热带气候动力学引论
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作者李天明，徐邦琪
出版社科学出版社
ISBN9787030550187
出版时间2020-03
装帧其他
开本16开
定价99元
货号1225716
上书时间2024-05-10
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【书 名】 热带气候动力学引论
【书 号】 9787030550187
【出 版 社】 科学出版社
【作 者】 李天明，徐邦琪
【出版日期】 2020-03-01
【版 次】 1
【开 本】 16开
【定 价】 99.00元
【内容简介】
本书主要关注热带气候动力学的基本理论和机制。首先，介绍热带大气和海洋的简单动力模型；然后，讨论海气相互作用对热带气候态形成的影响，介绍季节内振荡的观测结构、演化特征和传播生成机制等；*后，向读者展示热带气旋的生成机理，介绍ENSO和季风的动力学原理及海气相互作用。本书图文并茂，附有问题，不仅能加深大气科学相关专业的学生对关于气候动力学基本知识的认知，更能使学生掌握大气科学、海洋科学领域中的科学研究方法（访问科学书店，检索图书名称，在图书详情页“资源下载”栏目中可获取本书附带学习资料）。
【目录】
前言
致谢
第1章热带大气和海洋的简单动力模型
1.1赤道β平面近似下自由波动的解
1.1.1赤道开尔文波
1.1.2广义的频散关系
1.1.3水平结构
1.1.4频散关系图
1.1.5低频赤道罗斯贝波
1.1.6高频惯性—重力波
1.1.7混合罗斯贝—重力波
1.2层结大气中的垂直模态分解
1.3Gill模型
1.4Lindzen—Nigam模式
1.5Cane—Zebiak简单海气耦合模式
1.62.5层热带大气模式
1.72.5层热带海洋模式
1.7.1混合层方程
1.7.2温跃层深度和切变流的确定
问题
参考文献
第2章海气相互作用对热带气候态形成的影响
2.1热带辐合带的非对称性
2.2相关理论
2.3陆地分布和非对称及海岸线形状小对称的影响
2.4赤道上的年循环
问题
参考文献
第3章季节内振荡
3.1引言
3.2脱测结构和演化特征
3.3东传机制
3.4生成机制
3.4.120年合成分析揭示的MJO生成过程
3.4.2DYNAMO个例研究揭示的MJO生成过程
3.4.3从海气相互作用的角度了解MJO生成
3.5北半球夏季季节内振荡
3.6与高频扰动的相互作用
问题
参考文献
第4章热带气旋生成
4.1引言
4.2前兆天气尺度信号
4.2.1前一台风能量频散导致的新气旋的生成
4.2.2天气尺度波列引起的热带气旋生成
4.2.3东风波引起的热带气旋生成
4.2.4对流层中上层的先兆信号
4.3西北太平洋上天气尺度波列的起源以及东风波的产生机理
4.4热带气旋生成的数值模拟
4.4.1TCED诱发热气旋生成
4.4.2中层和低层涡旋对气旋生成的触发效率的比较
4.5MJO和ENSO刈热带气旋的影响
4.6全球变暖下台风未来的变化预测
4.7结论
问题
参考文献
第5章ENSO动力学
5.1观测中的ENSO结构和演变规律
5.2不稳定性机制
5.3振荡理论
5.4年循环周期调制下的位相锁定特征
5.5ElNino与LaNina事件振幅不对称性
5.6ElNino与LaNina事件生命史不对称性
5.7年代际背景对ElNino特性的调控作用
5.8印度洋偶极子
问题
参考文献
第6章季风动力学及海气相互作用
6.1引言
6.2TBO理论
6.3季风准两年及低频变率
6.4太平洋—东亚遥相关型
6.5印度洋和西北太平洋海平面温度异常对西北太平洋环流的影响
6.5.1印度洋海平面温度异常强迫的季节依赖性
6.5.2印度洋和太平洋海平面温度强迫的相对作用
6.6平均气流对ElNino响应的调控
6.7不同子季风系统间的联系
问题
参考文献
【文摘】
靠前章热带大气和海洋的简单动力模型
1.1赤道β平面近似下自由波动的解
本节将讨论在赤道β平面假设下，线性化浅水模型中自由波动的解（Matsuno，1966）。线性化浅水模型的控制方程组可写为
（1.1a）
（1.1b）
（1.1c）
其中，C0表示重力波速。该线性化的浅水模型方程组适用于描述在基本流为静止的情况下，具有不同垂直结构模态的解，C0的数值不同对应不同的垂直结构（详见1.2节），C0=50m/s对应大气中的靠前个斜压模态，C0=2.5m/s对应海洋中的靠前个斜压模态。
式（1.1）有两个参数——β和C0，用来构建两种内部尺度参数：一个长度尺度参数（赤道罗斯贝波变形半径），以及一个时间尺度参数。设C0为速度尺度参数，则为ф的尺度参数。利用以上特征尺度参数，式（1.1）可以改写为以下无量纲化的方程组：
