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出版者:高等教育出版社

作者:伍荣生

出品人:

页数:319

译者:

出版时间:1999-10

价格:21.90元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040077438

丛书系列:

图书标签:

• 气象学
• 天气
• 地理学
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《大气动力学：现代天气预报的数学基础》 书籍简介 本书深入剖析了驱动全球大气运动的基本物理定律和数学框架，旨在为气象学、环境科学及相关工程领域的研究人员、高级学生和专业人士提供一套严谨而全面的动力学工具箱。不同于侧重于天气现象描述或观测技术的传统教材，《大气动力学》将焦点完全置于理解和量化大气流体行为的内在机制上。 第一部分：流体静力学与宏观平衡 本部分奠定了理解大气运动的基石。我们首先回顾热力学基本原理及其在垂直大气结构中的应用。核心内容包括静力平衡方程的推导，详细讨论了气压、密度和温度的垂直梯度如何相互制约。我们随后引入了等压面和等高面概念，并通过对垂直运动的分析，解释了气团的上升与下沉过程，并引入了浮力效应，如爱德华-罗斯比参数（Froude Number）在层结大气中的作用。 重点章节探讨了大气中的有效势能概念，以及如何通过势能梯度来预测气团的初始运动方向。此外，本书详细阐述了气压梯度力（PGF）的矢量性质，区分了水平和垂直PGF，并展示了它如何成为驱动气流加速的初始动力。 第二部分：宏观运动的惯性效应与地转平衡 在讨论了基本力平衡之后，本书将重点转向地球自转对大气运动的显著影响。科里奥利力的引入是理解大规模天气系统的关键。我们对科里奥利力的数学形式进行了详尽的推导，解释了其对运动物体方向的偏转效应，并强调了科里奥利力不作功的物理意义。 核心概念“地转风”将在本部分得到深入探讨。通过将气压梯度力与科里奥利力进行矢量平衡，我们推导出了地转风关系式，并分析了其在两个和三个维度上的应用。本书特别关注了等高线上地转风与等压线上地转风之间的异同，以及在实际大气中，地转平衡如何成为中高纬度天气系统的良好近似模型。 此外，本部分还包含了对“梯度风”平衡的详细分析，该平衡在描述围绕高压和低压中心的环流（如热带气旋外围）时至关重要。我们探讨了在强曲率气流中，离心力如何与PGF和科里奥利力相互作用，以及何时会出现“反常”的环流模式。 第三部分：热力非平衡与天气系统的能量学 本部分转向非平衡态下的动力学，关注了驱动天气系统的能量转换和耗散过程。我们从非地转流的视角出发，引入了惯性稳定性与不稳定性理论。爱克曼螺旋和Ekman输运的推导是本部分的难点与重点，它解释了边界层内风向如何偏离地转风，以及这种偏离如何导致气旋性辐合和反气旋性辐散，进而驱动上升和下沉运动。 本书花费大量篇幅来解析大尺度环流的无旋、无辐散理论（Beta平面近似）。通过引入Rossby波的理论模型，我们解释了中纬度气旋和反气旋的生成、发展和迁移，阐明了行星涡度守恒定律在理解大气遥相关和季节性变化中的核心地位。涡度方程的完整推导及其对天气系统生命史的解释，是本部分理论深度的体现。 第四部分：中尺度现象与非线性动力学 超越大尺度环流，本部分关注了中小尺度天气现象的动力学基础。我们将探讨地形对气流的影响，包括山脉障碍流、下沉波（如盆地效应）以及暖平和冷迫流（如地形引起的锋面加速）。 我们引入了非线性动力学的概念，特别是关于涡度与气流折叠（folding）的描述。虽然不深入求解复杂的非线性偏微分方程组，但本书通过引入准地转（QG）理论，展示了如何在线性框架内有效地捕捉中等强度天气扰动的基本特征，如斜压不稳定性——这是温带气旋生成和强化的主要机制。对斜压波的增长率和传播速度的分析，为理解天气系统的演变提供了必要的工具。 第五部分：模式构建与数值方法基础 最后，本书探讨了如何将上述理论转化为可操作的预报工具。我们概述了动力学方程组（包括连续性方程、运动方程、热力学方程和状态方程）的完整形式，并讨论了如何将其离散化以用于数值模拟。 重点内容包括：选择合适的坐标系（如地形适应坐标系或等压面坐标系）的优缺点；时间积分方案（如前向、中心和半隐式方案）的稳定性与精度分析；以及如何通过初始化过程（如动态或热力平衡初始化）来消除初始场的“噪音”，确保数值模式能够准确地从当前状态演化到未来状态。本书旨在揭示现代数值天气预报模型背后的核心动力学约束和数值逼近的原理。 适用对象： 本书适合具有微积分、线性代数和基础热力学知识的读者。它被设计为大气科学、地球物理学或相关工程领域研究生课程的教材，同时也是希望从第一性原理理解天气系统演化机制的科研人员的宝贵参考书。阅读本书将使读者建立起对大气运动内在驱动力的深刻理解，从而能更有效地评估和改进天气预报模型的结果。

