大气运动的几何和拓扑PDF电子书下载

第一章 大气流场的种种几何斑图 1

1.1 全球表面的流场 1

1.2 气旋和反气旋的三维结构 3

1.3 冷锋和暖锋 4

1.4 龙卷风 6

1.5 台风（飓风） 8

1.6 大气环流 9

1.7 混沌流场 12

1.8 边界层内的流场 13

小结 16

第二章 天气图上的标量场和向量场 17

2.1 地面天气图上的等压线是压力场曲面的廓线，高空天气图上的等高线是等压曲面的廓线 17

2.2 压力曲面的高低压廓线和鞍点 19

2.3 梯度向量场和气压梯度力 21

2.4 风向量场和流线 23

2.5 科里奥利力向量场 25

2.6 摩擦力向量场 27

2.7 地面流场和高空流场之间的关系 28

2.8 曲面的临界点和欧拉示性数 30

小结 35

第三章 大气运动的物理和概念 36

3.1 质量守恒和流场的散度 36

3.2 流场的剪切和涡度 39

3.3 力的平衡和速度场 42

3.4 正负阻尼 50

3.5 浮力是负恢复力 51

3.6 正压和斜压 55

3.7 大气中的角动量守恒 59

3.8 螺旋度 63

小结 70

第四章 速度场的动力系统 71

4.1 一个例子 71

4.2 动力系统及类型 73

4.3 相轨道 77

4.4 二维动力系统奇点和类型 80

4.5 极限环轨道和同（异）宿轨道 82

4.6 流场的分岔 87

4.7 三维速度场的奇点 90

4.8 洛伦茨流场 91

小结 92

第五章 流场拓扑分类的物理 94

5.1 结点和鞍点的物理区分 94

5.2 中心点和焦点，结点和焦点的区别 97

5.3 向量场奇点的雅可比矩阵 98

5.4 二维速度场的物理拓扑分类 102

5.5 中心、奇点线和剪切速度场 105

5.6 三维向量场的雅可比矩阵 109

5.7 三维速度场的物理拓扑分类 116

5.8 地面高低压的判别 119

小结 122

第六章 天气系统轨道曲线和曲面 123

6.1 反气旋和副热带高压 123

6.2 地面天气图上的闭合等压线和螺旋曲线 129

6.3 高低压之间的鞍形双曲线、阻塞高压和切断低压 131

6.4 台风的三维圆柱螺旋曲线 135

6.5 气旋和反气旋双锥螺旋结构 139

6.6 龙卷风漏斗云是在双曲面上运动吗？ 143

6.7 球面上的螺旋曲线 145

6.8 高斯曲率和流函数曲面 149

小结 153

第七章 不可压缩大气流场的拓扑 155

7.1 伯努利能量曲面和广义的地转关系 155

7.2 三维不可压缩速度场的螺极分解和鞍-焦奇点 157

7.3 三维不可压缩大气流场的拓扑 162

7.4 速度场奇点（临界点）的指标 169

7.5 由复速度决定的向量场及奇点指标 173

7.6 二维速度场和流函数梯度的对偶 175

7.7 湍流涡旋的拓扑——伸长、折迭和扭转 178

7.8 全球球面上流场所遵循的拓扑定理——庞加莱-霍普夫定理 187

小结 194

第八章 球表面常见流场和球调和函数 195

8.1 球面上最简单的几种流场和庞加莱-霍普夫定理 195

8.2 球面流场模型和梯度场 198

8.3 纬向气流的动力系统 203

8.4 球调和函数及其零线 205

8.5 球面四个涡旋流场 210

8.6 三圈环流流场 212

8.7 球面上的螺旋流场 213

8.8 南北极奇点的确定 215

小结 216

参考文献 217