非线性波动在自然科学及社会科学中均普遍存在，是一些客观现象及规律的真实表现形式，特别在经典力学、量子力学、流体力学、光学、等离子体等学科中均具有重要的地位.地球物理流体一大气及海洋的运动就是典型的非线性波动现象，研究大气及海洋中的非线性波动动力学问题对于理解及预测天气或气候变化有着指导性作用，因此也是当今科学中的前沿性学科问题.　　本文主要从描述地球物理流体运动的基本方程组或准地转位涡方程出发，采用尺度分析、理论推导、数值计算及借助于符号运算的解析求解方法，研究了地球物理流体中的大、中尺度运动中的非线性波动问题.一方面，考虑了地球旋转所产生的球面效应对非线性波动的影响，包括对阻塞一涡旋作用、对非线性Rossby孤立波生成、演化及衰退的影响;另一方面，考虑完整Coriolis力对非线性波动的影响，包括对非线性近惯性波的定性影响，完整Coriolis力作用下的大尺度准地转理论及完整Coriolis力作用下的非线性Rossby孤立波的生成及演化.　　首先，针对行星波—天气波的相互作用模型.从等价正压准地转位涡方程出发，考虑球面效应产生的推广β（y）效应.一方面，利用行星波与天气波的尺度分离性，通过多重尺度法及摄动展开法;理论推导得到行星尺度阻塞波演变满足的非线性Schr(o)dinger方程或修正的Korteweg-de Vries方程及天气尺度涡旋波满足的线性修正方程.从定性角度分析了推广的β（y）效应对阻塞波的波速及振幅大小变化的影响.然后，进一步通过数值计算讨论了β（y）效应对行星波、天气波及总波流场的影响.另一方面，通过解析求解准地转位涡方程，说明推广β（y）效应对Rossby波阻塞动力学的影响.　　其次，针对完整Coriolis力作用下地球物理流体运动的数学模型.一方面，从基本方程组出发，利用尺度分析、摄动展开等非线性方法，理论推导了中高纬、近赤道中尺度大气非线性近惯性波动振幅演变所满足的非线性Korteweg-de Vries方程，结果均表明Coriolis参数水平分量对非线性近惯性波动具有移频效应，与目前线性近惯性波动的结果是一致的.另一方面，从大气运动基本方程组出发，通过尺度分析，摄动展开理论推导了完整Coriolis力作用下的准地转位涡守恒方程，是传统情形的推广.进一步，借助约化摄动法、多重尺度法研究了完整Coriolis力作用下的非线性Rossby孤立波的产生、演变及衰退物理机制，特别是近赤道地区的大气运动.定性角度指出Coriolis参数水平分量对于非线性Rossby波的波速有影响.　　再次，考虑了高维非线性Rossby孤立波的产生、发展及衰减机制.从准地转位涡方程出发，考虑具有球面效应、地形效应或完整Coriolis力作用下的非线性波动问题.利用多重尺度法及摄动展开法，理论推到了非线性Rossby振幅演变满足的非线性(2+1)维Zakharov-Kuznetsov方程，从定性角度说明了推广β(y)效应具有与剪切基本流等效的诱导高维非线性Rossby孤立波发生的作用;同时，随经向变化的基本地形则对波振幅的相速度有调频作用，随时间缓变地形是强迫作用，对高维非线性Rossby孤立波的发展及衰退有着重要的影响;最后，Coriolis参数水平分量也不容忽略，对近赤道大气Rossby孤立波振幅的线性波速有修正作用，也是一种调频机制.值得注意的是这一结论与所考虑地形尺度有密切联系，因此讨论不同尺度地形对于非线性Rossby孤立波的生成、演变及衰退作用也是本文的重要内容.　　最后，研究了纬向切变基本流作用下的非线性Rossby孤立波问题.从准地转位涡方程出发，考虑纬向切变基本流、推广β(y)效应、地形、湍流耗散及外源强迫等多物理因素作用，通过多重尺度法及摄动展开法，理论推导得到了Rossby波振幅演变所满足的变系数修正的Korteweg-de Vries方程、变系数(2+1)维Zakharov-Kuznetsov方程.定性分析表明纬向切变基本流对于波动振幅的线性相速度及振幅大小有重要影响.同时大地形影响波动经向结构及诱导非线性Rossby孤立波产生，而缓变地形是一种线性增长（衰减）因子.但是，当考虑完整Coriolis力作用时，我们得到激发Rossby孤立波的新物理机制，表明Coriolis参数水平分量同大地形共同作用也是产生非线性Rossby孤立波的重要物理因素，这在传统情形下无法得到.