球面二維亂流探討

蔡禹明¹　郭鴻基²

¹空軍氣象中心
²國立臺灣大學大氣科學研究所

摘要

　　太陽系中的類木行星，由可見光照片可看出其表面有明顯緯向帶狀的結構，以及大渦旋存在；地球中緯度的高層區存在著西風噴流，顯示帶狀噴流是行星風系的重要特徵之一。此動力特徵和球面上二維亂流合併的過程，以及背景的行星渦度梯度有關，系統經向的尺度受到萊茵斯尺度(Rhines scale)限制，緯向上可無限制成長，最終形成帶狀的結構，甚至出現如大紅斑的大渦旋。
　　地球上存在著渦旋與地形，二者皆會造成局部的位渦擾動，不同的地方在於：渦旋會移動，地形則靜止。本文延續前人的研究，使用全球波譜模式為研究工具，進一步探討渦旋與地形對於噴流結構的影響。研究結果顯示：(1)渦漩與地形的附近均出現西風加速的現象。(2)渦旋對於亂流的組織能力與渦旋本身結構有關。(3)地形愈規則，有助於動能在較短時間內反串跌到大尺度，約可減少一半的時間。

關鍵詞：二維亂流、球面諧函數、萊茵斯尺度。