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出版者:中国科学技术出版社

作者:盛森芝

出品人:

页数:139 页

译者:

出版时间:2003年01月

价格:15.00

装帧:平装

isbn号码:9787504636447

丛书系列:

图书标签:

• 流体测量
• 热线风速仪
• 热膜风速仪
• 流速测量
• 热物理
• 传热学
• 实验技术
• 仪器仪表
• 流体力学
• 工程应用

《大气流场结构与湍流测量技术》 内容简介： 本书旨在系统、深入地探讨大气边界层内流场的基本结构、演变规律及其与地表、地形、植被等环境要素的相互作用机制，并全面介绍当前主流的、先进的流速和湍流测量技术及其在实际大气环境研究中的应用。全书内容涵盖流体力学基础理论在气象学中的特殊应用，从理论构建到实验验证，力求为大气科学、环境工程、气象动力学及相关交叉学科的研究人员和专业技术人员提供一本内容扎实、技术前沿的参考资料。 第一部分：大气边界层流场基础理论 本部分首先回顾了经典流体力学中的基本概念，如连续性方程、动量方程（Navier-Stokes方程）及能量方程，并将其应用于地球大气这一特殊介质。重点阐述了大气边界层（Atmospheric Boundary Layer, ABL）的物理定义、分层结构（如中性层、稳定层、对流层）及其日变化和季节性变化特征。 1.1 湍流的本质与统计描述： 详细剖析了湍流与层流的根本区别，深入讲解了湍流脉动、Reynolds分解的概念。着重介绍了湍流场的核心统计量，包括平均速度、脉动速度的二阶矩（湍流脉动能、湍流强度）以及三阶矩（湍流输送）。对普朗克（Prandtl）的混合长度理论及K理论（涡粘性理论）进行了批判性回顾，并引入更现代的、基于相似律的湍流模型构建思路。 1.2 地面动量输送与阻力定律： 详细分析了地表摩擦力对近地层流场速度廓线的影响。引入相似理论，推导并讨论了Monin-Obukhov相似理论（MOST）在稳定和不稳定条件下的具体形式，包括速度廓线、温度廓线和湿度廓线的无量纲函数。对地表粗糙度长度（$z_0$）和动量交换系数的确定方法进行了细致的讨论，并结合实际观测数据验证了理论模型的适用性。 1.3 复杂地形与植被冠层的动力学效应： 探讨了地形起伏（如山脉、峡谷）和植被冠层对风场结构的显著影响。在地形方面，讲解了流体绕流的基本概念，如流线弯曲、分离和再附着，以及地形对湍流通量重新分配的影响。在植被方面，引入了冠层平均模型，重点阐述了冠层内动量汇、冠层阻力（$D_c$）的计算方法，以及不同叶面积指数（LAI）下风速廓线在冠层内部和上方的变化特征。 第二部分：先进流速及湍流测量技术原理 本部分是本书的核心技术章节，系统介绍了当前大气科学研究中最常用、最前沿的非接触式、接触式和遥感测量技术。 2.1 接触式测量技术： 超声波风速仪（Sonic Anemometer）： 详细解析了超声波在空气中传播的时间差原理，重点阐述了三维超声风速仪（3D Sonic）如何通过测量声波在不同路径上的往返时间，实现对瞬时风速脉动的高频（通常大于10Hz）精确采集。讨论了探头污染、交叉路径误差和频率响应的限制。 热线/热膜风速仪原理与局限性： 深入探讨了基于热力学原理的测量方法。热线/热膜探头通过加热元件与周围空气进行热交换，通过维持恒温（CTA）或测量电阻变化（ সম্মুখীন）来推算风速。详细分析了其在低风速下的灵敏度、在强湍流和湿度变化环境下的漂移问题，以及探头尺寸对测量体积的影响。特别强调了其在测量小尺度湍流结构中的应用优势与校准的复杂性。 2.2 光学遥感测量技术： 激光多普勒测速仪（LDV）与粒子图像测速（PIV）： 介绍了利用激光散射原理测量流场的技术。LDV通过测量散射光的频率偏移来确定特定点的速度，适用于实验室和特定大气条件下的点测量。PIV通过捕获标记粒子在两次曝光内的位移来获得速度场信息，是获取二维或三维瞬时速度场的重要工具。 多普勒雷达和LIDAR技术： 重点介绍了大气湍流遥感技术，包括利用大气中的水汽、气溶胶作为散射粒子，通过多普勒频移原理反演大气风场信息。分析了信噪比、大气能见度、探测体积体积与距离的耦合关系，以及垂直风速、水平风速分离的算法。 2.3 湍流输运和通量计算： 详细介绍了基于高频采样数据的湍流协方差法（Eddy Covariance Method）来计算动量通量（$ au = - ho overline{u'w'}$）、感热通量（$H = ho c_p overline{w' heta'}$）和潜热通量（$LE = ho L_v overline{w'q'}$）的原理和实施步骤。强调了数据处理的关键环节，包括坐标旋转校正（消除倾斜误差）、频率响应校正和高频段（如水汽吸收、探头响应）的修正技术。 第三部分：数据处理与不确定性分析 本部分关注实际数据采集后的处理和结果评估。 3.1 信号处理与滤波技术： 讲解了从原始电压信号到物理量转换的标准流程，包括线性化、基线漂移消除。介绍了数字信号处理中的滤波方法（如低通、高通滤波器）在去除低频漂移和高频噪声中的应用，并讨论了有限时间窗对功率谱分析（如Fast Fourier Transform, FFT）的影响。 3.2 湍流谱分析： 深入讲解了如何利用功率谱密度函数（PSD）来表征湍流能量在不同尺度间的分布。详细阐述了惯性子区的Kolmogorov $k^{-5/3}$ 律的检验方法，以及如何利用谱宽度来评估测量系统的频率响应特性。 3.3 测量误差与不确定性评估： 系统梳理了影响大气流速测量的系统误差和随机误差来源，包括探头安装误差、传感器线性度误差、校准漂移等。引入了误差传播定律，指导读者如何量化最终通量或平均速度的测量不确定度，确保科学结论的可靠性。 适用读者对象： 气象学、大气物理学、环境科学、流体力学、航空航天工程等领域的研究生、科研人员、高校教师，以及从事环境监测、城市气候、可再生能源评估的工程技术人员。 本书结构严谨，理论深度与技术实用性兼备，辅以大量实际工程案例分析，是理解现代大气边界层流场及其精细测量技术的权威参考书。

