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涡旋轴对称化的分形维数表征

罗哲贤 余晖 平凡 马革兰

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涡旋轴对称化的分形维数表征

罗哲贤, 余晖, 平凡, 马革兰

Vortex axial-symmetrization characterized by fractal dimension

Luo Zhe-Xian, Yu Hui, Ping Fan, Ma Ge-Lan
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  • 涡旋轴对称化是影响热带气旋预报的重要动力学过程. 截止目前的研究, 均用等值线图形主观识别涡旋轴对称化. 本文用一个准地转无幅散的正压涡度方程模式, 数值积分48 h, 模拟了初始非轴对称涡旋演变为轴对称涡旋的轴对称化过程. 根据模式输出数据, 计算了逐时涡旋外缘线的分形维数DB, 用分形维数DB的逐时变化客观表征涡旋轴对称化. 在此基础上, 计算了分形维数DB与热带气旋尺度参数Rm和热带气旋强度参数Vmax的相关系数. 结果显示, DB与Rm的相关系数为-0.70, DB与Vmax的相关系数为-0.75, 相关均显著. 用此途径, 客观表征了涡旋轴对称化与热带气旋参数的联系. 结果在热带气旋预报中有应用前景.
    The vortex axial-symmetrization is an important dynamical process affecting tropical cyclone track change, and it is identified by previous work, up to now, in terms of vorticity fields rather subjectively. Two-dimensional simulations whose integration time is 48 h using a quesi-geostrophic non-divergence barotropic vorticity equation model are performed. The evolutional processes from an initial non-axial-symmetric vortex to the final axial-symmetric vortex are produced. Fractal dimension DB of the perimeter of the vortex is calculated hourly based on the model output data. The results show that fractal dimension can be used to characterize the vortex axial-symmetrization objectively. Based on DB calculated, the correction coefficients CRD and CVD are calculated to be CRD=-0.70 and CVD=-0.75. They each have a significant correction. Here CRD denotes the correction coefficient between DB and Rm being TC scale parameter, and CVD denotes the correction coefficient between DB and Vmax being tropical cyclone intensity parameter. The relation between the vortex axial-symmetrization and the tropical cyclone parameters may be characterized. The results have potential applications in tropical cyclone forecasting.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:40975036和4092116038)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos, 40975036 and 4092116038).
    [1]

    Melander M V, McWilliams J C, Zabusky N J 1987 J. Fluid Mech. 178 137

    [2]

    McCalpin J D 1987 J. Geophy.Resear.92 8213

    [3]

    Enagonio J, Montgomery M T 2001 J. Atmos. Sci. 58 685

    [4]

    Luo Z X, Liu C J 2007 J. Geophy. Resear. 112 D 06103

    [5]

    Luo Z X 2003 Sciencein in China. D 33 686 (in Chinese) [罗哲贤 2003 中国科学 D辑 33 686]

    [6]

    Chen G H, Qiu G Q 2005 Acta Meteorol. Sin. 63 359 (in Chinese) [陈光华, 裘国庆 2003 气象学报 63 359]

    [7]

    Terwey W D, Montgomery M T 2008 J. Geophy. Resear. 113 D12112

    [8]

    Murakami S, Iwayama T 2010 Pros. Meeting Japan Soc. Fluid Mech. 139 09-09 (in Japanese)

    [9]

    Guimond S 2011 Ph. D. Dissertation (Florida State Uni.) UMI 3458743

    [10]

    Mandelbrot B B 1977 Fractals (San Frencisco: W. H. Freeman)

    [11]

    Lovejoy S 1982 Science 216 185

    [12]

    Luo Z X, Liu C J 2007 Geophysical Reasearch Lett. 34 L03808

    [13]

    Telesca L, Amatucci G, Lasaponara R, Lovallo M, Rodrigues M J 2007 Communications in Nonlinear Science and Numerical Smulation 12 1326

    [14]

    Yang J, Bian B M, Yan Z G, Wang C Y, Li Z H 2011 Acta Phys. Sin. 60 100506 (in Chinese) [杨娟, 卞保民, 闫振纲, 王春勇, 李振华 2011 物理学报 60 100506]

    [15]

    Yang J, Bian B M, Peng G, Li Z H 2011 Acta Phys. Sin. 60 100506 (in Chinese) [杨娟, 卞保民, 彭纲, 李振华 2011 物理学报 010508]

    [16]

    Yuan M J, Yu B M, Zheng W, Yuan J 2011 Acta Phys. Sin. 60 024703 (in Chinese) [员美娟, 郁伯铭, 郑伟, 袁洁 2011 物理学报 60 024703]

    [17]

