《降水统计力学》(1)

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说明:1981年新疆气象杂志发表了廖树生和我的三篇文章,其副标题分别是降水统计力学之一、之二、之三。它们拉开了我们把统计力学、最大熵原理普遍应用于气象学的序幕。为了大家理解这个研究方向的基本思路,1985年我写成《降水统计力学》这一油印内部出版的小册子约4万字。

下面是《降水统计力学》的部分内容。它们来自油印本的电子文字识别和整理。如果条件允许,我会把全书都弄成电子版供读者参考。

降水统计力学

1985年,新疆气象台,著者:张学文,油印200册)

目录

前言

第一章 基本统计模型(5)

  1. 幼儿浇花问题(5)

  2. 实现一个结局的具体办法有很多个(8)

  3. 算例与约束(11)

  4. 实施方法最多的分配方案是什么(15)

  5. 每个实施方法的出现机会都相等(25)

第二章 降水统计力学(28)

  1. 降水量的时面深问题之一(29)

  2. 降水量的时面深问题之二(49)

  3. 点雨量分布律(58)

  4. 皮尔逊Ⅲ型被广泛应用的原因(66)

  5. 讨论与猜测(83)

 

   

    大自然的降水是人类赖以生存的淡水的最基本的来源。对降水的自然规律的认识是气象和水文工作者一贯重视的问题。气象学家不仅努力及时地把一次次即将发生的降水过程预告给大冢,而且还仔细分析研究着世界各地的降水的各种特征。水文学家不仅为人们预测降水引起的各个河流的洪峰,而且还为水电站的设计、河流的规划、农业的开发等等这些长远项目进行着认真的分析研究。在这些工作中也都离不开对降水规律的认识。

    为揭示降水过程的物理机制,气象学上已从宏观和微观方面搞了不少工作。这些物理模型虽然并未能对降水现象都解释清楚,但确实使我们对降水的认识进丁相当大的—步。

    为了揭示降水的统计特征,应当说世界各地的气象、水文工作者已经收集了相当丰富的降水资料,并且进行了广泛的统计分析工作。人类关于降水的很多知识都是从这些实际资料中归纳出来的。

   如果冷静地把上述两方面的关于降水的知识与人类对降水知识的需要程度作一个对比,那么不难看到已有的物理模型尚不能解释很多降水现象,另外已有的统计分析也是经验性的归纳多,而缺少明晰的基本统计模型。这样—种局面促使我们考虑是否可能在降水的基本统计模型方面作些努力,看看能否为降水的统计研究找到一个可以缘之而上的链索。

    在我们环顾2 0世纪的科学的发展进程时,不难看到统计学有极强的生命力。它好像突破了决定论者的思想束缚,在20世纪几乎渗透到每个自然科学甚或社会科学领地,如果就统计学在其本身的发展深度上看,20世纪不仅有着像随机过程理论,信息理论这些新秀问世,而且经典的统计力学也在20世纪登上新的高峰。人们看到今天的统计力学就诸多的物理、化学现象为我们提供了一个完好的解释。

    纵观统计科学如此强的渗透能力和它自身的日益深化,使我们感到把降水现象的统计分析水平再提高一步,使之从感性阶段进入理性阶段不仅是应该的,而且是可能的。看到统计力学在物理,化学上取那么打的成就,似乎我们也有理由指望统计理论在降水上的进—步应用会为素感棘手的降水问题取得较大的进展。

    坦白地说,对于统计力学我虽一直崇拜,但实则一直是陌生的。1980年廖树生同志把他的一个论文手稿给我看,我感到他这种论证降水概率分布的思路很新鲜。他说这是从统计力学中移植来的。当时我知道用信息论中熵极大化的办法处理问题会更简练一些,但他的这—思路确实使我深思了很久。这一则促进了我学习统计力学的兴趣,更促使我考虑如何去扩大这个战果。

    经过一段努力,廖树生同志的结论已为一些实例所证实。这终于形成一篇论文在19814期新疆气象上发表了。我为之取了一个副标题“降水的统计力学分析之一”,这样做主要是想表明它的思想源于统计力学,同时也为稍后的这方面的工作埋下伏笔。

    我写的降水统计力学分析之二和之三是上述思想的初步扩充的结果(刊于同年51 2期新疆气象上)。前者涉及了多次降水的合计值的分布问题,后者把相应概念用于暴雨的时面深问题上至此我已经感到这些思想一方面还大可扩充,但另一方面这些结果分散地用一篇篇的文章介绍既不能把物理思想或数学步骤谈透,又显得类似的道理一再重述而十分累赘。有见于此,我们就着手写成这个内在结构更为简练谨严的小册子。我想这对于想了解这—工作的读者和作者都是较为方便的。

      本书的基本结构是把一般化的统计模型放在第一章中阐述。在以后的各章中再分述把上述模型用于每个降水方面的初步结果。有关的某些数学知识,我们在附表中作简要介绍以便使读者及时查阅。

    显然,本书并不是就—个业已成熟的领域为读者提供一个综述性的介绍.它仅仅是就一个较新的领域的初步认识作尝试性的说明。我们满心希望统计力学的专家进入这个领域探讨这个工作。我们这种门外汉如果能唤起统计力学工作者进入降水领域的兴趣,或者促使气象工作者引用统计力学的兴趣,那么至少作者就算起到了抛砖引玉的作用了。