大气三圈环流的动力系统模型

作     者：刘式达 付遵涛 刘式适 

作者机构：北京大学物理学院大气与海洋科学系气候与海-气实验室北京100871 

出 版 物：《地球物理学报》 (Chinese Journal of Geophysics)

年 卷 期：2014年第57卷第6期

页      面：1740-1745页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

基　　金：国家自然科学基金(40975027)资助 

主　　题：定性分析 定量分析 动力系统 大气三圈环流 

摘      要：定常情况下,本文利用球坐标系(λ,(?),r)的动力、热力学方程导出三维速度场(v_λ,v_(?),v_r)的动力系统.这种包括摩擦力和热传导的不可压缩大气运动的动力系统,无论从定性上还是从定量上都能描述由赤道和极地间的加热不均匀造成的三圈环流.定性上表明,在北半球经向速度v_(?)和纬向速度v_λ同符号,地表刮北风(v_(?)0)和刮西风(v_λ0)相对应.在南半球,经向速度v_(?)和纬向速度v_λ符号相反,刮北风(v_(?)0)相对应,刮南风(v_(?)0)和刮东风(v_λ0)相对应.定量分析表明球面上的压力场p可以用球调和函数p_l^m(sin(?))cosmλ来表达.当取l=6,m=0时即可导出三圈环流.在经圈剖面((?),r)上,地表的(?)_1=±56°和(?)_2=±28°左右,以及赤道是速度场的奇点,它们都是鞍点,说明在副热带是下沉运动,在中纬度是上升运动,这正是三圈环流中的Ferrel环流的特征.这样经向速度v_(?)和纬向速度v_λ相联系,经向速度v_(?)又和垂直速度相联系,那么三圈环流的三维速度场就构成了一个整体.