現(xiàn)代天氣學(xué)原理

前言

　　1996年在杭州召開了“教育部大氣科學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會。會議，在此會議期間，許多教授、學(xué)者就面向21世紀(jì)大氣科學(xué)人才培養(yǎng)等問題，進(jìn)行了熱烈而深入的研討。會上還就天氣學(xué)的教學(xué)與教材建設(shè)問題，提出了許多建議，同時，還推薦我來主持編寫一本面向21世紀(jì)、適用于大學(xué)本科生、符合教學(xué)改革精神的“天氣學(xué)原理”教材，由于本人才疏學(xué)淺，同時天氣學(xué)也非本人所長，實在感到困難重重。在許多氣象院校的大力支持下，經(jīng)過多次討論，共同商定了編寫大綱。最后，邀請南京大學(xué)和中國人民解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院（原空軍氣象學(xué)院）的多名專家、教授參加編寫。　　本書編寫小組經(jīng)過多次的討論，逐漸明確了編寫目的和要求。編寫小組一致認(rèn)為，我國許多學(xué)者已經(jīng)編寫過多種很好的天氣學(xué)方面的教材，這為我們的撰寫提供了很好的基礎(chǔ)。我們應(yīng)在此基礎(chǔ)上，結(jié)合近代天氣學(xué)的新發(fā)展和教學(xué)改革的新要求，進(jìn)行編寫?！　‖F(xiàn)代大氣探測技術(shù)的發(fā)展，揭示了許多新的觀測事實，新的天氣學(xué)教材應(yīng)盡可能地反映這些新的觀測與分析結(jié)果。同時，由于現(xiàn)代大氣動力學(xué)的發(fā)展，動力學(xué)與天氣學(xué)的結(jié)合趨于緊密，所以，在本書中也應(yīng)力求反映出這一進(jìn)展。此外，現(xiàn)代天氣分析與預(yù)報的方法已從過去單純的天氣圖分析方法，發(fā)展為包括運用統(tǒng)計分析、動力診斷、數(shù)值模式產(chǎn)品、衛(wèi)星、雷達(dá)數(shù)值圖像等多種手段的綜合分析方法。盡管上述內(nèi)容已各自構(gòu)成了獨立的課程，但在現(xiàn)代天氣學(xué)教材中也應(yīng)能反映出這一發(fā)展趨勢。在討論中，大家一致認(rèn)為，讓學(xué)生建立起天氣系統(tǒng)的三維立體的概念模型是天氣學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，也是我國天氣學(xué)教材的傳統(tǒng)特色。因此，在本書的編寫中，對每一類天氣系統(tǒng)均按該系統(tǒng)的定義、結(jié)構(gòu)（概念模型）、天氣特征、發(fā)生發(fā)展規(guī)律和運動機(jī)理這一線索編寫。在教材中還注意盡量用簡明物理概念說明問題，盡可能避免用復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，力圖使學(xué)生掌握問題的物理本質(zhì)。由于參加編寫的人員較多，在內(nèi)容的取舍、文筆風(fēng)格等方面也是各有特色，于是編寫小組又進(jìn)行了多次的研討，統(tǒng)一了認(rèn)識，經(jīng)過多次的調(diào)整，有時甚至于逐字逐句的推敲，才形成了本書初稿。盡管在諸多方面作了很多努力，但是，由于編者的學(xué)識所限，謬誤仍在所難免，我們熱誠希望大家能不吝指教。

內(nèi)容概要

　　本書是教育部“高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計劃”的研究成果，是面向2l世紀(jì)課程教材和國家級重點教材。本書以國內(nèi)外現(xiàn)代天氣學(xué)發(fā)展趨勢為思路，結(jié)合經(jīng)典的天氣學(xué)理論與80年代以來天氣學(xué)研究新成果，闡述現(xiàn)代天氣學(xué)的基本原理。本書主要內(nèi)容：天氣學(xué)基礎(chǔ)知識和基本研究方法；大氣環(huán)流；中緯度天氣系統(tǒng)：低緯天氣系統(tǒng)；亞洲季風(fēng)和中國主要的天氣過程；中尺度天氣系統(tǒng)：天氣形勢和氣象要素預(yù)報?！　”緯鵀榇髿饪茖W(xué)類大氣科學(xué)專業(yè)、應(yīng)用氣象學(xué)專業(yè)的本科生教材，可作為地理、農(nóng)林、水利、環(huán)境等學(xué)科中相關(guān)專業(yè)的教材或教學(xué)參考書，亦可供氣象科研和業(yè)務(wù)工作者參考使用。

