第10卷第6期 地球科学进展 Vol 10 No 6 1995年12月 ADVANCE IN EARTH SCIENCES Dec.,1995 非线性科学的气象应用研究 吴王杰张韧黄思训 (空军气象学院南京211101) 提要根据非线性科学的混沌理论、分形理论和孤立子理论,从学科交叉的角度 对目前气象科学中关于非线性问題的研究进展进行综合评迷,内容包括大尺度环 流突变与多平衡态、非线性波动及波流相互作用、孤立波与阻塞高压、海气相互作 用、中小尺度天气、大气运动的混沌性及可预报性、时间序列资料的处理及应用、非 线性科学与气彖科学的关亲等。 关键词非线性科学混沌分形孤立波 从数理科学基础研究的角度看,近二、三十年来的一个重要发展特征是对普遍存在的非 线性现象的研究。气象问题本质上都是非线性问题,许多气象研究和天气预报之所以不能 取得根本的进展和改善,相当程度上归因于人们对非线性问题的研究还不深入因此用非线 性科学的新理论、新方法来研究大气科学中的种种问题已成为当今气象科学发展的一个重 要方面(2,本文即评述气象科学中的非线性问题及其研究进展 1大尺度环流突变及系统多平衡态 个由外源驱动的有耗散的非线性系统,存在着失稳、多态、分叉和突变,大气环流正是 这样一种系统。随着热力强迫参数的季节性变化,可以出现大气环流的季节性突变。就大尺 度环流而言,高低指数环流的交替出现,是大气环流变化的主要形势 近十几年来,人们在研究环流平衡态突变时开始意识到并强调非线性本身动力特性的 重要性。缪锦海、李麦村等(4研究了低阶正压模式的多平衡态和平衡态的突变,结果表明随 着外部热力参数的改变,在非线性的低阶正压系统中可以发生平衡态特征或稳定性质的变 化,进而引起高低指数平衡之间的突变,从而得到高低环流指数的相互调整的机制;可以激 发谱系数的准CUSP型突变与西风急流位置的突变;随参数的季节性变化可以得到大气环 流的季节性突变,由冬到夏与由夏到冬,环流的突变是不对称的。这些理论研究与叶笃正等 所指出的大气环流的季节性突变事实甚为相似 第一作者简介:吴王杰,男,1964年出生讲师,主要从事非线性科学及其在气象上的应用研究 收稿日期:1994-11-30;修改稿:1995-02-13 c1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved.© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved