?T. N. Krishnamurti是世界著名的气象学家，尤其是在热带气象学领域有卓越的贡献。他是弗罗里达州立大学的气象学教授，在美国国家海洋和大气管理局（NOAA）环境模拟中心的飓风气候研究与预报（HWRF）系统的开发中发挥了重要作用。他在飓风预测领域的研究推动了气象学的发展，不仅提高了飓风预测的准确性，还为气象学家提供了更全面的风暴分析和预测工具?。

黄小刚，教授，主要从事台风和中尺度动力学和数值模拟研究，担任国家重点研发计划课题组长，主持国家自然科学基金、NJCAR重点项目等课题。发表SCI论文30余篇，入选江苏省"333”工程中青年学术技术带头人培养对象。

前言

在20 世纪50 年代，Herbert Riehl 教授和Clarence Palmer 教授为热带气象学奠定了基础。他们认识到了信风、季风和热带气旋等众多现象和天气系统的重要性，成为一代又一代学生的启蒙老师。Joanne Simpson 博士也是一位先驱者，她强调了热带云的重要性，认为热带云与中纬度层状云截然不同。
热带地区不同地方的许多气象中心对热带气象的研究和业务预报可以追溯到100 多年前，印度气象局就是其中最早的气象中心之一。关于季风的早期研究曾定期出现在印度气象局的报告之中。美国气象服务部门成立于1870 年，1890 年更名为气象局。即使在那个年代，也已经开始了对飓风的追踪和初步的地面观测。
在过去的50 年里，热带气象学在科学上取得了巨大进步。对这一科学领域的贡献不仅来自热带国家，也来自高纬度地区的许多科学家。在这 50 年中，针对热带特定科学现象开展科学考察和数据收集的现场实验一直在如火如荼地进行，这进一步加深了我们对热带地区大气结构和天气过程的了解。
近些年来，低纬度数值天气预报领域也取得了很大进展，并发展为云可分辨模式，同时对不同尺度和尺度间的相互作用也进行了深入研究。近年来，热带低频振荡也引起了广泛关注，发表了许多关于MJO 和ENSO 相关的科学出版物。
本书通过不同章节对这些科学领域进行了有序地整理和组织，以期使读者能够循序渐进地理解相关基础知识。
T.N. Krishnamurti
Lydia Stefanova
Vasubandhu Misra

原著者推荐序

We welcome the translation of this book to Chinese, which potentially will reach a vast and enthusiastic audience of erudite readers. The topics of this textbook should be of high significance to the Chinese readership given that China is part of the tropical Asian Monsoon system. The translation of this book to Chinese is a great tribute to Prof. Krishnamurti's legacy which includes several of his students of Chinese origin who conducted pioneering research with him in Tropical Meteorology at the Florida State University.
我们欢迎将这本书翻译成中文出版，这将惠及更多热情的读者。鉴于中国是热带亚洲季风系统的一部分，这本教科书的主题对中国读者来说应该具有更特殊的意义。这本书的中译版也是对Krishnamurti 教授的致敬，其中包括他的几位华裔学生，他们在佛罗里达州立大学与他一起在热带气象学方面进行了开创性的研究。
佛罗里达州立大学
Vasubandhu Misra

