从牛顿力学认识罗斯贝波的振荡机理及其回复力.PDF

气象科技 进展 从牛顿力学认识罗斯贝波的振荡机理及其回复力 1 2 蔡鸣 虞越越 （1 佛罗里达州立大学地球海洋大气系，美国；2 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点 实验室，北京 100029） 摘要：蔡鸣和黄渤华[1]近期对罗斯贝波形成机制提出了一个全新的物理解释：对地转流而言，科氏参数纬向变化与地形 坡度一样，起着机械障碍作用，可使沿上坡（下坡）方向的地转流产生质量辐合（辐散）。由于不能继续沿等压线上 （下）坡流动，部分由机械障碍所引起的质量辐合（辐散）会导致上坡区（下坡区）气压升高（降低），剩余部分则改 道穿越等压线，转为非平衡流。由机械障碍激发的非平衡流又会受到科氏力作用。当科氏力将非平衡流转向与等压线平 行时，作用在被转向气流的科氏力已与原上坡区（下坡区）的气压升高（降低）后所产生的气压梯度力平衡，于是科氏 力不再继续起转向功能，也就是说科氏力的转向功能仅发挥了一半，便与气压变化的水平梯度平衡了。由非平衡流变为 与等压线平行气流，从而形成新的上坡（下坡）地转流，完成一轮完整振荡。这种振荡包含了“障碍物”所激发的质量 辐合／辐散及因其而改道穿越等压线的非平衡流，以及半周期科氏转向，故称为“机械－科氏振荡”，其回复力为“障 碍物激发的半周期科氏力”。经历一个完整振荡循环后，在北（南）半球面朝上（下）坡方向，与新气压场平衡的新地 β 转上下坡流型将出现在原地转上下坡流型的左侧。而科氏参数引起的“ -障碍”在南北半球均沿各自的极地方向抬升， 因此该振荡激发的波型，即罗斯贝波，总是向西传播。 关键词：罗斯贝波， 科氏力，地转平衡，非平衡流 DOI：10.3969/j.issn.2095-1973.2013.05.001 On the Oscillation Mechanism and Restoring Force for Rossby Waves 1 2 Cai Ming , Yu Yueyue (1 Department of Earth, Ocean and Atmospheric Science, Florida State University, USA 2 State Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics (LASG), Institute of Atmospheric Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029) Abstract: The recent work of Cai and Huang[1] presents an entirely new view on the physical origin of Rossby waves: the presence of the latitudinal variation of the Coriolis parameter and/or a sloped bottom terrain serves as a mechanical barrier that causes a mass convergence (divergence) when a geostrophic flow crosses it uphill (downhill). Part of the mass convergence (div