PDF《斜压不稳定理论的发展历程分析 س》

9 4 6年发表在《 J o u r n a lo fM e t e o r o l o g y 》 上的 论文, 最早提出了 斜压不稳定 这一概念, 给出了不稳定的临界波长, 并阐述了在不稳定扰动情况下能量的转换, 以及不稳定 波对大气环流带来的可能影响, 尽管得出的不稳定临界波长与观测差别较大, 但其对波 流相互作用的讨论在当时是超前的. 查尼于1

9 4 7年采用滤波和尺度分析等方法, 将大气扰动方程简化为一个可以求解的系统, 推导出大气稳定状态的判据, 建立 资助课题: 中国气象局气象科技史研究项目. 作者简介: 张萌, 主要从事温带气旋及相关气象科技史方面的研究.E m a i l : z h a n g m e @c m a . g o v . c n 通讯作者: 杨萍, 主要从事城市气候及相关气象科技史方面的研究.E m a i l : z z

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1 气象学报 了斜压不稳定理论, 其结果与实况比较接近;

并据此把准地转模式成功应用于数值天气预报实践中, 促使数值天气预报获得 首次成功.1

9 4 9年, 伊迪在查尼研究工作的基础上通过合理的简化方法, 得到了更为简洁的模型.最后, 通过对比他们的研 究思路, 重点分析了赵九章未能使得斜压不稳定理论提前一年建立的原因: 由于其研究思路始终局限在大气水平运动上, 忽 略了斜压系统发展中散度项的贡献, 因而未能抓住天气系统发生、 发展的本质, 致使其最终与斜压不稳定理论的成功建立失 之交臂, 其论文本身存在的一些亮点也因此被后人忽视. 关键词 斜压不稳定, 赵九章, 查尼, 伊迪 中图法分类号 P

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2 1 引言斜压不稳定理论是中高纬度大尺度大气运动发 生和发展的机制之一, 它是继长波理论之后大气动 力学上的又一重大科学进展.它从理论上证明了最 常见的天气尺度扰动是由于斜压不稳定引起的, 同 时定量给出了斜压不稳定的波长( 数千千米量级) , 以及波的结构特征( 即温度波的位相落后于流场的 波) , 从而解决了波的发展机理问题.相比之下, 罗 斯贝的长波理论仅仅解决了波的移动问题, 而对于 天气预报而言, 发展问题显然更为重要. 回顾斜压不稳定理论的萌芽及发展过程, 人们 首先 会想到美国气象学家查尼(J.G.C h a r n e y ,

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1 7―1

9 8 1年) 开创性地推导出斜压不稳定波的特 征, 以及英国气象学家伊迪( E r i cE a d y ,

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1 5―1

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6 年) 以更加简便的方法对查尼工作进行的改进, 但很 少有人知道中国气象学家赵九章(

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0 7―1

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8 年) 先于查尼发表了讨论斜压不稳定问题的论文.实际 上, 赵九章先生在1

9 4 6年发表的《 半永久性活动中 心的形成与水平力管场的关系》 ( T h ef o r m a t i o no f s e m i p e r m a n e n tc e n t e r so fa c t i o ni nr e l a t i o nt ot h e h o r i z o n t a l s o l e n o i d a l f i e l d ) 一文, 比查尼早1a提出 了 斜压不稳定理论 的概念( 叶笃正等,

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9 7;

钱伟 长,

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1 1;

钟琦等,

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1 3;

许小峰等,

2 0

1 4 ) . 文中拟以时间为主线来梳理斜压不稳定理论的 发展历程, 对赵九章、 查尼和伊迪有关斜压不稳定问 题的研究思路进行分析, 并试图总结和分析其研究 工作中的诸多亮点以及赵九章未能使斜压不稳定理 论提前一年建立的原因.旨在为本学科未来的发展 思路、 方向、 进程和方法提供一定的启示, 以期为客 观正视中国科学家对斜压不稳定理论发展的历史贡 献提供科学依据.