从蝴蝶效应谈起

前言

第一章　蝴蝶效应——天气预报是怎么回事

1 敏感初条件——长期天气预报是不可能的

2 非线性冷暖平流

3 永远达不到平衡

4 无特征尺度的牛顿力学

5 奇异性——锋面

6 天气可预报的时间有多长？

第二章　雷阵雨的形成——Lorenz吸引子

1 大气中的相当密度——位温

2 热对流的物理学

3 雷阵雨——Lorenz吸引子

4 水汽——江水舞台上的主角

5 雪花形成之谜——凝聚态

6 气溶胶——人工降雨

第三章　大气环流——Pattern

1 天气图上的流场

2 不可压缩不等于密度为常数

3 涡度——空气团的变形

4 高空图上的长波

5 从Hadley环流到三圈环流

6 台风的螺旋结构

7 涡旋与混沌

第四章　“天气变暖”的提法对吗？

1 一个气候变化的例子

2 气候资料中的标度律

3 极值气候多吗？

4 气候变化的原因是什么？

5 太阳常数的变化

6 人类活动——温室效应

7 厄尔尼诺（El Nino）和拉尼娜（La Nina）

8 海——气相互作用

9 气候系统

第五章　大气湍流

1 湍流是乱七八糟的吗？

2 大气湍流的原因

3 奇怪的输送

4 左右前后相关吗？

5 “一5/3方”定律和“2/3方”定律

6 1/f噪声

7 列维（Levy）游动

第六章 复杂性及其模拟

1 大气运动的层次性

2 协同支配原理

3 微观和宏观的对称性

4 信息压缩

5 自相似性

6 细胞自动机

7 分数维和重整化

8 突变

站在“蝴蝶效应”的高度，大气现象就只能从整体来考虑。著名的气压梯度力和科里奥利力平衡的运动——地转风只不过是一种定常运动形态，大气中还有多种运动型式——pattern，包括闭合的流场气旋反气旋、鞍形场、螺旋场，还有每天天气都不一样而引起“蝴蝶效应”的混沌形态。现在我们也明白了，“气候变暖或变冷”的提法是不正确的，因为每个尺度层次上都有冷和暖。我们也清楚了，北京平均每天下2mm雨的概率并不大，相反下多于10mm，甚至大雨到暴雨的日子倒不少。《科学家谈物理：从蝴蝶效应谈起》正是在以上思想促使下，加入“科学家谈物理”的行列来论述大气现象的。