积云动力学

本书题名《积云动力学》，由巢纪平、周晓平著，科学出版社出版，中国科学院印刷厂印刷，新华书店北京发行所发行、各地新华书店经售。版权页载1964年10月第一版、1964年10月第一次印刷，开本850×1168 1/32，印张3 11/16，插页4，字数97,000，印数0001—4,000，统一书号13031·1985，本社书号3057·13—7，定价0.80元。本书为“现代气象学问题论丛”之一。卷首“内容简介”说明，本书较系统地总结近年来国内外有关积云动力学研究的新成就，其中主要是结合作者自己的研究工作详细叙述我国积云动力学的研究进展情况；书中首先叙述积云宏观特征的观测事实，为积云动力学理论研究提供素材；接着根据积云特征建立积云动力学基本方程组；其次为研究积云发展的动力过程，对制约积云发展的一些因素作定量分析和讨论；然后探讨一般热对流的发展和结构，从而进一步研究在水汽反馈影响下的积云动力过程；最后指出今后需要研究的若干问题。本书可供气象研究工作者、业务工作者、研究生和高等院校有关专业师生参考。

卷首有赵九章序，署1964年4月。序中从寒来暑往、日升月沉等自然现象谈起，说明天文和气象学是最早为人类注意研究的对象，世界各地流传的气候、社稷是农民、渔人长期累积的经验总结；国内宋代宫廷已设置雨量计，明代永乐年间曾制作雨量器颁发到全国各地以了解全国雨情；自托里赛里、伽利略制作气压表及温度表以后，世界各地逐渐开始按时进行气压和温度长期观测，并把序列观测和气候变化联系起来，用于初期天气预报。序中强调气象学是一门边线科学，一面联系当地具体地理条件，有地域特点，另一方面遵循物理变化法则，与数理科学有共同性；进一步揭露气象现象本质，必须广泛积累天气和气候客观实际，利用近代新技术，更深入掌握大气物理现象变化过程，运用近代科学成果进行分析研究；近代气象学把物理、数学、力学、控制论、天文等学科成就运用到本学科之内，边线学科是学术上的新生長点，常可开辟学术新领域、解决国民经济重大科学问题。序中还说明解放以来中国气象学有长足进展，一方面结合国家需要联系生产实践，从实践工作中提出重大气象科学基本理论问题，另一方面注意引用现代其他学科成就并运用于气象学；“现代气象学问题论丛”主要结合我国气象学上一些专题研究，对现代气象学中一些重要问题进行总结，以提供有关方面参考。

作者序进一步说明积云动力学的研究对象、意义和国内外研究概况，指出最早研究积云宏观发展条件用质点动力学方法，本世纪三十年代J. Bierknes在热力学基础上提出薄层法，前一种方法把积云看成一个质点，后一种方法已初步考虑云外下沉气流影响；近几年来由于观测增加和观测方法提高，人们逐渐认识到积云发展是大气中水分和运动场之间矛盾发展的产物，从而用流体力学和热力学方法把积云发展和四周大气看成场的问题统一研究。作者序还述及国外应用线性理论讨论积云发展条件、考虑云内外混合过程对积云垂直结构影响以及积云发展过程数值试验等工作，并说明我国自1958年以来在积云动力过程基本方程组建立、积云发生发展条件线性和非线性分析、积云发展过程数值试验等方面所做工作。目录显示全书共五章：第一章积云宏观特征的一些观测结果；第二章积云动力学方程组；第三章制约积云发展的一些主要因子和过程；第四章大气中热对流的发展和结构；第五章积云的发展和结构；书末有结束语和参考文献。正文前20页可见第一章，概括总结积云宏观特征观测结果，包括积云生命期、空间尺度、垂直气流、湍流、含水量和温度。文中指出积云是大气中局地对流现象，尺度谱很宽，从几十米热力对流泡或云泡到一二十公里雷雨云；积云发展和演变迅速，我国一些地方观测积云生命期平均只有十几分钟，一块积云常由很多云泡堆积而成，云泡生命周期更短，一般只有几分钟；发展成阵雨云或雷雨云时生命期可长到1—2小时，完整雷雨云生命史可分形成阶段、成熟阶段和消散阶段。空间尺度方面，积云垂直尺度一般与湿绝热不稳定层厚度有关，但不相等，热力对流泡和云泡平均尺度只有100米，大的700—800米，雷雨云厚度一般几公里，热带积雨云可超过20公里，我国西北积雨云常只有3—4公里厚，华南浓积云厚度可达10公里以上；积云水平尺度与垂直尺度在量级上很接近。垂直气流方面，发展阶段上升气流平均每秒几米，成熟雷雨云可达20—30米/秒，目前观测到最大上升速度60米/秒，消散阶段下沉气流也可达到与上升气流相近强度；最大值一般发生在云的中上部。湍流方面，雷雨云中部湍流强度最大可超过7米/秒，湍涡尺度云中部小于200米，云四侧约300—400米，湍流交换系数在云中不是常数而是空间函数，最大可达300—400米²/秒。含水量方面，积云中含水量随时间地点差异很大，苏联浓积云中心约2—3克/米³，雷雨云一般4—7克/米³，最大观测值有20克/米³，美国观测平均值0.5克/米³，最大也达20克/米³；同一块云中含水量起伏很大，常有数个最大值中心；实测含水量一般小于绝热含水量，愈到云上部差值愈大，表明云内外空气混合过程很剧烈。温度方面，积云中温度正距平区与上升运动区配置，负距平与下沉运动配置；云泡中温度平均比四周高0.5℃左右，浓积云约1.0—2.0℃，雷雨云温度偏差可达4℃，甚至有10℃的例子；雷雨云消散阶段温度负偏差在云底部最大，可达-4℃左右；积云中温度递减率比湿绝热率大得多，与云外空气递减率很接近，也说明云内外空气存在很强混合过程。整体上，本书以流体力学和热力学为理论工具，结合国内外观测事实和我国研究工作，系统讨论积云宏观特征、基本方程组、制约因子、热对流发展结构及积云发展结构，反映了20世纪60年代中国积云动力学和动力气象学研究的部分面貌。本次仅见前20页，后续内容待补。