索马里急流生成机制以及对我国灾害天气影响的转盘实验和格子Boltzmann数值模式研究

越赤道气流是地球的南、北半球大气质量、动量、热量、水汽等交换的重要途径，而索马里急流是最强的越赤道低空急流。同时，索马里急流既是南亚和东亚季风环流的源头也是其重要成员。近些年的研究成果表明，索马里急流的强弱、位置的变化会给我国相关灾害天气系统的演变造成严重的影响。我们希望借助于流体力学理论Biot-Savart定律、转盘模拟实验和格子Boltzmann模式等方法，对索马里急流的生成机制、发展演变规律以及对我国相关大气环流系统的影响做深入的研究，为进一步提高索马里急流对我国旱涝灾害天气发生发展的影响提供一个有效的预测手段，同时也有利于大气环流转盘模拟实验研究和格子Boltzmann模式的创新与发展。

利用Biot-Savart定律和流体力学理论以及NCEP数据资料，研究分析了下垫面感热条件与越赤道索马里低空急流发生和发展的关系。太阳直射从南回归线逐渐向北移动过程中，索马里和阿拉伯半岛地表温度逐渐增高；而在此期间，西北印度洋海表温度却增加缓慢。两半岛地表温度高的区域就会使空气上升，而海表低温区域空气就会下沉。海陆温差的增加有利于Rayleigh-Benard对流环流的生成和发展也使得陆地和海面上正负垂直相对涡强度 增强。根据Biot-Savart定律，涡强度 的增强就必然诱导出的相应强大的水平速度。两半岛和海面上这一对正负相对涡度场耦合形成了一部高效率的“索马里抽气泵”。这一“抽气泵”将气流从南半球吸入在索马里沿岸附近排出。索马里半岛和阿拉伯半岛地表增温以及与西北印度洋海表温差是驱动“索马里抽气泵”运转的主要能源。.根据我们以上分析结论，我们利用转盘模拟实验和格子Boltzmann数值模式对索马里低空急流发生机制进行了研究，在这一研究项目执行中，我们成功的对转盘进行了设计改造并首次设计完成了可以等效模拟β效应问题的转盘模拟实验地形系统。另外，我们以原始非压缩Navier-Stokes equations方程为约束条件，构建了一个格子Boltzmann数值模式，这一数值模式是在平面笛卡尔坐标系构建的。模式的数值模拟区域：北纬 ，东京 ；垂直25层，水平分辨率为2km。在模式中包含了下垫面感热加热冷却效应同时也加入了水汽、雨滴、冰晶间相互相变时潜热释放的模块。通过以上理论和实验研究，我们认为，索马里低空急流发生发展的主要是来自于以下原因：.索马里和阿拉伯半岛地表温度的快速增高和西北印度洋海表温度的增加缓慢，使得两半岛地表温度与海表温差不断加大。海陆间温差的增大有利于局地Rayleigh-Benard对流环流的生成和发展也使得陆地和海面上正负垂直相对涡通量 增大，根据Biot-Savart定律，涡通量 的增大就意味着诱导出的水平速度的增大，而越赤道索马里低空急流正是陆地和海面上涡通量 诱导出的水平辐合风。. 总之，我们的研究认为：索马里半岛和阿拉伯半岛地表增温以及与西北印度洋海表温差加大是驱动“索马里抽气泵”运转的主要能源。.另外，索马里低空急流与我国西部地区的两个重要灾害天气系统西南低涡和兰州高压也存在着密切的相关性。根据我们的实验结果，西南低涡和兰州高压与索马里