两种类型中尺度涡旋Rossby波的相速度及其物理机制

作     者：沈新勇 Shen Xinyong

作者机构：南京信息工程大学江苏省气象灾害重点实验室南京210044 

出 版 物：《气象科学》 (Journal of the Meteorological Sciences)

年 卷 期：2006年第26卷第4期

页      面：355-364页

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

基　　金：国家自然科学基金项目(编号:40433007) 江苏省自然科学基金项目(编号:BK2005141) 江苏省气象灾害重点实验室(南京信息工程大学)项目(编号:KLME050201) 国家重点基础研究发展规划项目(编号:2004CB418301) 上海台风研究基金课题(编号:2004)共同资助 

主　　题：横波不稳定 第一类涡旋Rossby波 第二类涡旋Rossby波 基流二次切变 涡度守恒方程 

摘      要：本文使用正压浅水方程组以及纬向切变基流下二维中尺度横波型扰动的Bouss-inesq近似方程组,分析了这种沿着基本气流方向传播的中尺度扰动的波动传播物理过程。研究结果表明,中尺度涡旋Rossby波划分为两种类型。由于纬向基本气流的方向的二阶水平切变或者基本气流的垂直涡度在南北方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。基本气流在垂直方向上的风速切变对于中尺度横波型的扰动起着不稳定的作用。如果考虑基流的二次垂直切变时,可以得到第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是基本流场的风速-U的二次垂直切变或者基本流场y方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于基本气流-U0也是单向传播的,其相速度与纬向波数k有关,能量是频散的,在纬向x方向存在群速度。在基本流场的风速-U存在二次垂直切变时,横波型不稳定可能是混合的涡旋Rossby-重力波的不稳定;而当基本流场的风速-U仅仅存在线性切变,不存在二次垂直切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,横波型扰动的不稳定则仅仅是重力惯性波的不稳定。最后利用横波型扰动的总涡度守恒方程对第二类涡旋Rossby波形成的物理机制做出了解释。