大气热力动力学导论 大气非平 衡态线性和非线性热力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:地质出版社

作者:胡隐樵著

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-9

价格:60.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787116036581

丛书系列:

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• 物理
• 大气科学
• 热力学
• 大气动力学
• 非平衡态热力学
• 线性非线性
• 大气热力动力学
• 气象学
• 物理学
• 环境科学
• 科学计算

《大气物理学：从基本原理到前沿课题》 本书旨在为读者提供一个全面而深入的大气物理学知识体系。我们将从大气最基本的物理过程入手，层层递进，最终触及该领域最前沿的研究方向。全书内容涵盖了大气结构、能量交换、热力学过程、辐射传输、大气动力学、云与降水物理、大气电学、以及大气化学等多个关键领域。我们的目标是培养读者严谨的科学思维，使其能够理解和分析大气现象的内在机制，并为进一步的深入研究或实际应用奠定坚实的基础。 第一部分：大气的基本构成与热力学基础 我们首先将聚焦于大气的组成及其基本物理性质。读者将了解到大气的垂直分层结构，包括对流层、平流层、中间层和热层，并理解各层之间温度、压力和密度的差异及其成因。我们将详细探讨大气的主要成分，如氮气、氧气、氩气以及微量气体，并重点关注水蒸气的特殊作用，它是驱动许多大气现象的核心因素。 随后，我们将深入介绍大气的热力学原理。本书将从理想气体定律出发，阐述温度、压力和密度之间的关系，并引入了比热容、绝热过程等核心概念。我们将详细推导和讲解绝热温度递减率，以及湿绝热过程的复杂性，理解其中的显热和潜热释放对大气温度垂直分布的影响。此外，我们还将探讨大气中重要的相变过程，包括水蒸气的凝结、蒸发、升华和凝华，以及它们在大气能量平衡中所扮演的角色。气团的稳定度和不稳定度分析将是本部分的重点，我们将学习如何利用垂直温度廓线判断大气的稳定性，这对于理解对流活动、风暴的形成至关重要。 第二部分：大气辐射与能量平衡 辐射是大气能量收支的根本驱动力。本部分将系统地介绍太阳辐射的特性，包括其光谱分布、能量强度以及到达地球的衰减过程。我们将详细阐述地球的能量平衡概念，包括太阳短波辐射的吸收和反射，以及地球自身长波辐射的发射。 本书将重点讲解大气辐射传输的物理过程。我们将深入理解黑体辐射定律、普朗克定律、斯特藩-玻尔兹曼定律，并将其应用于地球和大气系统的辐射收支分析。重点将放在大气中主要的温室气体，如水蒸气、二氧化碳、甲烷等，它们对长波辐射的吸收和再辐射作用是如何导致温室效应的。我们将详细分析大气窗口、吸收带以及散射过程，例如瑞利散射和米氏散射，以及它们对天空颜色和可见度的影响。 我们还将探讨辐射传输在不同大气层次的作用。例如，平流层臭氧对紫外辐射的吸收如何形成臭氧层，并对平流层温度结构的形成起关键作用。最后，本部分将综合以上知识，构建一个简化的地球大气能量平衡模型，分析不同区域（如赤道和极地）的辐射差异，以及这种差异如何驱动大气的环流。 第三部分：大气动力学与环流 大气的运动是能量不均衡和地球自转共同作用的结果。本部分将从描述大尺度大气运动的动力学原理入手，为读者构建一个完整的动力学框架。我们将从牛顿运动定律出发，引入惯性力、科里氏力、梯度风平衡以及地转风的概念。 核心内容将集中在科里氏力对大气运动的影响。