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垂直风切变减弱地形重力波地表拖曳的动力机制

地形重力波,垂直风切变,动量通量

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.1 山地气象

地形重力波在将动量与能量从地球表面向高层大气输送的过程中发挥着重要作用。尽管过去的研究一致表明基本气流中的常量垂直风切变会使线性静力地形重力波所产生的地表拖曳减弱，但其背后的动力机制尚未明确。本研究利用线性波动理论和静力地形重力波解析模型，将地表波动气压分解为与基流对水平辐合的平流相关的分量，，和与垂直风切变的扭曲（twisting）效应相关的分量，。理论分析结果表明，地表  虽受垂直风切变的影响而改变，但其分布仍保持关于地形的对称性，因此不贡献净拖曳。与此不同的是，地表  在垂直风切变的作用下将产生明显的非对称响应，从而减弱地形重力波的地表拖曳。地表  对垂直风切变的这种响应特征，与地表水平散度场的向下风切方向偏移密切相关。频谱分析进一步揭示，该偏移源于垂直风切变对地表水平散度场的相位谱的改变，而其幅度谱则保持不变。上述发现为垂直风切变对地形重力波地表拖曳的减弱提供了动力学解释，并为改进数值模式中的地形拖曳参数化方案提供了物理依据。