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这本《现代天气学原理》简直是为我这种气象学初学者量身定做的！我之前对大气环流、云的形成这些概念总是感到云里雾里，感觉像是隔着一层毛玻璃在看世界。但这本书的叙述方式非常清晰，它不像很多教科书那样堆砌复杂的公式，而是用非常生动、形象的语言来解释那些看似高深的物理过程。比如，它在讲解科里奥利力的时候，不仅仅是给出了数学表达式，还通过生动的地球自转案例，让我一下子就明白了为什么风会发生偏转。而且，作者在介绍不同尺度的天气系统时，逻辑性极强，从宏观的全球气候带到微观的湍流现象，层层递进，让我对大气这个复杂系统有了一个整体的认识框架。我尤其喜欢它对数值天气预报的介绍部分，虽然技术细节很硬核，但作者还是努力让读者理解背后的科学思想，而不是简单地罗列步骤。读完前几章，我感觉自己对每天的天气预报都有了更深层次的理解，不再是单纯地接受结论，而是能去探究结论背后的科学依据了。这极大地激发了我继续深入学习的兴趣。

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对于我这种常年在户外工作，需要对突发天气变化做出快速反应的人来说，这本书简直是“雪中送炭”。它的实用性强到令人惊讶！虽然书名听起来很高深，但它对强对流天气的生成机制、对流单体的发展阶段以及雷暴的生命周期描述得极其细致和精准。我尤其关注了其中关于天气雷达回波特征和识别部分，书中对不同类型的回波——比如钩状回波、 विभ形回波——的解释和配图，清晰到我拿去现场对照，几乎能立刻判断出潜在的危险。最让我受益匪浅的是关于中小尺度天气系统的章节，作者深入浅出地讲解了地形对局地天气的影响，这对于我们这些在山区或沿海地区工作的人来说，简直是“独家秘籍”。阅读体验上，虽然内容专业，但作者的写作风格非常务实，没有过多的学术腔调，更像是经验丰富的老气象学家在言传身教，直击痛点，解决了我在实际工作中遇到的许多疑难杂症。

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这本书带给我最大的震撼，在于它对“不确定性”的处理态度。很多气象学的书总是倾向于给出确定性的预测模型，但《现代天气学原理》却非常坦诚地展示了混沌理论在天气系统中的体现。它没有回避预报误差的来源，反而花了大量的篇幅来探讨集合预报（Ensemble Forecasting）的理念，这对我来说是一个全新的视角。我以前总觉得，科学就是要追求精确，但这本书教会我，在复杂系统中，理解概率分布比追求单一的精确值更为重要。书中对动力学和热力学方程的阐述，也并非照本宣科，而是紧密结合实际大气运动中的能量转化和动量输送，每一条公式的推导都像是为理解大气“呼吸”的内在机制在揭示密码。阅读过程中，我时常需要停下来，结合书中的示意图，在脑海中模拟那些气流的运动轨迹。这本书的价值，远超一本教材，它更像是一部关于我们头顶上那层神秘气体的哲学思辨录。

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我读过的很多气象学书籍，要么过于侧重理论物理推导，让人望而却步；要么就是太偏向于操作手册，缺乏对底层机制的深刻挖掘。《现代天气学原理》巧妙地找到了一个完美的平衡点。这本书的视野非常开阔，它不仅涵盖了经典的流体力学和热力学应用，更令人惊喜的是，它将现代气候变化和空气质量监测的前沿知识也融入了进来。例如，在探讨大气化学时，它不仅解释了臭氧层的破坏过程，还结合了近年来关于城市PM2.5扩散模型的研究进展，这让这本书充满了与时俱进的生命力。作者在总结每个章节时，总会提出一些开放性的问题，引导读者去思考“下一步科学会如何发展”，这极大地提升了阅读的互动性和思考的深度。总而言之，这本书的结构严谨，内容详实，语言富有洞察力，绝对是气象领域内一部里程碑式的著作，值得每一位对地球科学抱有热忱的人认真研读。

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说实话，我原本以为这会是一本晦涩难懂的专业书籍，毕竟“原理”二字听起来就让人头皮发麻。但翻开这本书后，我发现我的担心完全是多余的。这本书的排版设计非常人性化，大量精美的图表和实测案例穿插其中，极大地缓解了阅读的疲劳感。我特别欣赏它在内容组织上的匠心独运，比如在讨论边界层物理学时，作者没有急于介绍边界层内的复杂模型，而是先通过一系列生活化的例子——比如清晨的雾气消散、城市热岛效应的形成——来引导我们思考大气与地面的相互作用，这种“先现象后理论”的教学方法，极大地增强了代入感。另外，书中对历史上的几次重大天气事件的分析，简直是精彩绝伦，它不仅仅是记录了事件的发生，更深入地剖析了当时的气象条件和预报技术的局限性，让我对天气预报的未来发展有了更具批判性的思考。这本书的深度和广度达到了一个非常理想的平衡点，适合有一定基础但想系统梳理知识的进阶学习者。

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水过

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水过

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20年了，不知道要“现代”到何时。

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……

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水过