Handbook Of Micrometeorology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Lee, Xuhui (EDT)/ Massman, William (EDT)/ Law, Beverly (EDT)

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:

价格:109

装帧:HRD

isbn号码:9781402022647

丛书系列:

图书标签:

• Micrometeorology
• Boundary Layer Meteorology
• Atmospheric Science
• Climate
• Weather
• Environmental Science
• Fluid Dynamics
• Turbulence
• Meteorology
• Remote Sensing

《大气边界层湍流：理论、观测与数值模拟》 内容简介 本书系统深入地探讨了大气边界层（Atmospheric Boundary Layer, ABL）内的湍流现象，这是连接地表与自由大气之间动量、热量和水汽输送的关键区域。全书以严谨的物理学原理为基础，融合了先进的观测技术和高分辨率的数值模拟方法，旨在为大气科学、气象学、环境工程及相关交叉学科的研究人员、高级学生和专业工程师提供一本全面而深入的参考著作。 第一部分：边界层理论基础与结构 本书伊始，首先奠定了理解边界层湍流所需的理论框架。详细阐述了牛顿流体力学在地球大气中的应用，重点讲解了科里奥利力、地转风平衡在边界层内的修正与偏离。 第一章：大气边界层的定义与分类 本章界定了大气边界层的物理范围、垂直尺度及其随时间变化的特性。详细区分了对流边界层（Convective Boundary Layer, CBL）、稳定边界层（Stable Boundary Layer, SBL）和中性边界层（Neutral Boundary Layer, NBL）的形态特征、驱动机制和垂直结构。讨论了地表通量（潜热通量、感热通量、动量通量）如何塑造边界层的日变化和季节变化。 第二章：湍流的统计描述与相似性理论 湍流是边界层过程的核心。本章深入探讨了湍流脉动（Turbulent Fluctuations）的数学描述，包括雷诺平均（Reynolds Averaging）的局限性与必要性。详细介绍了湍流特征量，如标准差、偏度、峰度和二阶矩（协方差）。随后，重点阐述了普朗特（Prandtl）的相似性理论在近地层（Surface Layer）的成功应用，包括著名的普朗特-莫宁（PBL）相似律，并讨论了该理论在不同稳定度条件下的适用范围及其经验常数的确立过程。 第三章：动量、热量和水汽的输送方程 本章推导了考虑湍流输送项的边界层质量、动量和能量守恒方程。重点分析了湍流扩散项（即湍流通量）在垂直运动方程中的作用，这是理解湍流通量垂直梯度变化的关键。讨论了地表粗糙度长度（Roughness Length）和动量交换系数（Drag Coefficient）的参数化方法，这些参数直接影响地表对大气动量的耗散。 第二部分：边界层观测技术与数据分析 为了验证和改进理论模型，精确的观测数据至关重要。本部分详细介绍了现代边界层科学中使用的关键观测工具及其数据处理流程。 第四章：高频遥感技术在边界层研究中的应用 全面回顾了多普勒雷达（Doppler Radar）、多普勒激光雷达（Lidar）和微波辐射计（Microwave Radiometer）在探测边界层高度、风场三维结构和水汽廓线方面的原理和应用。着重讨论了反演算法中对大气湍流结构的空间分辨率和时间分辨率的要求。 第五章：超声风速仪网络与涡动相关法（Eddy Covariance, EC） 本章聚焦于地表通量测量的主流技术——涡动相关法。详细介绍了超声风速仪（Sonic Anemometer）的原理、数据采集频率（通常为10-20Hz）及其在精确测量垂直风速脉动方面的优势。深入讲解了EC数据处理的复杂步骤，包括坐标旋转、频率响应校正（如超声波误差和快速响应误差的修正）、密度补偿（如Hyland-Carver修正）以及如何从高频数据中提取感热通量（H）和潜热通量（LE）。 第六章：边界层廓线的探空测量与示踪剂研究 讨论了利用探空气球（Radiosonde）获取边界层垂直廓线的传统方法，以及使用携带气溶胶、示踪气体（如SF6或重同位素）进行边界层混合和污染物扩散研究的实验设计和分析方法。 第三部分：边界层中的物理过程与现象 本部分将理论与观测结果相结合，探讨了边界层内一系列重要的物理现象。 第七章：云底和云顶的湍流过程 针对具有云层的边界层（如积云对流边界层），详细分析了云中和云界附近的湍流结构。讨论了辐射冷却对层状云底边界层稳定性的影响，以及积云抬升和沉降引起的通量变化。 第八章：地表能量平衡与城市热岛效应 本章将研究重点转向地表，分析了地表物质（如植被、水体、不透水表面）对边界层能量输入和输出的差异。系统阐述了城市地区由于建筑几何、材料热力学性质和人为热排放导致的城市热岛效应（Urban Heat Island, UHI）的形成机制，以及UHI如何反馈性地影响城市大气边界层的垂直动力学和气体交换过程。 第九章：晴空下稳定边界层（SBL）的特殊性 SBL是湍流最弱但风切变最强的状态。本章专门研究了夜间地表强辐射冷却如何形成高度受限、具有强烈逆温层的稳定边界层。探讨了地表湍流的完全抑制、低空急流的形成（Nocturnal Low-Level Jet, NLLJ）及其与上层大气动量下沉的相互作用，这对夜间空气质量预报至关重要。 第四部分：边界层过程的数值模拟与参数化 为了预测和模拟大气现象，必须依赖数值模型。本部分探讨了如何将边界层过程纳入天气和气候模型。 第十章：中尺度模型中的边界层参数化方案 详细对比了行星边界层（PBL）方案在天气预报模型（如MM5, WRF）中的不同实现方法。重点分析了高阶闭合方案（如$K-epsilon$模型、TKE方案）与简化的半经验方案（如相似性理论驱动的方案）之间的优缺点。讨论了如何处理非均质下垫面（如土地利用和地形变化）对湍流参数化的影响。 第十一章：涡旋模拟（LES）在边界层研究中的应用 作为唯一能直接解析边界层中大尺度涡旋结构的方法，大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）是深入理解湍流机理的有力工具。本章介绍了LES的滤波原理、网格分辨率需求以及LES如何应用于模拟特定湍流结构，如卷曲层（Entrainment Zone）、对流云团的组织结构和复杂地形下的流动分离。 第十二章：边界层过程与化学/污染物的传输 本书的最后一章探讨了边界层湍流对污染物和温室气体传输的决定性作用。分析了湍流混合对垂直浓度廓线的平滑作用，讨论了在稳定和对流条件下，污染物扩散速率的显著差异，并介绍了污染物传输模型如何耦合边界层物理参数来提高预测精度。 --- 本书特色 本书的优势在于其对理论深度和工程应用的平衡。它不仅详尽阐述了湍流的统计力学基础，还通过对现代观测技术的详尽介绍，使读者能够理解如何从实测数据中提取有意义的物理量。全书贯穿着对复杂地表条件（特别是城市环境）下边界层行为的关注，为环境气象和空气质量预报领域的研究提供了坚实的理论和实践支撑。

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