（1.2a）
（1.2b）
（1.2c）
式（1.2）中的一撇表示无量纲化的变量。当侧边界条件为y趋近于无穷大时，解有界（即为有限数值）。
1.1.1赤道开尔文波
首先，讨论式（1.2）对应的一个特殊解，即当经向速度永远为0时（即v=0）方程的解。此时，式（1.2）可化为
（1.3a）
（1.3b）
（1.3c）
式（1.3b）表示纬向风和经向气压梯度在赤道及赤道附近始终满足地转平衡。式（1.3a）和式（1.3c）共同得到一个波动方程：
以上波动方程对应的一个通解形式为
其中，是一个任意函数。将该波解代入式（1.3a）可得
将以上解代入式（1.3b）可得
以上方程对应的解为
注意以上解中只有“-”对应的情况满足有限侧边界条件，因此式（1.3）对应的专享有物理意义的解的无量纲化表达式为
而有量纲的表达式为
（1.4）
式（1.4）代表的波解称为赤道开尔文波，控制方程式（1.3）与沿岸开尔文波的控制方程形式接近一样，只是这里的科里奥利力用表示。赤道开尔文波有以下特征。
（1）赤道开尔文波向东移动，其位相速度为重力波速C0。
（2）开尔文波振幅优选集中在赤道上，并以e-折尺度向两极递减。对于大气中的靠前个斜压模态，而对于海洋中的靠前个斜压模态。越高阶的斜压模态对应的开尔文波振幅向赤道集中的程度越显著。
（3）v=0，而与准确地满足地转平衡。在北（南）半球，面朝移动的方向，高压在右（左）。
（4）开尔文波是非频散波，因为F代表任意的波包，在传播时波形保持不变。这意味着群速度与相速度相等，即能量传播速度也是C0。
（5）物理上，科里奥利参数在赤道两侧变号，使开尔文波气压场（或位势高度场）在赤道两侧堆集。赤道可看成一无形的边界。这揭示了赤道具有类似波导的作用。
图1.1给出赤道开尔文波对应的纬向速度和气压的水平结构特征。
图1.1特征解对应的气压和速度分布（Matsuno，1966）
1.1.2广义的频散关系
以下讨论当经向速度不为0时方程对应的解的形式。由于式（1.2a）～式（1.2c）的系数依赖于y，可以将波解中对应x方向和y方向的部分进行分离。因此，波解可设为如下形式：
侧边界条件为当y→+∞时，有界。
将以上波解形式代入式（1.2）可得
（1.5a）
（1.5b）
（1.5c）
将U和ф消掉，得到一个关于V的方程。根据式（1.5a）和式（1.5c）求解和可得到
（1.6a）
（1.6b）
将式（1.6a）和式（1.6b）代入式（1.5b）可得
（1.7）
注意在推导式（1.6a）和式（1.6b）的过程中，假设。
式（1.7）与简谐振动的薛定谔（Schrodinger）方程相同，只有当等于一个正的奇数时，才满足侧边界条件。即
（1.8）
式（1.7）的解为
（1.9）
其中，是m阶的Hermite多项式：
多项式的前6阶分别为
有如下特性：
（1.10）
设，则有
（1.11）
需要指出的是，当m为偶数（奇数）时，关于赤道对称（反对称）。在区域内有m个波节。其中，是经圈上的拐点。在的范围内振荡，而当时单调递减。因此，阶数越低的模态振幅越集中在赤道上。
1.1.3水平结构
经向速度的第m阶特征解在式（1.9）中有描述。和可以利用以下Hermite多项式的迭代关系，通过式（1.6a）和式（1.6b）得到
当m≥1时，u、ф和v场可以写为
1.1.4频散关系图
式（1.8）是无量纲化的频散方程，描述了无量纲化的波数和频率的关系。为了不失普遍性，指定总是为正，而可以为正（对应东移）也可以为负（对应西移）。图1.2给出频率和的关系图。
图1.2赤道波动（优选为m=4阶）对应的频散曲线图（Kiladisetal.，2009）
y轴对应无量纲化的频率ω；x轴对应无量纲化的纬向波数k
频散方程式（1.8）指出赤道附近存在三种不同的自由波动。
首先讨论当时的情形。频散方程可写为
对于自由波动，纬向波数必须是一个实数（纬向波数为虚数意味着波动的振幅随x轴呈e指数衰减或增长）。为了使k为实数，必须满足
因此有
（1.12a）
或
（1.12b）
式（1.12a）和式（1.12b）对应两组不同的波动：一组为高频波动（ω≥1）；另一组为低频波动。
频散方程式（1.8）两边同时对k求微分，可以得到纬向群速度的表达式为
当2kω=-1时，有
（1.13）
如果在图1.2中画出2kω=-1的曲线，它与频散曲线的交叉点位于频率的极值处，其中
交叉点代表高频波和低频波的纬向群速度为0。
1.1.5低频赤道罗斯贝波
对于低频的波动，无量纲化的频率小于，对应有量纲的频率为。对于大气中的靠前个斜压模态，对应频率或周期；对于海洋中的靠前个斜压模态，对应频率或周期。
【前言】
研究人员
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