译者序

海洋是热带的主角，这里是台风的摇篮、风雨的故乡，也是交通和贸易的要道、资源的宝库。据统计，约90%的全球贸易通过海洋运输进行，95%的全球电信传输通过海底电缆实现，全球有43 亿人所需蛋白质摄入的15%来自海洋渔业和水产养殖业，超过30%的全球石油和天然气在海上开采。海洋还是地球的呼吸系统，存储和吸收世界30%的二氧化碳，海洋浮游植物生产地球生存所需氧气的50%。海洋调节着地球气候和温度，使地球适合不同形式的生命体生存。
中国人对海洋的认识经历了漫长的过程。在中国古代先民看来，海洋与中原之间有着难以逾越的阻隔，无论从空间距离还是时间长度都难以丈量。海洋多被想象成吐星出日，神隐怪匿的世界，“日月之行，若出其中；星汉灿烂，若出其里。”以《山海经》树立四海观念，明确掌管四海之神为代表，海洋承载着古人的美好想象，构筑起中国人的另一个精神家园。自唐宋航海技术大发展以来，中国一直是西太平洋区域最重要的海上力量，中国商船频繁往来于黄海、东海、南海，甚至印度洋的各个港口。但近代以来，由于国防空虚，我国遭受来自海上的入侵，清政府被迫签订了一系列不平等条约，将中国变成了列强共同支配的半殖民地国家。
“只有站在整个人类发展的历史长河中，才能透视出历史运动的本质和时代发展的方向。”经略海洋，建设海洋强国，实现民族复兴成为了新时代的共识。在我国推进“21 世纪海上丝绸之路”宏大战略的背景下，深入了解海上及海洋影响地区大气运动特征和天气系统演变规律变得十分迫切。
在天气学上，一般将南北半球副高脊线之间的区域定义为热带，海洋占据着热带大部分的面积。这里是地气系统中太阳短波辐射的净获得区，它将接收到的多余能量输出到高纬度地区，成为地球大气运动的发动机。厄尔尼诺和南方涛动是这里特有的现象，热带辐合带使得这里成为全球降水的主要区域。而季风又深刻影响着毗邻陆地降水的季节变化，这些都使热带气象学成为一门与人们生产生活密切相关的重要学科。
长期以来，热带气象学多作为《天气学原理》课程的一部分进行介绍，广度和深度多有不足。我在这一部分内容的教学过程中，先后收集了本书作者之一T. N. Krishnamurti 教授所著的《热带气象学》（包澄澜等译，1987）、原空军气象学院喻世华教授和陆胜元教授合著的《热带天气学概论》（气象出版社，1986）和中山大学梁必骐教授等编著的《热带气象学》（中山大学出版社，1990）等教材，为教学提供了有益的参考。而本书则是到目前为止最为全面的关于热带气象学的专业教材，其不仅从不同尺度介绍了热带地区最主要的大气运动特征和主要天气系统，还与动力学紧密结合，使其既有广度又有深度，是开展热带气象学研究和教学的重要参考著作。
得益于电子工业出版社“大气科学经典译丛”出版计划的支持，在国家自然科学基金项目（42075010、42075053）和国防科技大学教材建设项目的联合资助下，国防科技大学气象海洋学院天气学原理教学团队组织力量翻译了此书。其中第1-5 章由姜勇强翻译、第6-11 章由黄泓翻译、第11-19 章由黄小刚翻译，全书由黄小刚进行统稿。本书翻译过程中也同步更正了原书中的一些笔误。期望本书的出版能对推进热带气象学的研究和教学有所帮助。
由于译者水平有限，书中不足之处在所难免，望读者批评指正。
黄小刚
2024 年7 月