書籍目錄

第一章 緒論1.1 天氣學(xué)的研究對象1.2 天氣學(xué)的研究方法1.3 天氣學(xué)發(fā)展簡史與展望參考文獻(xiàn)第二章 天氣學(xué)基礎(chǔ)知識和基本研究方法2.1 基本天氣圖的分析方法2.1.1 天氣圖的基本知識2.1.2 等值線的分析方法2.1.3 輔助圖的制作與分析2.2 大氣運動的基本方程組2.2.1 基本方程組2.2.2 尺度分析與基本方程組的簡化2.2.3 氣象常用坐標(biāo)系2.2.4 渦度方程2.3 資料的處理分析和基本運動學(xué)量的計算2.3.1 資料的處理分析2.3.2 基本運動學(xué)量的計算參考文獻(xiàn)第三章 大氣環(huán)流3.1 大氣環(huán)流的基本概念3.2 熱力驅(qū)動的環(huán)流3.2.1 hadley環(huán)流3.2.2 大氣平均加熱場3.2.3 海洋對大氣環(huán)流的影響3.2.4 “溫室”氣體對大氣環(huán)流的影響3.3 旋轉(zhuǎn)地球上的環(huán)流3.3.1 大氣環(huán)流的運動特征3.3.2 三圈環(huán)流3.3.3 摩擦作用3.3.4 地形影響3.4 實際大氣環(huán)流的平均特征3.4.1 平均低層環(huán)流3.4.2 對流層平均環(huán)流參考文獻(xiàn)第四章 中緯度天氣系統(tǒng)4.1 鋒面系統(tǒng)4.1.1 鋒面的基本特征4.1.2 鋒面結(jié)構(gòu)模型4.1.3 鋒面天氣4.1.4 鋒生和鋒消4.2 溫帶氣旋和反氣旋4.2.1 概述4.2.2 溫帶氣旋和反氣旋發(fā)展理論4.2.3 溫帶氣旋的結(jié)構(gòu)和概念模型4.3 西風(fēng)帶槽脊系統(tǒng)的發(fā)展4.3.1 西風(fēng)帶槽脊的移動4.3.2 西風(fēng)帶槽脊的垂直結(jié)構(gòu)4.3.3 位勢傾向方程與西風(fēng)帶槽脊的發(fā)展4.3.4 波槽發(fā)展的簡單動力模式參考文獻(xiàn)第五章 低緯天氣系統(tǒng)5.1 熱帶氣旋5.1.1 熱帶氣旋活動概況5.1.2 成熟熱帶氣旋的基本結(jié)構(gòu)5.1.3 熱帶氣旋天氣5.1.4 熱帶氣旋發(fā)生與發(fā)展5.1.5 熱帶氣旋移動5.2 西太平洋副熱帶高壓和南亞高壓5.2.1 副熱帶高壓的成因5.2.2 西太平洋副熱帶高壓的結(jié)構(gòu)5.2.3 西太平洋副熱帶高壓位置和強度的變動5.2.4 西太平洋副熱帶高壓活動與我國天氣5.2.5 影響西太平洋副熱帶高壓變動的因子5.2.6 南亞高壓5.3 熱帶輻合帶和熱帶云團(tuán)5.3.1 熱帶輻合帶的位置及其季節(jié)變化5.3.2 熱帶輻合帶的季節(jié)內(nèi)變動5.3.3 熱帶輻合帶的形成機(jī)制5.3.4 熱帶云團(tuán)5.4 東風(fēng)波5.4.1 概述5.4.2 東風(fēng)波的結(jié)構(gòu)5.5 熱帶副熱帶渦旋5.5.1 氣旋性渦旋5.5.2 赤道反氣旋參考文獻(xiàn)第六章 亞洲季風(fēng)和中國主要的天氣過程6.1 亞洲季風(fēng)系統(tǒng)概述6.1.1 季風(fēng)的定義6.1.2 季風(fēng)的主要成員6.2 亞洲季風(fēng)活動與低頻振蕩6.2.1 季風(fēng)的爆發(fā)和建立6.2.2 低頻振蕩與季風(fēng)活動的關(guān)系6.3 亞洲季風(fēng)的形成與維持6.3.1 季風(fēng)的形成機(jī)制6.3.2 季風(fēng)數(shù)值模擬研究的現(xiàn)狀6.4 冬季季風(fēng)與寒潮6.4.1 概述6.4.2 冷空氣南下過程中的結(jié)構(gòu)及其變化6.4.3 寒潮天氣形勢6.5 夏季季風(fēng)與中國的暴雨6.5.1 概述6.5.2 夏季暴雨的環(huán)流形勢6.5.3 夏季暴雨的天氣系統(tǒng)參考文獻(xiàn)第七章 中尺度天氣系統(tǒng)7.1 概述7.1.1 什么是中尺度天氣系統(tǒng)7.1.2 中尺度天氣系統(tǒng)的基本特征7.2 中尺度系統(tǒng)7.2.1 中尺度雨團(tuán)7.2.2 中尺度雨帶7.2.3 中尺度對流復(fù)合體7.2.4 颮線7.3 中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展的大尺度環(huán)境條件7.3.1 位勢不穩(wěn)定層結(jié)7.3.2 強垂直風(fēng)切變7.3.3 水汽輻合和濕舌7.3.4 急流的作用7.3.5 低空輻合和上升運動7.3.6 