中期：延伸期天气预报原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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钱维宏 著

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• 气象学
• 天气预报
• 中期预报
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• 大气科学
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• 预报原理
• 延伸期预报
• 科学研究
• 专业参考

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030338129

版次：1

商品编码：11044326

包装：精装

开本：16开

出版时间：2012-06-01

页数：410

内容简介

《中期：延伸期天气预报原理》涵盖短期、中期、延伸期天气预报和短期气候预测中大气变量物理分解的基本原理和方法。大气变量物理分解完善和扩展了先前人们对大气定常波，如大气活动中心、季风气候槽、大气涛动的认识；揭示了用大气传播型低频振荡信号预测极端气候事件的思路；提出了中期一延伸期极端气象事件预报的扰动天气图方法。本书中有一个新突破，即五天至月的极端天气和异常气候是可以试验性预报的；一个新概念，认识气候及其变化是天气预报的基础；一个新原理，大气变量可以物理分解成日循环、年循环的气候分量和天气扰动分量；一个新方法．瞬变和低频扰动天气图是预报极端天气事件的有用工具。本书可供从事天气预报和气候预测的人员阅读．也可供从事气象科学研究的人员参考。

内页插图

目录

序盲一
序言二
前言
第1章 物理分解
1.1 天气与气候
1.2 天气扰动与气候变化的数学描述
1.3 大气变量的物理分解
l_4 物理分解的分量比较
1.5 物理分量的时频变化
1.6 小结
参考文献

第2章 认识气候
2.1 长期气候变化
2.2 年代尺度气候变化
2.3 气候变化的可能原因
2.4 碳排放与全球气温变化
2.5 城市气候变化
2.6 小结
参考文献

第3章 全球季风
3.1 全球季风区
3.2 全球季风槽
3.3 全球大气活动中心
3.4 东亚季风变化
3.5 季风强度与气温变率
3.6 近海台风增强的季节锁相
3.7 小结
参考文献

第4章 环流异常
4.1 行星尺度低频振荡
4.2 北半球大气涛动
4.3 南半球大气涛动
4.4 热带大气涛动
4.5 热带大气季节内振荡
4.6 小结
参考文献

第5章 旱涝异常
5.1 干旱事件的定义
5.2 西南干旱事件
5.3 旱涝急转事件
5.4 1998年降水过程与大气扰动
5.5 大气低频扰动信号
5.6 大西洋欧亚型干湿分布
5.7 小结
参考文献

第6章 热浪事件
6.1 热浪定义
6.2 湿热浪事件的时空分布
6.3 2003年热浪
6.4 热浪事件的大气扰动结构
6.5 热浪前期信号的统计特征
6.6 大气扰动准静止波与热浪
6.7 热浪事件的扰动信号强度
6.8 小结
参考文献

第7章 低温事件
7.1 低温定义
7.2 低温事件的分布特征
7.3 低温事件的前期信号
7.4 南方雨雪冰冻天气
7.5 南方雨雪冰冻事件预报
7.6 东北冷涡低温
7 7 小结
参考文献

第8章 暴雨事件
8.1 暴雨事件的确认
8.2 区域暴雨事件的气候分布
8.3 扰动系统下的区域暴雨
8.4 特大暴雨事件
8.5 20lO年区域暴雨预报
8.6 梅雨锋和气旋的扰动结构
8.7 梅雨锋雨带与湿位涡扰动
8.8 小结
参考文献
结束语—走向实践