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这本书的配乐——如果我能这么称呼它的话——是一种深沉的、近乎于低语的氛围感。虽然是纸质书，但它成功地在我的脑海中构建了一套完整的听觉背景。我读到关于潮湿地下室的场景时，似乎能真切地听到水滴从顶部缓慢滴落，在积水洼地中发出规律而单调的声响；而当我读到关于星际航行的部分时，脑海中响起的是宇宙尺度上寂静的嗡鸣，一种超越人类听觉范围的宏大背景噪音。作者在文字中大量运用了暗示和对比的手法来营造这种“背景音效”。例如，书中反复出现对“失谐音程”的描述，这种不和谐的声音美学似乎贯穿了整本书的情感基调，使得即便是描述美好的事物，也总带有一种挥之不去的忧郁感。我猜想，这本书的理想阅读环境，可能是在一个深夜，伴随着雨声，独自一人，关闭所有电子设备的干扰。它不是一本用来“看”的书，更像是一张需要你用耳朵去“聆听”的文字唱片，充满了内省和略带病态的浪漫主义情怀。

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这本书的封面设计非常引人注目，色彩搭配大胆而富有现代感，黑白灰的主色调中点缀着几抹亮眼的霓虹色，给人一种速度与科技交织的视觉冲击力。我原本以为这会是一本关于未来交通或者高速信息传输的硬科幻小说，毕竟“热线”和“流速计”这些词汇听起来就充满了动态感。然而，当我翻开扉页，看到的却是大量精美的插图，描绘的是一些古典建筑的局部特写，比如哥特式拱顶的纹理，或者巴洛克式雕塑的细节。这强烈的反差让我感到困惑，但同时也激发了我的好奇心。书中文字的排版也十分讲究，大段的留白和极简的字体选择，让原本可能略显枯燥的描述变得轻盈起来。我特别喜欢其中一个章节，作者用极其细腻的笔触描绘了清晨薄雾中一座废弃工厂的景象，空气中弥漫着潮湿的铁锈味，每一个角落都仿佛藏着一个无人知晓的故事。这本书给我的第一印象是，它似乎在用一种非常克制和艺术化的方式，探讨某种“流动性”的概念，但这种流动性并非物理上的快速移动，而更像是一种情绪、记忆或者时间跨度的缓慢渗透。从阅读的氛围营造来看，作者显然是一位对美学有着极高要求的创作者，每一个段落的节奏都像是经过精心编排的乐章，时而急促，时而悠长，非常耐人寻味。