第1章 热带纬向平均环流 1
1．1 引言 1
1．2 纬向时间平均场 1
1．2．1 纬向风 1
1．2．2 经向平均环流 2
1．2．3 温度场 4
1．2．4 湿度场 5
1．3 纬向对称环流的经向输送 6
1．4 Hadley环流理论 8
1．4．1 Kuo-Eliassen方程的推导 8
1．4．2 Kuo-Eliassen方程的讨论 10
原著参考文献 11
第2章 热带地区的纬向非对称特征 13
2．1 引言 13
2．2 850 hPa和200 hPa对流层风 13
2．3 对流层高层的运动场 15
2．4 温度场 17
2．5 热带地区的东/西向环流 19
2．6 湿度场 20
2．7 海平面气压场 21
2．8 降水场 22
2．9 其他参数 25
原著参考文献 25
第3章 热带辐合带 27
3．1 热带辐合带的观测 27
3．2 热带辐合带理论 31
3．3 暖池SST的调节 33
原著参考文献 35
第4章 热致环流 37
4．1 Gill大气模型 37
4．1．1 Gill大气模型方程 37
4．1．2 Gill大气模型的解 40
4．2 沙漠热低压 47
4．2．1 热低压的日变化 48
4．2．2 热低压的垂直运动和散度结构 51
4．2．3 热低压上空辐射传输的垂直廓线 53
4．2．4 热低压的下沉运动和横向遥相关 56
4．3 热低压的热量收支 56
原著参考文献 58
第5章 季风 59
5．1 引言 59
5．2 季风区 60
5．3 非均匀加热和季风 60
5．4 亚洲季风的主轴 61
5．5 亚洲夏季风和冬季风的关键特征 62
5．6 季风爆发和撤退的等日期线 63
5．7 季风爆发的特征 65
5．8 季风的爆发和来自南方的水汽墙 67
5．9 季风爆发后阿拉伯海的冷却 68
5．10 与季风爆发相关的部分动力场 73
5．11 ?-? 相互作用 75
5．12 夏季风的最强降水量 80
5．13 印度季风的中断 81
5．14 印度季风的活跃期、中断期和撤退期 84
5．15 索马里急流 87
5．16 索马里急流的边界层动力学 90
5．17 索马里急流区域的上升流 92
原著参考文献 93
第6章 热带波动和热带低压 96
6．1 引言 96
6．2 正压不稳定 98
6．2．1 正压不稳定存在的必要条件 98
6．2．2 研究热带正压不稳定的有限差分方法 100
6．3 正压―斜压联合不稳定 101
6．3．1 正压―斜压联合不稳定存在的必要条件 101
6．3．2 正压―斜压联合不稳定问题的初值方法 103
6．4 两类非洲波 107
原著参考文献 111
第7章 热带季节内振荡 112
7．1 观测事实 112
7．2 MJO理论 120
7．3 MJO中的西风爆发 124
7．4 ENSO的生消与MJO的联系 124
7．5 穿越热带的波能通量 126
7．6 基于实测数据的ISO预测 128
原著参考文献 133
第8章 尺度间相互作用 135
8．1 简介 135
8．2 波数域 135
8．3 频域 138
8．4 频域示例 139
8．5 波数域示例 142
8．5．1 全球热带地区 142
8．5．2 飓风 144
附录1　　波数域方程的推导 150
附录2　一个简单的例子 154
原著参考文献 156
第9章 厄尔尼诺和南方涛动 157
9．1 简介 157
9．2 观测事实 157
9．3 ENSO情景 159
9．3．1 近赤道纬度海平面气压出现异常 159
9．3．2 信风 161
9．3．3 西太平洋海水的堆积 162
9．3．4 温跃层转换 163
9．3．5 典型海温异常、正常年和厄尔尼诺年海温异常 164
9．3．6 太平洋北美（PNA）遥相关型 166
9．3．7 发源于厄尔尼诺地区、近乎环绕全球的西风急流 166
9．4 ENSO的耦合模拟 168
9．4．1 Zebiak-Cane海洋模式 168
9．4．2 Zebiak-Cane海洋模式的模拟结果 171
9．5 ENSO理论 173
原著参考文献 174
第10章 全球热带非绝热位涡 176
10．1 简介 176
10．2 非绝热位涡方程 177
10．3 非绝热位涡方程在全球热带地区的应用 177
10．3．1 位涡 178
10．3．2 位涡的水平平流 179
10．3．3 位涡的垂直平流 179
10．3．4 垂直加热梯度 179
10．3．5 水平加热梯度 181
10．3．6 摩擦贡献项 181
10．4 非绝热位涡方程在飓风系统中的应用 182
原著参考文献 183
第11章 热带云团 185
11．1 引言 185
