《地形重力波非局地拖曳理論研究》是依託南京大學，由徐昕擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：地形重力波非局地拖曳理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐昕
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
地形重力波是地球大氣中常見的波動，其動量傳輸導致的拖曳效應對大氣環流具有重要的影響。過去對地形重力波拖曳的研究主要集中於垂直傳播的地形重力波，但是對地形重力波三維傳播導致的非局地拖曳認識十分有限。本項目基於射線追蹤理論和數值模擬，對地形重力波在旋轉大氣中的三維傳播進行研究，建立一個地形重力波非局地拖曳理論模型。在此基礎上，利用再分析資料以及高解析度地形數據，研究實際大氣中地形重力波三維傳播對其拖曳效應的影響機理，促進對地形重力波拖曳的認識，並為數值模式中地形重力波拖曳參數化的改進提供理論依據。
結題摘要
地形重力波是對流層大氣和中高層大氣相互耦合的重要物理過程。垂直傳播的地形重力波能夠將動量由地表輸送至地球大氣的中高層，通過波流相互作用影響中高層大氣環流的動量和能量收支。然而在大尺度數值模式中，地形重力波通常為次格線物理過程，因此需要對其進行參數化。過去對地形重力波拖曳的研究主要集中於垂直傳播的地形重力波，但是對於地形重力波三維傳播導致的非局地拖曳的認識十分有限。本項目基於射線追蹤理論和數值模擬，對地形重力波的三維傳播進行研究，建立一個地形重力波非局地拖曳理論模型。在此基礎上，利用再分析資料以及高解析度地形數據，探討實際大氣中地形重力波三維傳播對其拖曳效應的影響機制。 本研究首先根據線性波動理論和高斯波束近似方法，從理論上推導出地形重力波的近似解，並利用數值模擬對不同條件下的近似解進行驗證。在此基礎上，發展建立了基於高斯波束近似解的新的地形重力波參數化方案。利用ECMWF多年再分析資料對新的地形重力波參數化方案進行離線測試，分別研究了水平頻散以及方向性垂直風切對北半球地形重力波拖曳的影響。結果表明，地形重力波的水平頻散能夠減小地形重力波的振幅，不利於地形重力波的破碎以及動量傳輸。在此情況下，地形重力波更易於在高層大氣發生破碎。定量計算表明，平流層低層的地形重力波拖曳減少，而平流層上層以及中間層的地形重力波拖曳增加。地形重力波水平頻散對冬季地形重力波拖曳的影響最顯著，主要集中於青藏高原西部，北美落基山脈，以及格陵蘭島等地區。此外，在低緯地區的對流層，冬夏季風的存在導致水平風場具有很強的方向性切變（方向變化超過90°）。受此影響，超過一半的地形重力波動量在對流層被吸收，同樣能夠導致低層重力波拖曳的減少和高層重力波拖曳的增加。研究成果促進對地形重力波拖曳的認識，為數值模式中地形重力波拖曳參數化的改進提供了理論依據。
