论文部分内容阅读
本文基于热带气旋边界层的背景下,在传统的地转动量近似的基础上,引入了旋转作用,从而引进了一种新的线性化方程的方法:梯度风动量近似。本文在柱坐标系下,建立了气压梯度力、科氏力、离心力、湍流摩擦力和惯性偏差力的五力平衡,并应用梯度风动量近似线形化方程;通过量纲分析及消去法得到了方程组的水平风速解析解。通过对于三维不可压连续方程的积分,得出热带气旋边界层中的垂直速度分布。并从形式及物理意义上分析了解析解与经典Ekman理论及地转动量近似下边界层解析解的差别。
本文对于解析解的模拟,通过只给出热带气旋边界层顶部的强迫风场及边界层底部的下垫面状况来模拟热带气旋边界层中的风场状况。其中,利用DeMaria建立的热带气旋模型给出了热带气旋边界层顶部的强迫风场,而对于下垫面考虑下垫面的摩擦程度不均匀以及地形的作用。研究表明对于热带气旋系统应用梯度风动量近似与经典Ekman理论最大的区别在于径向风速的改进上,与径向风速有关的动力学变量也发生了相应的变化;下垫面的摩擦程度不均匀会引起边界层中各动力学变量场的变形;而地形的作用则对于热带气旋边界层中切向速度的影响较大;同时,热带气旋边界层中的风速矢端迹随半径的不同而变化。