前言/序言

气候的边界与未来：中短期天气预报的精微之道 本书聚焦于天气预报领域，特别是那些跨越日常短时预报与长期气候预测之间的关键时间尺度——中期和延伸期预报。它旨在揭示驱动复杂大气系统演变的深层物理机制，并详述当前用于解析这些复杂性的数值模型和数据同化技术的尖端进展。 第一部分：大气动力学基础的深化与扩展 本书首先回顾了经典大气动力学理论，但立刻将重点转向中长期预报所需的高级概念。我们探讨的不再仅仅是气块的简单运动，而是大气行星尺度环流的稳态与扰动。 第一章：大尺度环流的非线性本质 深入分析了准地转平衡在跨越数天到数周时间尺度上的局限性。重点阐述了非地转项在中尺度对流和行星波传播中的关键作用。我们详细描绘了惯性重力波的激发机制及其如何携带能量和动量穿越不同的气候带。通过对艾克曼螺旋的重新审视，揭示了边界层过程如何通过摩擦和湍流向自由大气传递信息，从而影响中期的槽脊发展。 第二章：斜压不稳定性与中尺度系统生成 本书的核心章节之一，聚焦于中纬度气旋和反气旋的生命周期。我们详细考察了条件性不稳定性（特别是潜在和对称不稳定）如何被预报尺度内的初始扰动触发。对Eady模、Charney-Stern模的深入分析，展示了垂直风切变对天气系统强度的影响。随后，我们将讨论阻塞高压和急流轴的精细化结构，以及它们如何通过Rossby波的非线性相互作用（如波包捕获与释放）来锁定或突然改变天气格局。 第二部分：数值天气预报系统的核心挑战 中期预报的精度直接依赖于数值模型的性能。本书将数值模拟视为对地球流体动力学方程组的求解过程，重点剖析了数值稳定性和物理参数化的策略。 第三章：高分辨率模型的演进与误差源分析 讨论了从全球环流模型（GCMs）到区域高分辨率预测系统（如WRF、MPAS）的过渡。重点分析了网格分辨率对对流解析能力的影响以及计算效率与预报时效的权衡。我们详细介绍了时间积分方案（如半隐式、全隐式方法）的选择如何影响模型的长期稳定性，并讨论了误差增长的模式，特别是傅里叶谱分析在识别模型中特定波长偏差上的应用。 第四章：物理参数化方案的“黑箱”与透明化 参数化（Parameterization）是中期预报中不确定性的主要来源。本书详尽剖析了云微物理方案（冰相过程、凝结核效应）、边界层湍流方案（如$mathrm{K}$理论与高阶矩模型）以及辐射传输方案（短波与长波辐射的耦合）的设计哲学。我们比较了云容积模型与简化的诊断模型在模拟降水效率上的差异，并探讨了参数化方案的“气候漂移”现象及其对延伸期预报的影响。 第三部分：数据同化与集合预报的概率视角 预报的准确性不仅在于模型，更在于如何有效利用观测数据来约束初始场。本书将数据同化视为高维空间中的最优插值问题。 第五章：四维变分同化（4D-Var）与混合混合策略 详细介绍了4D-Var的核心数学框架，包括伴随模型（Adjoint Model）的构建及其在计算敏感度中的应用。重点分析了背景误差协方差矩阵 ($mathbf{B}$) 的建模挑战，以及如何使用Ensemble-based $mathbf{B}$ 矩阵来克服传统基于气候统计模型的局限性。我们还探讨了混合数据同化方法（如Ensemble-Variational Hybrid Schemes）如何结合集合统计信息和伴随梯度信息的优势。 第六章：集合预报系统：量化不确定性 集合预报（Ensemble Forecasting）是中期和延伸期预报的核心范式。本书不仅介绍了奇异向量（Singular Vectors）和伪随机激励（Pseudos-Stochastic Perturbations）的生成方法，还深入探讨了集合后处理技术。这包括多模型集合（Multi-Model Ensembles, MME）的加权平均策略、集合平均数（Ensemble Mean）的偏差校正（如后处理统计修正MOS），以及如何通过集合离散度（Spread）来可靠地估计预报的可信度区间。 第四部分：延伸期预报中的遥相关与可预报性极限 延伸期预报（Weeks 2-4）的挑战在于对气候背景态的依赖性。本书转向对慢过程的关注。 第七章：海洋-大气耦合与季节内振荡 详细分析了海表温度异常（SSTA）对中高纬度天气的影响机制。重点剖析了Madden-Julian 振荡（MJO）的结构、传播及其在热带对流激发上的关键作用。我们讨论了如何通过耦合海洋-大气模型（CGCMs）来更好地捕捉MJO的演变，并评估其对未来数周天气系统移动的影响。同时，对ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）的当前状态、预测模型及其对全球遥相关遥响应的传递路径进行了深入的分析。 第八章：可预报性极限的理论与实践 探讨了天气预报的内在混沌性质。从Lyapunov指数的角度，量化了初始误差的指数增长率。本书区分了模式可预报性（模型物理过程的限制）和初始可预报性（观测误差的限制）。最终，我们提出了基于“强信号”和“弱信号”概念的预报策略调整，指导操作人员在预报时效接近其统计极限时，如何更有效地利用概率信息指导决策。 --- 本书内容横跨了理论物理、高性能计算、统计学与地球观测科学，为气象、环境科学研究人员以及需要深度理解天气预报局限性的行业专业人士提供了一个全面且深入的参考框架。它不是简单地介绍天气现象，而是深入其背后的数学结构和计算实现细节，旨在提升对中期及延伸期预报原理的掌握深度。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书在解读天气预报背后的科学原理方面，做得相当出色。我一直对天气预报的精确度感到好奇，这本书就详细解释了为什么我们能做到提前几天甚至一周的预报，以及其中的局限性。作者通过介绍数치模型的工作原理，让我明白了计算机在天气预报中的关键作用。他将模型比作一个复杂的“厨房”，里面有各种“食材”（观测数据）和“烹饪方法”（物理方程），通过“厨师”（计算能力）的加工，最终“烹饪”出“菜肴”（预报结果）。书里对不同类型数치模型的优劣分析也让我印象深刻，让我了解到并非所有模型都适用于所有情况，选择合适的模型至关重要。让我特别惊叹的是，作者在讨论模型的不确定性时，并没有回避其固有的困难，而是坦诚地解释了混沌理论在天气预报中的影响，以及为什么“蝴蝶效应”会导致长期预报的难度增加。他提到，即使是微小的初始误差，在经过模型长时间的计算后，也可能被放大，最终导致预报结果的偏差。这种对科学局限性的深刻理解，反而让我对气象学家们的辛勤工作有了更深的敬意，也让我对天气预报有了更理性的认识，不再盲目追求百分之百的准确率。

