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出版者:Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1999-10-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9783540963875

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• 科学
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好的，这是一本名为《地球物理流体力学》的图书的详细简介，重点突出其内容，且不包含原书《Geophysical Fluid Dynamics》的具体内容。 --- 《地球物理流体力学》图书简介 探索地球系统的动态核心：一部覆盖广泛、深度兼具的流体力学专著 本书《地球物理流体力学》系统、全面地探讨了地球科学领域中流体运动的基本原理、分析方法和实际应用。该领域的研究跨越了从宏观的大气环流到微观的地下水运动，是理解气候变化、海洋生态系统、地质过程乃至行星演化的基石。本书旨在为地质学、气象学、海洋学、环境科学及相关工程领域的学生、研究人员和从业者提供一个坚实的理论框架和丰富的案例分析。 第一部分：基础理论的构建——从经典流体力学到地球系统 本书的开篇部分着重于建立理解地球物理流体运动所需的数学和物理基础。我们从经典流体力学的核心概念出发，包括流体的本构方程、质量守恒、动量守恒以及能量守恒原理。通过严谨的推导，本书将这些通用原理无缝过渡到地球环境的特定背景下。 1. 坐标系与地球的旋转效应 地球并非一个静止的参照系，其自转对流体运动产生了至关重要的影响。本书详细介绍了在球坐标系和旋转框架下如何构建流体力学方程。重点讲解了科里奥利力（Coriolis force）的物理意义和数学表达，这是解释行星尺度环流模式的关键。我们将深入分析科里奥利力如何扭曲物体的运动轨迹，从而引导出地转平衡（Geostrophic Balance）的概念，这是理解大气和海洋大尺度流动的首要步骤。 2. 浮力、密度驱动与分层流体 地球的流体系统，特别是海洋和大气，通常表现出显著的垂直密度分层。本书投入了大量篇幅讨论浮力效应。我们将介绍浮力频率（Brunt-Väisälä frequency），它量化了垂直扰动在密度梯度下的恢复振荡特性。通过分析静力平衡（Hydrostatic Balance）和非静力效应，本书阐释了如何利用密度差异来驱动流体运动，例如在海洋中的深层环流和在大气中的热力驱动边界层现象。 3. 黏性、扩散与边界层理论 流体运动的实际发生往往受到黏性的影响。本书详细讨论了牛顿流体和非牛顿流体的黏性行为，并引入了雷诺数（Reynolds Number）作为衡量惯性力与黏性力相对强弱的关键无量纲参数。随后，本书将黏性效应纳入方程组，并专门探讨了边界层理论，分析了流体在固体表面（如地球表面、海底或大气低层）附近如何形成和演化。这些分析对于精确模拟地表能量和动量交换至关重要。 第二部分：尺度分析与地球物理现象的动力学 在掌握了基本方程后，第二部分将焦点转向如何应用这些工具来解析地球系统中的复杂动力学过程。本书强调了尺度分析（Scaling Analysis）的重要性，它允许我们将复杂的方程简化为支配特定尺度现象的关键项，从而揭示核心物理机制。 4. 惯性波、重力波与开尔文波 流体内部的扰动传播构成了波浪现象的基础。本书详细分析了在地球物理流体中出现的各种波的类型。我们考察了由于惯性或浮力驱动而产生的波——惯性波和重力波。特别地，本书将深入探讨开尔文波（Kelvin Waves）在海岸线附近以及在密度界面上的行为，这对于理解潮汐动力学和沿海环流模式具有决定性意义。 5. 涡度动力学与大尺度环流 涡度（Vorticity）是描述流体旋转特性的关键量。本书系统地推导了绝对涡度方程，并探讨了涡度在地形、科里奥利力和非线性对流中的守恒和输运机制。通过分析位势涡度（Potential Vorticity）的守恒性，本书解释了中尺度气旋和反气旋的形成、维持及其与气候系统的长期相互作用。 6. 环流与模式：从 Hadley 到 Rossby 本书通过详细的案例研究，将理论应用于行星尺度的环流模式。我们分析了大气中的哈德里环流圈（Hadley Cell）的形成机制，探讨了为什么大气和海洋会发展出横跨数千公里的稳定环流模式。对罗斯比波（Rossby Waves）的深入研究，解释了行星尺度的蜿蜒气流如何将热量从赤道向两极输送，以及它们与天气系统的关联。 第三部分：海洋与大气的相互作用及应用 本书的最后一部分将理论框架应用于实际的地球系统建模和观测解释中。 7. 海洋的动力学：混合与热盐环流 海洋环流的研究是地球物理流体力学的一个核心分支。本书探讨了风应力如何驱动表层洋流（Ekman 输运），以及深层水团如何受温度和盐度（热盐效应）的控制。我们将分析海洋混合的过程，以及海洋环流如何通过吸收、储存和再分配热量，对全球气候系统起到关键的调节作用。 8. 大气边界层与湍流输运 大气的最低层——边界层，是地表能量、动量和水汽交换最剧烈的区域。本书专门讨论了湍流（Turbulence）的统计特性及其对平均流场的影响。我们将利用相似性理论和参数化方法，解释如何模拟边界层内的垂直混合和地表通量，这对于天气预报和空气污染扩散模型的构建至关重要。 9. 地球物理流体力学的数值方法与模型 鉴于地球物理问题的复杂性，本书也简要介绍了求解这些方程的常用数值方法。内容涵盖了有限差分法、有限体积法以及谱方法在处理旋转、分层和黏性流体问题中的应用。通过这些介绍，读者将对当前气候模型和海洋环流模型的基本构造和局限性有一个清晰的认识。 结语 《地球物理流体力学》不仅是一本教科书，更是一扇通往理解我们所居住的星球如何运作的窗口。它将严谨的物理定律与观测到的壮观地球现象紧密结合，为读者提供了分析和解决复杂地球系统问题的强大工具集。通过对科里奥利力、浮力、涡度和波浪动力学的细致剖析，本书确保读者能够掌握理解行星尺度流体运动的全部要素。

