中尺度渦.pdf

1、中尺度是旋轉(zhuǎn)流體力學(xué)中旋地轉(zhuǎn)效應(yīng)主導(dǎo)的最小尺度,所以對于中尺度渦的研究可以作為理解一系列地轉(zhuǎn)占主的旋轉(zhuǎn)流體現(xiàn)象的基石。但是由于觀測上的困難,至今仍然缺乏對于中尺度渦三維結(jié)構(gòu)清晰的認(rèn)識;與此同時,由于概念上缺乏對于中尺度渦明確統(tǒng)一的定義,造成目前中尺度渦的相關(guān)理論支離破碎、彼此矛盾,甚至發(fā)生了中尺度渦與波動概念的混淆。波動雖然是自然界一類廣泛存在的現(xiàn)象,但并不是旋轉(zhuǎn)流體中所有的現(xiàn)象都可以用波動來解釋,事實上試圖用波動來對中尺度渦進(jìn)行解釋會

2、帶來一系列難以克服的困難。本文本著這樣一個基本理念試圖對中尺度渦的研究進(jìn)行正本清源,即中尺度渦作為一個獨立的物理現(xiàn)象必然具有明確簡潔的概念,并存在建立在這一概念上的一個統(tǒng)一自洽的中尺度渦動力學(xué),以及由這一動力學(xué)控制的中尺度渦統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。在這一理念的指導(dǎo)下,我們首先基于高度計資料與Argo浮標(biāo)數(shù)據(jù),從觀測中得到了中尺度渦全球統(tǒng)一的三維結(jié)構(gòu)。并在概念上給出了中尺度渦一個明確的定義,即中尺度渦是受地轉(zhuǎn)控制的局地位渦異常?；谶@一定義,我們使用極

3、值原理的思想建立一套中尺度渦的理論框架,并使用建立起的動力學(xué)回答了一系列波動理論難以回答的理論問題,包括:
　　(1)中尺度渦在f平面下的存在性問題;
　　(2)中尺度渦在水平方向收縮為有限半徑圓形結(jié)構(gòu)的原因;
　　(3)中尺度渦垂向結(jié)構(gòu)的確定以及維持機(jī)制;
　　(4)中尺度渦在β平面下攜帶水體向西移動的問題;
　　(5)其他一些諸如中尺度渦在移動過程中為什么不發(fā)生水平頻散與垂向模態(tài)分離的問題。揭示了形成閉