我们将详细解释科里氏力如何导致北半球空气向右偏转，南半球向左偏转，并由此引出地转风的概念，理解其在描述大规模气压梯度力与科里氏力平衡时的重要性。我们还将探讨实际大气运动中的偏离地转风现象，引入摩擦力及其在边界层动力学中的作用。 本书将系统阐述大气环流系统。我们将从行星尺度环流开始，详细介绍哈德里环流、费雷尔环流和极地环流的形成机制，以及它们如何分布全球的温度和降水。我们将分析信风、西风带和极地东风带的成因。此外，我们还将深入探讨中尺度环流系统，包括气旋和反气旋的形成、发展和移动，以及它们在大气能量和动量输送中的作用。台风（飓风）的形成和发展机制也将作为重点案例进行深入剖析。 第四部分：云的形成与降水物理 云是大气中可见的水汽凝结物，也是天气现象的直接表现。本部分将系统地研究云的形成过程、分类及其物理特性。我们将从水蒸气在气溶胶粒子上的凝结出发，详细阐述云凝结核的作用。 我们将详细介绍云的形成机制，包括空气抬升冷却、绝热膨胀以及到达饱和状态的整个过程。本书将区分不同类型的云，如积云、层云、卷云等，并探讨它们与大气稳定度、抬升机制以及所处高度的关系。 随后，我们将深入研究云滴的生长过程。我们将分析碰撞增长和溶解增长两种主要机制，并探讨它们在大气中的重要性。我们将重点介绍降水粒子的形成，包括冰晶过程（例如拜格戎过程）和碰并增长过程，以及雨、雪、冰雹等不同形式降水的形成条件。本书还将关注云物理过程对天气预报和气候模型的影响。 第五部分：大气电学与大气化学 大气并非仅仅是物理过程的舞台，它同样蕴含着丰富的电学现象和化学反应。本部分将介绍大气的电学特性以及重要的化学过程。 我们将探讨大气中的电荷产生机制，包括闪电的形成过程。我们将详细解析闪电的起因、发展以及不同类型的闪电（如云对地闪、云对云闪）的形成机制。我们将介绍大气电场、电流以及雷暴云中的电荷分布。 本书还将聚焦大气化学。我们将介绍大气中主要的化学反应，如臭氧的产生与破坏、光化学烟雾的形成，以及对流层和同温层化学的差异。我们将重点关注对流层中污染物（如SO2、NOx、O3、PM2.5）的转化和传输过程，理解它们对空气质量和人体健康的影响。我们还将讨论一些重要的痕量气体，如甲烷、一氧化碳等的化学行为及其在气候变化中的作用。 第六部分：前沿课题与展望 在系统地学习了大气物理学的基本原理和核心内容后，本部分将带领读者展望该领域的最新研究进展和未来发展方向。我们将介绍一些当前活跃的研究领域，例如： 气候变化及其影响： 深入探讨人为因素（如温室气体排放）对全球气候系统的影响，包括气温升高、海平面上升、极端天气事件频率和强度的变化等。我们将分析相关的观测数据和气候模型的研究成果。 大气遥感技术： 介绍卫星、雷达、 lidar 等遥感技术在大气观测中的应用，包括其原理、数据获取方式以及在天气预报、气候监测、空气质量评估等方面的贡献。 数值天气预报与气候模拟： 阐述当前数值天气预报模型和气候模型的工作原理，讨论其优势、局限性以及未来的发展趋势，包括提高预测精度、分辨率和对复杂大气过程的刻画能力。 地球系统科学： 将大气科学置于更广阔的地球系统框架下，探讨大气圈、水圈、岩石圈、生物圈之间的相互作用，以及如何通过多圈层耦合模型来理解和预测地球系统的演变。 机器学习与人工智能在大气科学中的应用： 探讨如何利用大数据和先进的计算技术，如机器学习和深度学习，来改进大气现象的预测、模式识别、参数化方案的开发以及数据分析等。 本书的编写过程力求严谨、清晰，并结合丰富的实例和图示，以帮助读者更好地理解抽象的物理概念。我们鼓励读者在阅读过程中积极思考，将理论知识与实际观测相结合，培养独立分析和解决大气科学问题的能力。我们相信，通过系统学习本书内容，读者将能够对大气这一复杂而迷人的系统建立起深刻的认识，并为未来在该领域的探索和贡献打下坚实的基础。

