切变基流中赤道Kelvin波及纬向对称扰动的稳定性

摘要

本文使用赤道β平面下的热带大气Boussinesq近似方程组,分析了纬向切变基流中的赤道Kelvin波以及纬向对称扰动的稳定性.研究结果表明,在纬向基本气流只具有y方向水平切变的情况之下,基本气流在y方向的切变并不能导致Kelvin波发生不稳定,只能导致不同的纬度上对应于Kelvin波传播的相速度有所不同.扰动位势和扰动风速等物理量在y方向的分布特征与基本气流无关.在只考虑垂直切变基流时,要存在稳定的相对于平均基流向东传播的Kelvin波必须要满足Richardson数Ri＞2的条件.基本气流在垂直方向的切变也不能导致Kelvin波发生不稳定,只能导致Kelvin波的相速度发生Doppler频移效应.扰动位势以及扰动速度在y方向的分布特征与基本气流在垂直方向的切变有关.当风的垂直切变大于零时,对流层低层的扰动位势和扰动速度沿y轴的正反方向衰减较快;而当风的垂直切变小于零时,对流层高层的扰动位势和扰动速度沿y轴的正反方向衰减较快.对于沿纬圈方向的对称天气系统,只要风的垂直切变较大,满足Ri＜1时,低纬重力惯性内波一定会发生不稳定.而当基本气流的垂直切变较小(Ri＞1)时,本文则给出了该扰动发生不稳定的判据条件.只要风的水平切变足够大,大于某一临界值(该临界值与垂直波数m,β因子,静力稳定度N2以及Richardson数Ri有关),在赤道y-z平面上的重力惯性内波也会发生不稳定,从而引起这种沿x轴对称扰动的激发产生与发展.