首页> 正文

扰动位能的理论研究和诊断分析

2020-11-23阅读(617)

扰动位能的理论研究和诊断分析

论文摘要

大气能量学一直是大气科学研究中的重要组成部分。特别地,可以将大气能量变化作为桥梁和纽带,从而衔接大气中的热源(汇)变化与大气环流异常。为了将能量有效性的研究从全球大气整体向局地或区域尺度拓展,本文提出了扰动位能的新概念,以期考察局地意义上大气位能与动能之间的相互转换。在此基础上,探讨了大气参考状态的一些性质,利用再分析资料进行了局地或区域能量学相关问题的诊断分析,并且将有关表面扰动位能的研究从理论论证推向了实际估算,取得了有价值的结果。主要结果和结论有:1)证明了绝热大气过程的若干性质,包括大气熵范围的不变性和表面位温的局地不变性等。并指出大气参考状态应当是实际大气经过绝热过程后可以达到的状态,不同时刻的实际大气对应的参考状态应是不同的。2)提出了扰动位能的新概念,推导出包括一阶矩项、二阶矩项和表面扰动位能在内的数学表达形式。扰动位能二阶矩的全球平均恰好与传统的有效位能相一致,后者是扰动位能在全球平均意义下的特殊情形。扰动位能的全球平均以二阶矩为主,而区域和局地尺度中一阶矩项占主要部分。3)推导出局地动能和扰动位能一阶矩的能量收支方程,在局地情况下,若考虑绝热和无摩擦,动能和扰动位能一阶矩项的总和守恒,动能的增加(或减少)必然通过一阶矩扰动位能的转换来完成。4)考察了扰动位能的全球分布、垂直结构和季节变化等气候特征。一阶矩项大约以南北纬30°为界,热带为正,热带外为负;二阶矩项恒正;表面扰动位能的分布与大尺度地形密切相关。扰动位能的最大值出现在对流层下层,并随高度增加其数值迅速减少。扰动位能各部分都有明显季节变化。并且在局地或区域尺度上,大气动能与扰动位能一阶矩之间成反向季节变化关系;在全球或半球尺度上,大气动能与扰动位能二阶矩的比率似与季节无关。5)扰动位能一阶矩存在明显的年际和年代际气候变率特征,低纬地区的显著正异常对应着ENSO循环中的暖事件,而二阶矩的这种对应关系偏弱;表面扰动位能的显著变率特征更多体现在青藏高原地区。夏季扰动位能一阶矩在典型季风区和青藏高原区存在2～4年显著周期;冬季南北半球热带与热带外

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 大气能量学研究概述
  • 1.1.1 全球气候系统能量循环
  • 1.1.2 大气能量的基本形式、转换和能量循环
  • 1.2 大气中能量的有效性
  • 1.3 有效位能理论的研究进展回顾
  • 1.4 大气的理想状态——参考状态的研究进展
  • 1.5 问题的提出
  • 1.6 本文的研究内容及框架结构
  • 第二章 大气参考状态的探讨
  • 2.1 绝热调整过程中表面位温变化
  • 2.2 等熵面上绝热大气过程的质量守恒性质
  • 2.3 条件最小全位能
  • 2.4 小结和讨论
  • 第三章 扰动位能理论的建立及其基本特征
  • 3.1 扰动位能及其表达
  • 3.2 区域能量平衡方程
  • 3.2.1 动能变化方程
  • 3.2.2 扰动位能变化方程
  • 3.3 结果与讨论
  • 第四章 扰动位能的气候学特征
  • 4.1 扰动位能的时空结构
  • 4.1.1 扰动位能的全球分布
  • 4.1.2 扰动位能的垂直结构
  • 4.1.3 扰动位能的季节变化
  • 4.2 表面扰动位能的气候特征分析
  • 4.2.1 表面扰动位能的年变化特征
  • 4.2.2 表面扰动位能的方差特征
  • 4.3 扰动位能不同分量的年变化比较
  • 4.4 扰动位能与动能之间的联系
  • 4.5 结果与讨论
  • 第五章 扰动位能的气候变率和时空特征
  • 5.1 纬向平均扰动位能的年际变率
  • 5.2 全球和区域平均扰动位能的年际变化特征
  • 5.2.1 全球平均情形
  • 5.2.2 北半球平均情形
  • 5.2.3 南半球平均情形
  • 5.2.4 季风区平均情形
  • 5.2.5 青藏高原地区情形
  • 5.3 扰动位能气候变率的小波分析
  • 5.4 扰动位能一阶矩和二阶矩的相关关系
  • 5.5 扰动位能的EOF 分析
  • 5.5.1 热带地区扰动位能的EOF 分析
  • 5.5.2 热带外地区扰动位能的EOF 分析
  • 5.6 小结
  • 第六章 扰动位能与大气运动异常的相关机理分析
  • 6.1 资料和SVD 方法
  • 6.2 扰动位能与500 hPa 大气动能的相关关系
  • 6.3 扰动位能与850 hPa 大气动能的相关关系
  • 6.4 扰动位能与200 hPa 大气动能的相关关系
  • 6.5 扰动位能与海平面气压的相关关系
  • 6.6 扰动位能与大气动能相关关系的综合分析
  • 6.7 中高纬环流指数与扰动位能的相关分析
  • 6.8 小结
  • 第七章 非绝热加热与扰动位能的相关机理分析
  • 7.1 大气非绝热加热概况
  • 7.2 海表温度与扰动位能的耦合关系
  • A′ 之间的 SVD 分析'>7.2.1 热带地区 SST 与热带PA′ 之间的 SVD 分析
  • A′ 之间的 SVD 分析'>7.2.2 热带地区海表温度与热带外地区PA′ 之间的 SVD 分析
  • 7.2.3 Nino3 指数与扰动位能的相关分析
  • 7.3 表面温度与扰动位能的相关关系
  • 7.4 大气视热源与扰动位能的相关关系
  • 7.4.1 大气视热源的计算
  • 7.4.2 相关分析
  • 7.4.3 热带地区Q1 和扰动位能的SVD 分析
  • 7.4.4 热带外地区Q1 和扰动位能的SVD 分析
  • 7.5 小结与讨论
  • 第八章 总结与展望
  • 8.1 主要结论
  • 8.2 讨论与展望
  • 致谢

