小尺度向较大尺度转换;而当(A+B)/P0增加,以至NUSMPV不守恒条件满足时,大气运动将主要通过非常快的外源激发过程,而从较大尺度向较小尺度转换。无论上述两种转换过程是那一种,一旦产生都将持续进行,直至大气运动重新回到NUSMPV准守恒运动状态。

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