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气象状态方程系---这个词如何?

已有 1557 次阅读 2022-3-16 17:05 |个人分类:气象|系统分类:观点评述

气象状态方程系---这个词如何?

张学文,2022 03 16

不经意间考虑到了一个词, “气象状态方程系”。

物理学中有个气体状态方程,它联系这有限的气体,在具有唯一的温度,密度,压力的情况下满足p=ρRT 的关系。

在气象学中需要面对大量的不同压力、不同气温、不同密度、不同经纬度、不同时间、不同高度上的空气(还包括云,降水等等现象),这构成了所谓的全球的丰富的气象状态。

我们有权利问:这些丰富的气象状态有没有特定规律性?有没有对应的方程

这显然是个应当回答的问题。

我考虑了一番过去对气象理论、公式的认识。它给我认识是气象学过分的把物理学原理的理论(如牛顿力学方程)地位看重了。而不敢正视本领域自己可能归纳出来的规律性、有关的公式的理论地位。我们是应当充分利用物理学提供的物质规律性,但是我们不能因此忽视对地球大气环境下对特有的气象规律性的关心,提炼,整理与归纳。

 

2019年让我感悟到一个简单又有趣的气象规律是:地球上的任何一个地点(如北京,南极,赤道)其全年没有日光的时间都占全年的50% 。在极地这是通过半年白天半年黑夜实现的,在赤道是在通过每天有12小时的日光实现的,而在北京则是通过半年白天长,半年夜间长这种方式实践的。

但是遗憾如此简单的规律性却被很会玩数学公式的气象学家忽视了。

退休以后无事干,我在科学网博客上零散地获得了一些气象变量之间的公式关系很好。它们的R平方,都是0.95以上。我发现的这种方程、公式的数量,估计不下50个。可我发现它们在气象上几乎没有理论地位。檀成龙分析了我国各地的降水量与水汽压力的线性关系很好。而在气象学中这些公式没有理论地位,连在学术刊物上发表都难。

气象领域数据很多,而且也用统计方法做了大量分析,获得了一些公式,方程。但是它们似乎无力说这些内容是气象学里普遍适用规律。我觉得现在是应当为大量的气候经验方程寻找一块理论领域让它们容身存在了

所以我感到应当搭建一个气象理论舞台,把这些知识都组织进去!

气象状态方程系”就是最近考虑到的一个气象理论领地的招牌。

在这个招牌下,我们可以容纳各式各样的气象状态方程式。它不是少数公式独霸一切,而是很多可靠的公式在各个领域各显露光芒!

 

初步考虑它们主要有4大块

1.         气象变量在时间(年变化、日变化)、空间(纬度、经度,高度)、面积、大气质量上的分布公式(规律)。如太阳能在各个纬圈是的分布,不同降水量与其占有面积的分布规律性等等。

2.         不同气象变量之间的相关性方程。

3.         不同气象状态的统计占有率分布方程(统计气象的主要内容)。

4.         气象状态的转移率方程、矩阵。

 

以上算我对“气象状态方程系”这个名称的初步提出与分析。后面附上我过去的一个博客https://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1240599.html  做参考。这里考虑的领域则比那里考虑的气象统计的领域要更宽一些

 

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气象统计学私探(0)--开场白

张学文, 2020 07 04   

我在这里尝试着把对各种气象数据统计(气候统计?!)的有关知识搭建成为一个科学学科--气象统计学。如果这种努力真的对气象统计学的形成有益,那已经是自我安慰了。

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          “统计”现在成为一切知识系统中的重要活动内容,这包括各个自然科学学科也包括社会科学各个分支。确实,今天对数据求平均值,排序等等的统计几乎涵盖了各个学科的科学数据分析、研究领域。对此不需要我多说。

但是把数据拿来做一些统计是一回事,就统计结果写个分析文章是一回事,而把大量的,特定领域的统计,配合其他有关知识(天文地理物理数学)独立构成为一门科学体系则需要再上一个台阶。如果你把某领域的大量统计事实进一步用基本的物理数学等原理给予很好的说明,则就形成了一个理论体系了。

说到这里不由地想到物理学中的统计物理学。大家都知道统计物理是一门很深的理论知识体系。如果我们把气象的统计提高到统计物理的水平则显然是个成功!

         是的,这里我是试图为气象的统计,搭建为一个知识系统(使它成为一个专门的学科),而不希望气象仅仅是各种统计方法的试验场。目前看我只能说我尝试着为此努力。是否可能成功由历史去评论吧。

        上世纪60年代我自学过统计学,70年代在自学信息论的基础上联系气象预告问题,写了一本书《气象预告问题的信息分析》于1982年由科学出版社出版,1992年在我国自然科学基金会项目的支持下,我与马力合著了《熵气象学》由气象出版社出版。我也就降水时面深问题等问题发表过一些文章,这些工作都涉及气象统计问题。1998年退休以后就太阳能的统计我也做了一些统计分析,另外就如何用气象状态的转移矩阵表达气象变量的分布的稳定性也在科学网的博客等处做过一些分析。我当过气象预报员,有一些气象经验积累

        记得丑纪范院士与丁裕国教授曾经对我有关努力有过肯定。他们的鼓励一直是我努力的动力。而现在鉴于自己的年龄,我自知难以完成一个系统的工作。于是就借互联网-博客这种平台尝试搭建我感到的气象统计科学的知识系统框架

 借助天文地理知识,物理知识和统计学的特有视角和手段,我们可以看到那些气象领域有那些特有统计规律?这应当是特别关注的要点。

既然是私探,也就是介绍个人的认识。如有雷同,欢迎指出。

          如果我的这种努力有助于未来的气象统计科学知识体系的形成,就已经是对我的安慰了。老实地说,我对自己是否可以梳理一个知识系统的清晰框架,有热情,但信心不足。让时间去检验吧。

         欢迎大家从任何角度提出看法。知识都是在质疑、检验中考验出来的!

         欢迎,也期待有人参与这个分析!补充这里的认识!

         新疆,张学文,20190824  20200704修订




https://m.sciencenet.cn/blog-2024-1329721.html

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