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这套书的阅读体验，更像是一场精妙的智力探险。作者在文字中流露出一种对自然现象近乎于痴迷的热爱，使得原本枯燥的数学推导过程也充满了探索的乐趣。我特别喜欢书中对于历史脉络的梳理，它清晰地展现了热力学思想是如何一步步渗透并革新了大气科学的研究范式的。从早期的经验描述到现代基于统计物理的精确建模，这种历史的纵深感让人对当前研究的意义有了更深刻的体悟。书中对于“有效信息”和“熵减”在生命力顽强的天气系统中所扮演角色的讨论，更是极具启发性，它将物理学的边界拓宽到了一个更宏大、更具哲学意味的层面。对于研究生来说，这本书绝对是不可或缺的奠基石，它不仅传授了知识，更重要的是，它培养了一种严谨的、系统性的、敢于挑战复杂系统的科学思维方式。读完之后，我感觉自己对大气这团“永不停息的火焰”的理解，已经迈上了一个全新的高度。

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读完第一遍后，我立刻有种豁然开朗的感觉，尤其是关于大气运动的能量转换和耗散机制的论述，简直是精彩绝伦。作者似乎对这个领域的最新进展了如指掌，但又没有陷入单纯罗列前沿成果的窠臼。他高明的地方在于，能够从最基本的物理原理出发，层层递进地构建起非平衡态热力学在气象学中的应用框架。我记得有一次，我正在为一个特定的边界层湍流模型感到困惑，恰好在书中找到了与此高度相关的论述，作者用非常直观的方式解释了信息熵在描述系统微观状态不确定性上的作用，这立刻为我的研究打开了一扇新的窗户。这本书的行文风格极其流畅，即便涉及到高维度的张量分析和随机过程，作者也总能找到一种类比或图像化的方式来辅助理解，使得那些本该冰冷抽象的数学工具，突然间充满了生动的物理内涵。我将它带到了好几次学术研讨会上，发现不同专业背景的同行们，都能从中汲取到有价值的营养，这本身就说明了其内容的普适性和深度。

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这本书给我的整体感觉，是那种沉甸甸的、可以作为案头工具书的可靠感。它不是那种读完就束之高阁的快餐读物，而是更像是一本需要长期陪伴、时常翻阅的“工具箱”。特别是对于从事数值天气预报模式开发和气候模型验证工作的同仁们来说，书中关于守恒律的严格推导和离散化误差的探讨，提供了极为宝贵的理论基础和批判性视角。我曾遇到一个困扰已久的问题，即在模拟强对流天气时，数值解经常出现不稳定的振荡，翻阅此书后，书中对于非线性项处理不当可能导致的能量失衡的论述，让我找到了问题的症结所在——原来是我在处理对流项的平流速度上过度简化了。这种将理论物理的严谨性与工程实践的迫切性完美结合的叙事方式，非常贴合我们科研人员的需求。它构建了一个坚实的理论框架，让工程师和科学家们在创新时，能够有所依循，不至于在理论的泥潭中迷失方向。

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这本书的深度和广度令人叹服，它不仅仅局限于描述“是什么”，更深入地探讨了“为什么”和“如何可能”。我对其中关于气候系统中的突变现象（Bifurcation）与混沌理论的结合部分印象尤为深刻。作者没有止步于简单的数学描述，而是将其与实际的大气环流变化，比如厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的周期性，巧妙地联系起来。这种跨越学科边界的整合能力，体现了作者深厚的学术功底和开阔的视野。阅读过程中，我常常需要停下来，反复咀嚼那些关于“有效自由能”和“耗散函数”的定义，因为它们是理解大气中能量不可逆过程的关键。书中的插图和图表制作得也非常精良，那些复杂的相空间轨迹图，清晰地勾勒出了系统演化的基本规律，比起那些只有文字堆砌的资料，直观性强了百倍。它要求读者付出努力，但绝对是物有所值的，每一次深入的阅读，都能发掘出新的层次和更细致的理解。

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这套书的封面设计简洁大气，那种深邃的蓝色调和简洁的字体搭配起来，给人的第一印象就是非常专业和严谨。我记得我是在一个午后，阳光正好照进书房的时候翻开它的，书页散发着淡淡的油墨香，让人忍不住想深入探究。特别是《大气非平衡态线性与非线性热力学》那一本，光是看到标题，就觉得作者对这门学科的理解已经达到了一个非常高的层次。它不是那种教科书式的平铺直叙，而是更像是一位经验丰富的导师，循循善诱地引导读者进入到复杂而迷人的大气现象的内在机制中去。我尤其欣赏作者在引入基本概念时所展现出的耐心，即便是对于我们这些在其他领域摸爬滚打多年的研究者来说，也能感受到那种知识体系构建的逻辑性和美感。它没有回避那些晦涩难懂的公式和模型，而是巧妙地将它们置于一个宏大的物理图景之下，让读者明白每一个符号背后所代表的真实物理意义。这种处理方式，极大地降低了初学者的畏难情绪，同时也为资深研究者提供了重新审视基础的契机。这本书在结构安排上的精妙之处，在于它总能在恰当的时候，抛出一个引人深思的问题，驱使我们去主动思考，去连接那些看似孤立的知识点。

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