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目 录 1

第一章波谱分析在中期天气预报中的应用 1

§1纬圈谱 1

1.1 描述波动的基本参数 1

1.2傅里叶级数形式 2

1.3 谐波综合 5

1.4波谱的一些“代数”性质 8

1.5纬圈谱的复数形式 11

§2功率谱和交叉谱 15

2.1协方差函数与功率谱 15

2.2交叉谱 17

2.3 功率谱的显著性 18

2.4平滑与滤波 18

§3分析移动波法 21

3.1基本表示法 22

3.2交叉谱法 23

3.3计算步骤与示例 24

3.4两组移动波 26

第二章大气环流的一些平衡方程以及中期过程的诊断方程 28

§1基本方程 28

§2动量平衡方程 30

2.1 动量平衡方程的一般形式 30

2.2动量变化方程的谱函数形式 36

§3能量方程 38

3.1 动能方程的一般形式 38

3.2位能变化方程 39

3.3平均动能方程和涡动动能方程 42

3.4平均有效位能和涡动有效位能 44

3.5 数值结果 46

§4能量方程的谱函数形式 52

4.1 基本方程的傅里叶变换 52

4.2动能方程的谱函数形式 53

4.3有效位能方程的谱函数形式 59

4.4 观测结果 62

第三章平流层环流及其与对流层环流的耦合作用 71

§1平流层基本观测事实 71

1.1平均环流特征 71

1.2平流层的能量学 79

1.3 半年周期振动与准两年周期振动 80

1.4赤道平流层波动 82

§ 2平流层爆发性增暖 84

2.1增暖的天气过程………………………………………………………………………（84 ）2.2增暖的气候特征与分类 87

2.3 增暖与对流层天气 94

§ 3增暖的机制 97

3.1 涡动感热输送与平均经圈环流 97

3.2涡动动量输送的作用 98

3.3能量学研究 99

3.4对流层和平流层之间的反馈机制 106

§ 4爆发性增暖的数值实验 107

4.1 Matsuno动力机制 107

4.2 M模式的数值试验 109

4.3 M模式的修正 110

第四章超长波 115

§1概述 115

1.1分辨超长波的方法 115

1.2超长波的分离 116

§2定常超长波的观测事实 118

2.1对流层里定常波的三维结构 118

2.2 500毫巴定常波 121

2.3 定常超长波的经圈剖面 122

2.4垂直结构 124

§3有关定常超长波的理论探讨 126

3.1基本方程 126

3.2超长波向上传播理论 132

3.3 E1iassen-Pa1m理论及其剖面 136

3.4超长波的形成 140

§4瞬变超长波 141

4.1.移动性超长波的水平传播 141

4.3移动性温度波 146

4.2移动性超长波的垂直结构 146

4.4不稳定理论 148

4.5超长波增衰的机制 149

4.6天气尺度波动的强迫机制 154

第五章大气环流的中期周期变化 158

§1 24天周期变化 158

1.1 24天位能谐振 158

1.2 24天动能谐振 161

§2准两周周期变化的观测事实 162

2.1准两周位能谐振 162

2.2准两周动能谐振 165

§3数值试验 169

3.1模式结果 169

3.2结果分析 170

4.1概述 171

§4实验室的模拟实验 171

4.2谐振——倾斜槽谐振 172

4.3振幅谐振的能量学 175

§5理论研究 178

5.1两层准地转谱模式 178

5.2数值计算结果 181

§6讨论 187

第六章指数循环 191

§1概述与统计结果 191

1.1环流指数的定义 191

1.2西风指数的一些统计特征 192

1.3西风指数的周期性 194

§2观测事实与能量学研究 195

2.1定义与方法 195

2.2一些动力性质 196

2.3 指数循环过程中能量的变化 198

2.4 能量平衡与能量循环 201

2.5分波动能与指数循环 203

§理论探讨 205

3.1 正压大气纬同平均环流的变化 205

3.2周期性的理论探讨 210

3.3 Lorenz的最大简化 214

3.4旋转适应理论 219

§4结束语 223

第七章阻塞高压与阻塞形势 225

§1观测事实 225

1.1阻塞高压长时间统计特征 225

1.2物理机制的诊断研究 229

1.3 阻塞高压与移动性高压在动力性质上的差异 233

2.1 在地形和非绝热加热作用下的阻塞高压数值模拟 238

§2阻塞高压的数值模拟 238

2.2缓慢移动的自由波与地形强迫波的非线性相互作用 241

