湿与干浅水系统中的湍流与赤道波

利用球面浅水方程研究了热带地区的湍流与大尺度波。在中尺度涡度强迫下，湿系统与干系统的动能标度均以旋转模态为主，且具有 -5/3 的指数。在更大的行星尺度上，能量的辐散分量增加，我们看到了热带波的足迹。干系统显示出整族赤道波的特征，而湿模拟仅显示出低频罗斯贝波、开尔文波和混合罗斯贝重力波，其等效深度与快速凝结估计相符。此外，具有交互式水汽的试验表现出自发聚集，平衡态湿能谱服从 -2 的幂律。天气尺度水汽异常在异质背景饱和度中形成，并在主导热带地区的旋转涡旋内由平流和辐合维持。在这种情况下，除赤道波和湍流外，中纬度出现一个大尺度向东移动的水汽波。在所有具有能量上串级转移的模拟中，均发展出有规律的赤道纬向平均纬向流，干集合与湿集合分别为东风与西风。该纬向平均流与空间异质饱和度场的相互作用导致了湿静止热带波的形成。超旋转流由湿试验中增强的赤道罗斯贝波活动引起的旋转涡动动量通量驱动。涡旋的性质使得干、湿情形下的热带环流分别趋于均质化和夸大位势涡度梯度。这些实验证明了热带波与湍流的共存，并强调涡旋风与辐散风同演化水汽场密不可分。