气象学中的对称性规律问题

张学文，2022 09 04

对称是一个含义很广的半定性半定量概念。在几何学有其体现。例如圆，等边三角形，正方形都体现着对称。在物理中实物与其镜像也是对称。这里初步讨论气象学中存在的对称问题。

谈及气象中的对称问题，可能需要先分析一下对气象关系密切的天文地理中的对称问题。

1.         日光中的对称：即便不细说，我们也知道日光仅能够照到50%的地球面积（不细考虑大气对日光的折射）。据此我们说地球在任何时刻其白天的面积与黑夜的面积是对称的、相等的。--形成这个局面有两个基本因素：日光是平行的，地球是球形的。这是对称因素导致的对称后果。

2.         地球人的时间中的对称：现在是几点钟？地球上居住在不同经度的人就有不同的答案。结果是居住在地球上的人都希望太阳在中午时是12点。这导致了时间变成了一个环式的变量。它只有24小时不断的循环。而各个经度上的时间之间具有对称性。

3.         地理中的对称：我是觉得以经纬度来标记地球表面上的位置，是一个伟大的发明。经纬度的标记为球面上的定位带来了很多方便与好处。而这都是基于地球的球体对称、均匀的自转的对称。另外东西南北也是大家知道的对称。

现在言归正传而讨论气象中可能涉及的对称环节：

1.         黑夜与白天：它们显然是对称的。而我在2019年的博客中论证：极地以半年黑夜半年白天与赤道的半天白天半天黑夜对称。而中纬度地区则以夏季白天长，冬季白天短自行对称！就此我们不妨说全球各地都存在昼夜各半的规律https://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1188436.html  。

2.         冷暖：在中纬度：冬季冷夏季暖，春秋是过度季节。在极地是半年冷半年暖，在赤道则是4月、10月热，1,2月7，8月略微凉一点。这都是对称的体现。

3.         东方与西风，南风与北风，涡度与散度，旱与涝，干与湿。

4.         气旋与反气旋，冷高压与热低压，高空与地面，对流层与平流层

5.         以上提及的对称主要是气象现象含义上的对称，或者变量的数值对等。气象学中是否存在两个外形类似而含义不同的公式，从而构成规律的对称呢？---如果有，则我们就把对称的理论价值，应用领域又扩大了一层。

6.         在科学网—zhangxw的博文  https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2024&do=blog&classid=178948&view=me&from=space 文件夹中则给出一批联系着气象现象的对称公式的例子。欢迎大家关注，我就不一一细说了。我觉得这是气象中的对称性分析走向公式化的初步进展。相信沿着对称性概念应当在气象领域进一步会发现更多的对称公式。这有待进一步的努力。说不定这些可能形成一个知识系统：气象学中的对称性原理。