    Zhang Q, Deng X J, Zhang Q X, Li Y D, Zhang Y M 2010 Acta Phys. Sin. 59 7442 (in Chinese) [张青, 邓小玖, 张启兴, 李耀东, 张永明 2010 物理学报 59 7442]

    [18]

    Ma Q L, Bian C H, Wang J 2010 Acta Phys. Sin. 59 4480 (in Chinese) [马千里, 卞春华, 王俊 2010 物理学报 59 4480]

    [19]

    Liu J H, Zhang H G, Feng J 2008 Acta Phys. Sin. 57 6868 (in Chinese) [刘金海, 张化光, 冯健 2008 物理学报 57 6868]

    [20]

    Chan J C L, Williams R T 1987 J. Atmos. Sci. 44 1257

    [21]

    Asselin R 1972 Mon. Wea. Rev. 109 18

    [22]

    Yang B, Luo M B, Tao X M, Feng C M, Ye G X 1999 Acta Phys. Sin. 48 1523 (in Chinese) [杨波, 罗孟波, 陶向明, 冯春木, 叶高翔 1999 物理学报 48 1523]

    [23]

    Luo Z X, Davidson N, Ping F, Zhou W C 2011 Adv. Mech. Engineering. 2011 ID 782590

  • [1]

    Melander M V, McWilliams J C, Zabusky N J 1987 J. Fluid Mech. 178 137

    [2]

    McCalpin J D 1987 J. Geophy.Resear.92 8213

    [3]

    Enagonio J, Montgomery M T 2001 J. Atmos. Sci. 58 685

    [4]

    Luo Z X, Liu C J 2007 J. Geophy. Resear. 112 D 06103

    [5]

    Luo Z X 2003 Sciencein in China. D 33 686 (in Chinese) [罗哲贤 2003 中国科学 D辑 33 686]

    [6]

    Chen G H, Qiu G Q 2005 Acta Meteorol. Sin. 63 359 (in Chinese) [陈光华, 裘国庆 2003 气象学报 63 359]

    [7]

    Terwey W D, Montgomery M T 2008 J. Geophy. Resear. 113 D12112

    [8]

    Murakami S, Iwayama T 2010 Pros. Meeting Japan Soc. Fluid Mech. 139 09-09 (in Japanese)

    [9]

    Guimond S 2011 Ph. D. Dissertation (Florida State Uni.) UMI 3458743

    [10]

    Mandelbrot B B 1977 Fractals (San Frencisco: W. H. Freeman)

    [11]

    Lovejoy S 1982 Science 216 185

    [12]

    Luo Z X, Liu C J 2007 Geophysical Reasearch Lett. 34 L03808

    [13]

    Telesca L, Amatucci G, Lasaponara R, Lovallo M, Rodrigues M J 2007 Communications in Nonlinear Science and Numerical Smulation 12 1326

    [14]

    Yang J, Bian B M, Yan Z G, Wang C Y, Li Z H 2011 Acta Phys. Sin. 60 100506 (in Chinese) [杨娟, 卞保民, 闫振纲, 王春勇, 李振华 2011 物理学报 60 100506]

    [15]

    Yang J, Bian B M, Peng G, Li Z H 2011 Acta Phys. Sin. 60 100506 (in Chinese) [杨娟, 卞保民, 彭纲, 李振华 2011 物理学报 010508]

    [16]

    Yuan M J, Yu B M, Zheng W, Yuan J 2011 Acta Phys. Sin. 60 024703 (in Chinese) [员美娟, 郁伯铭, 郑伟, 袁洁 2011 物理学报 60 024703]

    [17]

    Zhang Q, Deng X J, Zhang Q X, Li Y D, Zhang Y M 2010 Acta Phys. Sin. 59 7442 (in Chinese) [张青, 邓小玖, 张启兴, 李耀东, 张永明 2010 物理学报 59 7442]

    [18]

    Ma Q L, Bian C H, Wang J 2010 Acta Phys. Sin. 59 4480 (in Chinese) [马千里, 卞春华, 王俊 2010 物理学报 59 4480]

    [19]

    Liu J H, Zhang H G, Feng J 2008 Acta Phys. Sin. 57 6868 (in Chinese) [刘金海, 张化光, 冯健 2008 物理学报 57 6868]

    [20]

    Chan J C L, Williams R T 1987 J. Atmos. Sci. 44 1257

    [21]

    Asselin R 1972 Mon. Wea. Rev. 109 18

    [22]

    Yang B, Luo M B, Tao X M, Feng C M, Ye G X 1999 Acta Phys. Sin. 48 1523 (in Chinese) [杨波, 罗孟波, 陶向明, 冯春木, 叶高翔 1999 物理学报 48 1523]

    [23]

    Luo Z X, Davidson N, Ping F, Zhou W C 2011 Adv. Mech. Engineering. 2011 ID 782590

