利用旋转平台模拟Rossby波现象的实验研究

张晓爽,吕红民

(中国海洋大学海洋环境学院,山东青岛266100)

利用旋转平台模拟Rossby波现象的实验研究

张晓爽,吕红民

(中国海洋大学海洋环境学院,山东青岛266100)

采用旋转浅水系统对地形Rossby波进行实验室模拟,Rossby波实验的目的是模拟地球上中纬度大气、海洋中产生Rossby波的机理。由于地球流体实验的特殊性,它与普通流体力学实验不同,必须要具备模拟地球自转形成的科氏效应的实验设备,同时,还必须采用特殊的测量手段和实验方法。地球上Rossby波的存在,是因为行星效应或β效应为其提供了回复力,由于地形效应与β效应在动力学上具有等价性,所以能够在实验室中通过斜坡地形的应用来模拟真实地球的β效应,进而对Rossby波的现象进行模拟。实验模拟出了地形激发Rossby波的基本现象,并在此基础上对已有的相关理论进行验证,并且给出了β值与Rossby波的关系。

地形Rossby波;β效应;地形扰动;实验模拟

Rossby波是地球流体运动中的1种基本运动现象。在大气的中上层,流场经常呈现波状,北半球有3～5个波,波长约为1 000 km,Rossby首先从理论上证明,这种波动是在β效应的作用下气流存在南北扰动而形成的,因此称为Rossby波。由于地球转动和地球曲率而使位涡在垂向和纬向上产生改变,从而导致这种非常慢的大尺度振荡。

对于大气和海洋中Rossby波的研究,人们除了进行理论研究外,还进行广泛的实验研究。例如Ibbetson和Phillips[1]等人曾利用实验室对不稳定的行星尺度流动进行了成功的实验研究。Whitehead[2]首次通过实验证明了利用振荡扰动能够在β平面上产生带状纬向流。……