§3动力学研究 243

3.1 大气的多平衡态与阻塞形势 244

3.2地形影响下的超长波不稳定发展理论与阻塞高压 254

§4结束语 255

第八章夏季季风与我国降水的中期过程 257

§1热带大气环流 257

1.1平均环流特征 257

1.2 垂直环流 260

1.3 能量学 261

1.4热带大气环流的数值模拟 263

2.1索马里急流 266

§2亚洲夏季季风区的一些天气系统 266

2.2 东风急流 268

2.3 季风低压 270

2.4 对流层中层气旋 271

2.5 青藏高压 272

§3季风系统的振荡 275

3.1几个主要周期 276

3.2准两周振荡与大尺度系统 278

§4夏季季风的进退 282

4.1概述 282

4.2季风的建立 283

4.3 南亚季风活跃期和间歇期 286

§5我国暴雨的中期过程 291

5.1 我国暴雨的中期特点 291

5.2梅雨的中期过程 294

5.3 北方暴雨的中期过程 299

第九章寒潮的中期过程 309

§1寒潮中期天气过程和一些事实 309

1.1 寒潮的大型天气过程——倒？流型 309

1.2两大洋脊在中期天气过程中的作用 311

1.3东亚基本气流的特征 312

1.4基本气流的动力不稳定性 314

1.5其它类型天气过程的寒潮 315

§2寒潮中期过程的能量学研究 315

2.1概述 315

2.2开始阶段的能量变化 317

2.3 乌拉尔山脊的建立与东亚倒？型的能量变化 319

2.4长波脉冲的能量变化 319

2.5寒潮爆发阶段的能量变化 320

§3中纬度动能和位能的聚集 322

3.1 中纬度平均动能的变化 322

3.2 中纬度平均有效位能的变化 323

3.3边界通量对于中纬度平均有效位能的贡献 324

3.4其它过程的贡献 327

3.5小结与物理解释 328

§4南方低温连阴雨天气 330

4.1天气气候概况 330

4.2天气过程 331

§5东南亚的冬季风潮和中期扰动 333

5.1 冬季风潮与南海扰动 333

5.2中期周期扰动在低纬度的传播 337

5.3 青藏高原对高层中期扰动的演变的影响 342

1.1经验正交函数 347

第十章中期统计天气预报 347

§1应用经验正交函数方法制作中期预报 347

1.2经验正交函数的稳定性 351

§2应用相似分析和聚类分析方法制作中期预报 353

2.1相似分析 353

2.2聚类分析 356

§3用物理统计方法制作中期预报 359

3.1 物理统计预报模型 359

3.2应用物理统计模型制作中期预报 361

3.3应用动力分析结果制作中期预报 362

§4应用数值预报产品制作中期预报 364

4.1经验天气模式与数值预告图相结合 364

4.2统计模式与数值预报产品相结合 367

5.1 最大概率状态及其方差预报 370

§ 5动力统计相结合的中期数值预报方法 370

5.2经验正交函数方法 371

5.3历史初值方法 374

第十一章中期数值天气预报 377

§1引言 377

§2怎样改进目前的短期天气预报 378

2.1改进的着眼点 378

2.2适当地提高空间分辨率 379

§3非绝热过程和次网格尺度的物理过程 381

3.1辐射加热作用 382

3.2地表面热量平衡 384

3.3地表面应力和感热、水汽传递 385

3.4在行星边界层和自由大气中的垂直混合 385

3.5次网格水平扩散作用 385

3.6积云对流参数化 386

§4大气中地面摩擦的影响 387

4.1地面摩擦的表示 388

4.2地面气压场的发展 389

§5大尺度加热和大气波动 391

5.1扰动分析 391

5.2位势倾向的计算 392

§6数值模式中地形作用的处理 394

6.1气压坐标模式 394

6.2 α坐标模式 394

§7 中期数值天气预报模式的研究 395

7.1大气环流模式的轮廓 395

7.2数学模式的原理 397

7.3几个大气环流模式的简介 397

7.4模式的应用 400

7.5大气环流谱模式 401

§ 8中期数值天气预报个例 403

8.1 ECMWF模式简介 403

8.2 10天中期数值天气预报个例 404

§ 9结束语 411

9.1 不同尺度的扰动影响 411

9.2考虑高、中、低层的物理过程 411

9.3 宏观与微观相结合的理论 411

9.4高、中、低纬环流的相互联系 412

9.5 中期预报与计算方法 412

9.6实际工作中的一些难题 412

9.7其它途径的探讨 412

常用符号对照表 419