11．2 简单浮力驱动的干对流 186
11．3 简单浮力驱动的浅层湿对流 189
11．3．1 简单云模型 189
11．3．2 初始条件和边界条件及区域定义 191
11．3．3 数值模拟结果 191
11．4 云模式 194
11．4．1 运动学和热力学 195
11．4．2 云微物理 196
11．4．3 转换过程 200
11．4．4 模拟结果 201
原著参考文献 205
第12章 热带边界层 207
12．1 经验模型 207
12．1．1 混合长的概念 207
12．1．2 风廓线和地表拖曳 208
12．1．3 总体空气动力学方法 209
12．2 边界层的观测事实 210
12．3 一个简单的热带边界层模式 214
12．4 近地层相似理论 215
12．5 大尺度热带边界层的尺度分析 218
12．6 越赤道气流和行星边界层动力学 219
原著参考文献 221
第13章 辐射强迫 222
13．1 热带地区的辐射过程 222
13．2 浅积云和辐射传输 223
13．3 近地层能量平衡 224
13．3．1 地表温度 225
13．3．2 水汽收支和水循环研究中水汽通量的估算 225
13．3．3 表面感热和潜热通量 226
13．3．4 地球表面净太阳（短波）辐射 226
13．3．5 地球表面净热（长波）辐射 226
13．3．6 地表感热通量 228
13．3．7 地表潜热通量 229
13．4 大气层顶部净辐射通量 231
13．4．1 大气层顶部的净太阳辐射 231
13．4．2 大气层顶部的净热辐射 233
13．5 Hadley环流和纬向环流的辐射强迫 234
13．6 季风的生命周期 234
原著参考文献 236
第14章 干静力稳定度和湿静力稳定度 237
14．1 引言 237
14．2 一些常用的定义 237
14．3 干静力能和湿静力能 238
14．3．1 干静力能 238
14．3．2 湿静力能 239
14．4 干静力稳定度和湿静力稳定度方程 240
14．4．1 干静力稳定度方程 240
14．4．2 湿静力稳定度方程 243
14．5 信风逆温的观测事实 244
原著参考文献 251
第15章 飓风的观测 252
15．1 引言 252
15．2 常规观测 257
飓风内核观测 257
15．3 印度洋海域的热带气旋 261
原著参考文献 263
第16章 飓风的生成、路径和强度 264
16．1 引言 264
16．2 飓风的生成 265
16．2．1 水平切变不稳定 265
16．2．2 位涡守恒 266
16．2．3 非绝热效应 266
16．2．4 飓风中PV方程各项的量级 267
16．3 飓风的路径 268
16．3．1 ?效应 268
16．3．2 藤原效应 269
16．3．3 热带气旋的变性 270
16．4 飓风的强度 273
16．4．1 角动量原理 273
16．4．2 局地柱坐标系 274
16．4．3 力矩 275
16．4．4 飓风中的角动量场是什么样的 276
16．4．5 云力矩 277
16．4．6 表面摩擦力矩 279
16．4．7 什么是角动量常数廓线 279
16．4．8 气压力矩 280
16．4．9 内强迫与外强迫 282
16．4．10 涡旋热塔 284
16．4．11 涡旋Rossby波 284
附录1　切变涡度到曲率涡度的转换 285
原著参考文献 286
第17章 飓风模式与预报 287
17．1 引言 287
17．2 轴对称飓风模式 287
17．3 主流业务模式 291
17．4 大西洋飓风的多模式超级集合 293
17．5 太平洋台风的多模式超级集合 295
17．6 大西洋飓风的中尺度模式集合预报及中尺度模式与大尺度模式组合预报 296
原著参考文献 298
第18章 热带海风与日变化 300
18．1 引言 300
18．2 海风模式 301
18．3　关于日变化的一些观测事实 304
18．4 季风区的日变化 307
18．4．1 印度降水的日变化 310
18．4．2 喜马拉雅山麓与青藏高原东部的日变化转换 311
18．4．3 Arritt列线图 311
18．4．4 季风尺度的日变化 314
原著参考文献 316
第19章 热带飑线和中尺度对流系统 318
19．1 引言 318
19．2 西非飑线 319
19．2．1 飑线――“非洲波的重要组成部分” 319
19．2．2 位于两支东风急流之间的飑线 320
19．2．3 其他飑线模型 321
19．2．4 飑线和非飑线系统 322
19．3 中尺度对流系统 325
19．4 对流组织化 326
原著参考文献 329