  • [1] 张震, 易仕和, 刘小林, 陈世康, 张臻. 高超声速条件下凸曲率壁面混合层的流动演化. 物理学报, 2024, 73(10): 104701. doi: 10.7498/aps.73.20240128
    [2] 邵茁凯, 孙志, 刘坤, 王宸, 周盈旭, 孙伟峰. 基于分形理论的亚毫米间隙正负极性流注放电特性. 物理学报, 2023, 72(19): 194702. doi: 10.7498/aps.72.20230937
    [3] 张智奇, 钱胜, 王瑞金, 朱泽飞. 纳米颗粒聚集形态对纳米流体导热系数的影响. 物理学报, 2019, 68(5): 054401. doi: 10.7498/aps.68.20181740
    [4] 郑殿春, 丁宁, 沈湘东, 赵大伟, 郑秋平, 魏红庆. 基于分形理论的尖-板电极短空气隙放电现象研究. 物理学报, 2016, 65(2): 024703. doi: 10.7498/aps.65.024703
    [5] 陈书赢, 王海斗, 马国政, 康嘉杰, 徐滨士. 等离子喷涂层原生性孔隙几何结构的分形及统计特性. 物理学报, 2015, 64(24): 240504. doi: 10.7498/aps.64.240504
    [6] 张延惠, 沈志朋, 蔡祥吉, 徐秀兰, 高嵩. 二维Hénon-Heiles势及其变形势体系逃逸率与分形维数的研究. 物理学报, 2015, 64(23): 230501. doi: 10.7498/aps.64.230501
    [7] 杨秦男, 张延惠, 蔡祥吉, 蒋国辉, 徐学友. RIKEN介观器件腔中粒子输运过程的混沌性质及分形自相似结构研究. 物理学报, 2013, 62(8): 080505. doi: 10.7498/aps.62.080505
    [8] 火元莲, 张广庶, 吕世华, 袁萍. 闪电的分形特征研究及其在自动识别中的应用. 物理学报, 2013, 62(5): 059201. doi: 10.7498/aps.62.059201
    [9] 陶建军, 胡向辉. 热带低层弱涡旋中扰动的快速发展及其向中心传播的特征. 物理学报, 2012, 61(16): 169202. doi: 10.7498/aps.61.169202
    [10] 张翰, 管玉平. 登陆我国大陆热带气旋的纬度分布特征. 物理学报, 2012, 61(16): 169203. doi: 10.7498/aps.61.169203
    [11] 平凡, 罗哲贤. 热带对流活动日变化的模拟研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4319-4327. doi: 10.7498/aps.58.4319
    [12] 刘金海, 张化光, 冯 健. 输油管道压力时间序列混沌特性研究. 物理学报, 2008, 57(11): 6868-6877. doi: 10.7498/aps.57.6868
    [13] 姜 斌, 王宏强, 黎 湘, 郭桂蓉. 海杂波背景下的目标检测新方法. 物理学报, 2006, 55(8): 3985-3991. doi: 10.7498/aps.55.3985
    [14] 莫嘉琪, 林一骅, 林万涛. 热带海-气耦合振子的摄动解. 物理学报, 2005, 54(9): 3971-3974. doi: 10.7498/aps.54.3971
    [15] 盛永刚, 徐 耀, 李志宏, 吴 东, 孙予罕, 吴中华. 气体吸附法测定二氧化硅干凝胶的分形维数. 物理学报, 2005, 54(1): 221-227. doi: 10.7498/aps.54.221
    [16] 汪 渊, 徐可为. Cu-W薄膜表面形貌的分形表征与电阻率. 物理学报, 2004, 53(3): 900-904. doi: 10.7498/aps.53.900
    [17] 荣利霞, 解立平, 董宝中, 林伟刚, 王 俊. 同步辐射小角x射线散射方法研究由城市固体垃圾制备的活性炭. 物理学报, 2003, 52(3): 630-634. doi: 10.7498/aps.52.630
    [18] 荣利霞, 魏柳荷, 董宝中, 王俊, 李福绵, 李子臣. 两亲性嵌段聚合物的同步辐射小角x射线散射研究. 物理学报, 2002, 51(8): 1773-1777. doi: 10.7498/aps.51.1773
    [19] 孙霞, 吴自勤. 规则表面形貌的分形和多重分形描述. 物理学报, 2001, 50(11): 2126-2131. doi: 10.7498/aps.50.2126
    [20] 郑德娟, 李 丹, 周 雁, 韩宝善. 枝状畴的形成及分形维数计算. 物理学报, 1999, 48(13): 250-256. doi: 10.7498/aps.48.250.2
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-01-04
  • 修回日期:  2012-06-28
  • 刊出日期:  2012-12-05

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