大气涡旋研究中的两个问题1

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1、大气涡旋研宄中的两个问题梁裕鸣(山西省晋中职业技术学院机电工程系山西.晋中030601)大气涡旋研究领域至今仍然存在着很多未解之谜。其中最根本的问题有两个，1.涡旋是如何生成的？2.维持气旋长时间运行的物理机制是什么？即水汽如何驱动气旋的问题。对澡堂小气旋和无风涡旋过程的分析得出，涡旋系统主发展的关键机理是扭效应；对澡堂小气旋维持过程的分析得出，冷凝增速是维持气旋运行的唯一动力。关键词：自扭效应惯性系统收缩涡旋冷凝增速TwoproblemsinthestudiesonatmosphericvortexLiangYu-ming(JinzhongVocationa

2、landTechnicalCollegeShanxiJinzhong030601)Abstract:Therearestillmanyunsolvedmysteriesinthefieldofatmosphericvortexresearch.Themostfundamentalquestionistwo,1.Howisthevortexgenerated?2.Whatisthemechanismformaintainingacycloneforlongperiodsoftime?Thatishowwatervapordrivesthecyclones.The

3、analysisofthesmallcycloneandwindlessvortexprocessesshowsthatthekeymechanismoftheindependentdevelopmentofvortexsystemistheself-torsioneffect.Theanalysisoftheprocessofthesmallcyclonemaintenanceofbathhouseshowsthatthecondensationrateistheonlydrivingforcefortheoperationofthecyclone.Keyw

4、ords:self-torsioneffect;inertialsystem;vortexformedbycontraction;condensingrate1引言［研宄的意义］热带气旋(tropicalcyclone,简称TC)是在热带或亚热带大气中也成的具有啜心结构的强烈涡旋，是地球环境中的十大自然灾害之一。台风登陆引发的强风、暴雨、风暴潮、洪水及泥石流等灾害，给人民生命和财产带来严重损失；龙卷风(tornado)是大气屮最强烈的涡旋，其近地面最大风速达120—175m/s,经过之处常发生拔起大树、掀翻车辆、摧毁建筑物等灾害，给过境区域人民生命和财产带来损

5、失。雷暴(Thunderstorms)也是一种大气涡旋现象，发展强烈的超级单体可以生成龙卷风。处于雷暴阶段的云层对大地放电，对建筑物、人体、电子设备等产生极大危害，雷暴过程引发的暴雨和冰雹也会造成灾害。对这些涡旋生成机制的研究具有很高的科学价值和实际意义。［前人研宄进展］自1860年建立气象学以来，人们对温带气旋、热带气旋、龙卷风、雷暴等大气涡旋现象进行了长时间研宂。在解释温带气旋生成上，挪威学派的锋面学说和芝加哥学派的斜压不穂定理论被认为是中高纬度大尺度运动发生和发展的机制之一；在解释热带气旋生成上并存着2种理论，即1964年由J.G.Charney等提出的

6、第二类条件不稳定(CISK)机制，1986年由Emanuel等提山的海气相互作用(WISHE)机制；在解释龙卷风和雷暴的生成上，超级单体学说被认为是合适的理论。［前人研宄遗留的问题］在对这四种涡旋生成机制的研宄屮，人们采取了分别处理的办法。然而，在这些被认为能够解释或部分解释局部涡旋生成的理论基础上，却不能形成一个统一的涡旋生成理论。在这些理论提出后以及后续长时间的深入研究和验证中，人们陆续发现，这些理论对各A领域中一些实际观测的现象不能作岀合理解释。问题到底岀在哪里呢？我们知道，A然科学是以实验为基础的。由于大气运动研究中各类实际困难，人们不能找到一个合适的

7、实物实验是问题的关键。由于缺少实物实验，之前各类涡旋生成研究屮普遍秉持的基本逻辑观点是：涡旋是巾外部动力或外部扰动促成的。在长期的涡旋生成研究中，外部动力促成涡旋的观点具有了更广泛的内涵。为方便讨论，本文称之为‘外强迫’观点。［本研宄切入点］在无风的澡堂中，当水汽温度和环境温度相差较大时，小气旋可以自发生成，并且是自维持运行的。小气旋不是由水平风促成的，而是由水汽冷凝引发的动力学过程促成的。小气旋生成过程被看作是‘内部’动力过程应当更合适。这个实验事实说明：一部分涡旋的生成与水平风无关。或者说，在无水平风的环境屮，当满足一些特定条件时，涡旋也可以生成。也就是说

8、，之前研究所秉持的‘外强迫’观点可能存