    • 相关论文文献

    • [1].分层扰动位能理论及其应用——以南海夏季风的年际变化为例[J]. 地球物理学报 2013(02)
    • [2].扰动位能与大气环流异常的耦合关系及机理研究[J]. 地球物理学报 2012(03)
    • [3].局地大气能量有效性中的表面扰动位能特征[J]. 气象学报 2011(04)
    • [4].扰动位能在东亚夏季风变化中的作用研究现状及展望[J]. 地球科学进展 2016(02)
    • [5].非绝热加热对大气局地扰动位能的影响和机理[J]. 地球物理学报 2013(10)
    • [6].CAE软件操作小百科(17)[J]. 计算机辅助工程 2013(05)
    • [7].基于监测结果的快速反馈分析在上海虹源盛世工程中的应用[J]. 隧道与轨道交通 2017(03)
    • [8].软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移仿真模拟[J]. 中国市政工程 2013(06)
    • [9].Helmert扰动位及其积分核函数的椭球实用公式[J]. 武汉大学学报(信息科学版) 2018(12)
    • [10].大气分层扰动位能控制方程及其应用——南海夏季风活动的能量收支[J]. 大气科学 2012(04)
    • [11].航天器微振动主动控制研究[J]. 农业机械学报 2018(11)
    • [12].基坑分层开挖扰动位移时效特性相似模型试验研究[J]. 施工技术 2018(S1)
    • [13].用椭球函数解Molodensky问题[J]. 大地测量与地球动力学 2014(06)
    • [14].自稳式深大基坑开挖卸载扰动位移一般规律[J]. 应用力学学报 2016(06)
    • [15].汽轮机中不同扰动源对共振机理低频振荡的影响[J]. 江苏电机工程 2013(06)
    • [16].深埋隧道开挖过程动态及破裂形态分析[J]. 岩石力学与工程学报 2009(10)
    • [17].由GOCE高低卫卫跟踪数据反演地球重力场的模拟研究[J]. 大地测量与地球动力学 2014(06)
    • [18].不同扰动位泛函间的积分变换广义核函数[J]. 测绘学报 2013(02)
    • [19].大型泥水盾构近距离穿越运营地铁关键技术研究[J]. 城市道桥与防洪 2008(10)
    • [20].利用空中球面边值问题确定似大地水准面[J]. 海洋测绘 2017(03)
    • [21].重力场扰动位泰勒展开式低阶项应用研究[J]. 测绘通报 2014(01)
    • [22].考虑流变特性的软土长时位移分析方法及其应用[J]. 上海交通大学学报 2013(09)
    • [23].地面超载对大型盾构施工扰动位移的影响[J]. 交通建设与管理 2010(05)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

    扰动位能的理论研究和诊断分析
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5