地形的作用7.4 中尺度系統(tǒng)發(fā)展和大氣過程不穩(wěn)定7.4.1 對流不穩(wěn)定7.4.2 對稱不穩(wěn)定7.4.3 鋒生強迫的次級環(huán)流7.5 中尺度分析7.5.1 資料來源及其處理7.5.2 時空轉(zhuǎn)換分析7.5.3 相對坐標(biāo)分析7.5.4 變量場分析7.5.5 雨團(tuán)和雨帶分析參考文獻(xiàn)第八章 天氣形勢和氣象要素預(yù)報8.1 天氣形勢預(yù)報的基本方法8.1.1 趨勢法8.1.2 渦度觀點的應(yīng)用8.1.3 位渦思想的應(yīng)用8.1.4 經(jīng)驗預(yù)報法8.2 氣象要素預(yù)報8.2.1 幾種主要氣象要素形成的宏觀條件8.2.2 垂直運動的定性判斷8.2.3 用天氣學(xué)方法制作氣象要素預(yù)報的一般思路和方法8.2.4 數(shù)值預(yù)報產(chǎn)品的統(tǒng)計釋用8.3 衛(wèi)星、雷達(dá)探測資料的應(yīng)用8.3.1 氣象衛(wèi)星探測資料的應(yīng)用8.3.2 雷達(dá)探測資料的應(yīng)用8.4 天氣預(yù)報業(yè)務(wù)現(xiàn)代化系統(tǒng)簡介參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：§4.2.3 溫帶氣旋的結(jié)構(gòu)和概念模型1.溫帶氣旋概念模型的現(xiàn)代發(fā)展自高空探測出現(xiàn)后，人們對氣旋的三維結(jié)構(gòu)和演變有了更深入的認(rèn)識。在氣象衛(wèi)星發(fā)射以后，人們又通過衛(wèi)星云圖發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典氣旋模式不能解釋的事實。人們對溫帶氣旋的發(fā)展，從不同的角度進(jìn)行了研究。在動力學(xué)上人們從波動的角度出發(fā)，把氣旋發(fā)展看成是斜壓氣流不穩(wěn)定發(fā)展的產(chǎn)物；在天氣學(xué)上人們往往從渦度變化出發(fā)，用流場中渦度的生成來說明氣旋的發(fā)展。近年來人們還從位渦的觀點來討論氣旋的發(fā)生發(fā)展問題。當(dāng)然現(xiàn)代的觀念沒有放棄挪威學(xué)派的氣旋模式，而是通過總結(jié)新的觀測事實來豐富和發(fā)展氣旋概念模式。人們認(rèn)識到許多氣旋的發(fā)生發(fā)展不是鋒面上不穩(wěn)定的產(chǎn)物，提出了類型不同的氣旋發(fā)生發(fā)展機(jī)制，如Petterssen曾根據(jù)氣旋發(fā)生發(fā)展的環(huán)流和天氣形勢，將氣旋的發(fā)生發(fā)展分為A類和B類。A類與經(jīng)典的鋒面波動發(fā)展成氣旋的過程類似，與平直斜壓鋒區(qū)的斜壓不穩(wěn)定有關(guān)。在氣旋初生階段，低層有較強的溫度梯度，高空表現(xiàn)為平直環(huán)流，但沒有明顯的高空槽，因此渦度平流很小，低層先出現(xiàn)溫壓場擾動，然后逐漸向高空發(fā)展，才有高空槽出現(xiàn)。在氣旋發(fā)展階段高空槽與地面氣旋保持相對穩(wěn)定的距離，發(fā)展的最終結(jié)果達(dá)到經(jīng)典的錮囚氣旋，發(fā)展中具有明顯的鋒生現(xiàn)象，溫度平流在這類氣旋發(fā)展中起著決定性作用。B類氣旋的發(fā)生發(fā)展的啟動機(jī)制主要在高空，在氣旋發(fā)生前有高空槽移來，高空槽前的強渦度平流，疊加在低層弱的鋒區(qū)或暖平流區(qū)，而后地面氣旋產(chǎn)生，在氣旋發(fā)展過程中，高空槽與地面氣旋的距離迅速減小，當(dāng)氣旋中心軸線近于垂直時，氣旋發(fā)展到最強盛階段，高空渦度平流開始時很大，接近氣旋最強時平流量減小。溫度平流的作用開始較小，隨低層氣旋的加強而增加。發(fā)展的最終結(jié)果也變成與經(jīng)典錮囚氣旋類似的熱力結(jié)構(gòu)。應(yīng)該說以上兩類氣旋的發(fā)展是具有共同點的，如氣旋性閉合環(huán)流都是由低層向高層自下而上發(fā)展，氣旋軸線都是由向西傾斜過渡到垂直，在氣旋發(fā)展階段都是高空溫度場落后于高度場，最后變?yōu)榻谥睾?。所不同的是觸發(fā)機(jī)制，一個是從低層到高層，另一個是從高層到低層。

編輯推薦

《現(xiàn)代天氣學(xué)原理》是面向21世紀(jì)課程教材之一。

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