评分☆☆☆☆☆

我最近读到一本关于中期天气预报的书，虽然我不是专业气象学家，但这本书让我对这个领域产生了浓厚的兴趣。书的开头部分，作者用一种非常生动形象的方式，描绘了天气系统的演变过程，就像在讲述一场宏大的自然舞蹈。我尤其被其中关于高空槽和低压系统的形成机制的讲解所吸引，作者并没有直接扔出复杂的公式，而是通过层层递进的比喻和类比，将抽象的物理概念变得触手可及。比如，他将大气比作一个巨大的、充满能量的流体，而天气系统就像是这个流体中涌现出的各种“涟漪”和“漩涡”。这种讲解方式极大地降低了理解门槛，让我在阅读时没有感到丝毫的畏惧，反而有一种“原来如此”的豁然开朗之感。书中对全球大气环流模式的描述也十分精彩，让我对北半球和南半球的信风、西风带以及极地东风带有了更清晰的认识，也理解了这些环流模式如何影响着全球范围内的天气分布。此外，作者在描述一些经典的天气现象，例如台风的生成和发展时，也加入了许多有趣的案例分析，让我看到了理论知识如何在现实世界中得到印证，这使得整本书读起来既有学术的严谨性，又不乏故事性和趣味性，是一次非常愉快的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的过程中，我最大的感受就是作者对如何将复杂概念“接地气”的处理能力。他并没有选择枯燥的学术报告式写作，而是巧妙地融入了大量的实际应用场景和历史案例。我记得书中有一段关于“副热带高压”的讲解，作者并没有直接给出其定义，而是从我们日常生活中常见的“桑拿天”谈起，解释了副高是如何带来高温高湿的天气，以及它对我国夏季天气的影响。这种从生活经验出发的切入点，让我瞬间觉得气象学不再是遥不可及的学科，而是与我们息息相关的。他还列举了一些历史上著名的天气事件，比如一次严重的干旱或一次毁灭性的洪水，并分析了当时的天气背景以及预报的难度，这让我认识到天气预报在防灾减灾中的重要作用。书中关于“厄尔尼诺”现象的讨论，也十分详尽，解释了它如何影响全球气候，并列举了一些具体的例子，比如它如何导致某些地区洪水泛滥，而另一些地区则干旱异常。这种将理论知识与实际生活、历史事件紧密结合的写作方式，让我在学习过程中充满了成就感，感觉自己不仅仅是在阅读一本教材，更像是在聆听一位经验丰富的“天气解说员”在分享他的知识和见解。

评分☆☆☆☆☆

这本书的图表和插图也是其一大亮点，极大地辅助了内容的理解。我一直觉得，复杂的科学概念如果没有直观的图示，会变得难以理解。这本书在这方面做得非常到位。书中关于大气温度、湿度、气压等要素随高度变化的剖面图，清晰地展示了大气层的结构以及不同层次的特征。我尤其喜欢那些描绘天气系统运动轨迹的动态图，它们仿佛将我带入了大气之中，亲眼目睹着低压系统如何盘旋、高压系统如何扩张。作者还用了大量的示意图来解释物理过程，例如空气的上升、下降、凝结以及云的形成，这些图示的逻辑清晰，层次分明，让我能够轻松地跟上思路，并且能够将这些概念与书本中的文字描述进行对照，加深理解。甚至是一些抽象的数学公式，也通过精美的图表得到了可视化，这对于我这样的非专业人士来说，无疑是一剂“强心针”，让我不再因为公式的出现而望而却步。总体而言，这些视觉元素与文字内容相辅相成，共同构建了一个全面而易于理解的学习体验，让我觉得阅读过程非常高效且令人愉悦。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书给我的感觉非常“厚实”，内容详尽但又不冗杂，涵盖了中期天气预报的多个关键方面。我注意到书中在讲解一些较为深入的概念时，会引导读者去思考更深层次的问题，比如，作者在探讨如何提高中期预报的准确性时，并没有停留在简单地罗列技术手段，而是深入分析了观测数据的质量、模型的物理过程模拟精度，以及后期的订正和偏差订正方法。他提出的关于“多模式集合预报”的思路，让我看到了气象学家们如何通过集成不同模型的优点来降低单一模型的风险，并且通过统计分析来评估预报的不确定性。书中的一些章节还涉及到数值预报产品的解读，如何从不同的图表中提取关键信息，如何识别潜在的预报风险，以及如何将这些信息转化为有用的天气预报建议。这些内容对于非专业读者来说，无疑是极具价值的，因为它揭示了天气预报“背后”的工作，让我明白我们看到的预报信息是如何经过层层分析和判断得来的。总的来说，这本书让我对中期天气预报的原理有了系统而深刻的认识，也让我对这个领域的研究人员所付出的努力有了更深的理解和钦佩，是一本非常值得细细品味的专业书籍。