三維潮濕山岳波的數值研究

A numerical study of three-dimensional moist mountain waves

羅旭峰(Hsu-Feng Lo)

指導教授 ： 許武榮

共同指導教授 ： 吳清吉(Ching-Chi Wu)

國立臺灣大學/理學院/大氣科學研究所/碩士(2007年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2007.01749

摘要

過去對於乾大氣的非靜力度與非線性對山岳波的影響有很多的討論，現在對於乾大氣山岳波的基本行為已有充分的認識。本研究考慮水氣對山岳波的影響，在受到地形影響激發雲之後，環境的大氣穩定度將因潛熱釋放而減小，此時所呈現的山岳波特性仍需進一步的探討。
本研究使用許武榮與商文義教授合作發展的三維非靜力模式，在考慮水氣過程的影響下，對山岳波的結構及發展作數值模擬。首先模擬在較低的大氣溫度結構下，水氣對山岳波的影響，由於水氣稀少，所以潮濕山岳波與乾山岳波的外型沒有顯著差異。將大氣溫度提高，水氣含量加大後，潮濕大氣的山岳波因為水氣達飽和、潛熱釋放的修正效果，使環境大氣穩定度降低，甚至造成條件不穩定，引發與山岳波型態不同的對流活動。
本研究也將環境穩定度設計為兩層，即底層未飽和具有較大的環境穩定度，高層則因水氣飽和而穩定度變小；當滿足Scorer (1949) 條件時，則會引起類似陷入山岳波的型態。這是因為雲區內外穩定度的不連續面，造成山岳波的反射現象，以致部份山岳波的能量沿著地表向下游傳遞。
本研究也進一步模擬類似台灣冬季的東北季風，探討對流不穩定對大氣環境山岳波及層雲發展的影響，其結果引起與山岳波型態完全不同的對流運動，最後層雲則會破碎成雲街；此現象與冷乾空氣經由大陸出海後，引發東海洋面上的對流性積雲群的現象相似。隨著地形增高，開始會有一些非線性效應，受到非線性作用擾動之後，在山頂有很強的非線性平流，此時所呈現的山岳波又會有不一樣的特性。

關鍵字

山岳波 ； 雲街 ； 數值研究

並列摘要

Mountain waves are often generated when stably stratified air flows over a mountain ridge. Although mountain waves have been the subject of extensive study, but most previous theoretical work has neglected the effects of moisture on the dynamics of these waves. The primary impediment to the study of moist mountain waves is the complexity of the equations which govern moist flow.
A series of numerical simulation and analyses have been conducted using a nonhydrostatic three-dimensional numerical model to study moist mountain waves. An idealized bell shaped mountain is assumed on the domain with a uniform basic wind.
The results show that the magitude and wavelength of the waves are changed with the presence of an initial cloud deck for the stable condition. In the case with unstable environmental condition, the cloud deck breaks into cloud streets as expected.

並列關鍵字

mountain waves ； cloud streets ； numerical simulation

參考文獻

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