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这本书的叙事结构简直像一个迷宫，完全颠覆了我以往阅读小说的经验。它没有传统意义上的线性情节发展，更像是一系列相互独立又隐秘关联的散文片段和人物速写集合。我花了好大力气才适应这种跳跃式的叙事。比如，前一页还在描述一位老钟表匠如何用放大镜修理一块怀表，字里行间充满了对齿轮咬合精准度的赞叹；紧接着下一页，场景骤然切换到一片荒芜的盐湖，一个孤独的宇航员正在收集某种奇异的晶体样本，他的内心独白充满了对地球的怀念和对宇宙深空的敬畏。这种跨越时空和主题的无缝切换，迫使读者必须主动构建自己理解的逻辑链条。我甚至怀疑作者是不是故意设置了这些“断裂点”，目的是挑战我们习惯于寻找“因果关系”的思维定势。其中有一段描写关于“沉默的重量”的讨论，引用了大量的哲学思辨，晦涩但又极具启发性，让我不得不停下来，对着书页沉思良久，甚至起身去泡了一杯浓茶。这本书读起来绝对不是一种轻松的消遣，而更像是一场智力上的探险，你需要带着极大的耐心和开放的心态，才能在那些看似杂乱无章的碎片中捕捉到作者想要传递的某种宏大主题——或许是关于存在的本质，又或许是关于信息熵的哲学意义。

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我必须承认，这本书的语言风格极其晦涩，简直像是在啃一块未经打磨的矿石。我通常比较喜欢那种直白、酣畅淋漓的叙述方式，但这本书完全反其道而行之。作者似乎沉迷于使用极其生僻的词汇和冗长复杂的从句结构，每一个句子都像是一个精心搭建的文字装置，充满了内部的张力和精妙的词藻堆砌。我不得不频繁地停下来查阅字典，特别是对于那些描述感官体验的段落，比如对“气味”和“触感”的描摹，简直达到了令人发指的细致程度。书中有一个段落专门描述了一把被遗弃在海边的旧木椅，作者用了不下五句话来描绘阳光如何穿过腐朽的木纹，以及藤壶附着在椅腿上的粗糙质感，完全没有提及椅子的任何历史背景或功能。这种极致的感官聚焦，虽然耗费了阅读精力，但确实成功地将我带入了一种近乎冥想的状态。这本书更像是为那些痴迷于语言本身美感和复杂性的文字炼金术士准备的，对于追求快速情节推进的读者来说，可能更像是一种折磨。它考验的不是你的理解力，而是你的“耐受力”。

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这本书的哲学内核非常沉重，它不断地拷问着“意义”和“耗散”这两个主题。我从中读到了一种对所有努力终将归于虚无的深刻洞察，但这种洞察并非是绝望的，而更像是一种平静的接受，一种对熵增定律的致敬。书中没有明确的英雄或反派，只有一群在时间的洪流中试图抓住些许确定性的个体。有一个关于一位退休数学家的章节让我印象深刻，他穷尽一生试图证明一个最终被证实为错误的猜想，但他在最后的时刻，接受了自己工作的徒劳，并从中找到了某种超脱的自由。这本书拒绝给出任何标准答案，它提供的是一系列精美构造的问题。读完之后，我没有感觉到情节上的满足，而是对日常生活中那些被我们视为“理所当然”的结构——比如日程表、职业规划、人际关系——产生了强烈的疏离感。它迫使你去审视，你所追逐的一切“流速”，最终是否都只是在加速向着一个不可逆转的终点滑去。这是一部需要时间消化，并且在合上书页后仍会在脑中持续回响的作品。

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