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这本书的最后几章，对我来说最具启发性，因为它们将流体力学的理论与实际应用紧密地联系起来。作者在这一部分详细阐述了数值模拟在地球流体动力学研究中的重要性。他介绍了如何利用计算机模型来模拟大气、海洋以及地幔的运动，并解释了这些模型如何帮助科学家预测天气、理解气候变化以及研究地质构造。我开始认识到，现代科学研究中，理论分析与数值模拟是相辅相成的。理论提供了基础的物理框架，而数值模拟则允许我们探索在复杂条件下，这些理论会如何体现。作者在这里并没有过分强调算法和编程细节，而是侧重于解释数值模拟结果的物理意义，以及如何通过对比模拟结果与观测数据来验证模型的准确性。他甚至讨论了模型的不确定性以及如何处理这些不确定性，这让我觉得这本书的内容非常全面且富有实践指导意义。我开始思考，未来我是否也可以尝试利用这些方法来解决自己工作中遇到的问题。

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在阅读的过程中，我越来越感受到作者在组织内容上的匠心独运。他并非简单地堆砌概念和公式，而是以一种非常自然的方式，将不同章节的内容有机地连接起来。例如，他在讨论海洋环流时，会时不时地回顾大气环流的内容，强调两者之间的相互作用。这种“前后呼应”的处理方式，让我能够更好地建立起对地球流体系统整体的认知。我感觉自己不是在独立地学习每一个章节，而是在跟随作者的思路，构建一个完整的知识体系。他善于利用类比和比喻来解释抽象的物理概念，使得我这样的非专业人士也能轻松理解。例如，他将大气中的“涡旋”比作水龙头里流出的水流，形象地解释了涡旋的形成和演化。这种生动形象的讲解方式，让我在学习过程中充满了乐趣，而不是枯燥的记忆。

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当我阅读到关于海洋动力学的部分时，我感到一种前所未有的对地球表层流动的深刻理解。第十章，作者深入探讨了海洋环流的驱动力，包括风的驱动、密度差异驱动以及潮汐的影响。他并没有仅仅停留在描述现象，而是深入挖掘了其中的物理机制。他详细解释了斯文·鲁道夫逊提出的“风应力”是如何驱动表层洋流的，以及科里奥利力如何在地球自转的效应下，使洋流发生偏转，最终形成巨大的海洋环流系统，如墨西哥湾流。我开始理解，为什么某些海域的水温会比其他地方高，为什么某些洋流会带来丰富的渔业资源。作者还对“温盐环流”进行了详细的阐述，解释了海水密度如何因盐度和温度的变化而改变，进而驱动着深层海洋的缓慢而持续的循环。这一过程的缓慢性，与表层洋流的快速流动形成了鲜明的对比，让我对海洋的整体运作有了更全面的认识。他通过巧妙的比喻，将温盐环流比作地球的“传送带”，将热量和营养物质在全球范围内进行输送。书中对“罗斯比波”和“内波”的介绍，更是将我对海洋内部的认识提升到了一个新的层次。这些波动现象，虽然肉眼不可见，却对海洋生态系统和气候变化有着至关重要的影响。作者在解释这些复杂概念时，并没有回避数学公式，但他总是能将公式与物理概念紧密结合，并通过图示加以辅助，使得我能够更好地理解抽象的物理过程。

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这本书的第十二章，让我对地球内部的物理过程产生了全新的认知。作者在这里详细阐述了地球内部的流体动力学，特别是地幔的对流。他没有回避地幔的复杂性，而是试图用流体力学的原理来解释地幔的缓慢而又强大的运动。他讨论了地幔的粘滞性，以及温度和压力如何影响其流变性。我第一次了解到，地幔的运动并非我们想象中的“固态”，而是具有一种流体的性质，虽然其速度极其缓慢，但其累积的力量足以驱动地壳板块的运动，从而引发地震和火山活动。作者在这里引入了“普朗特数”和“瑞利数”等无量纲参数，来描述地幔对流的稳定性和模式。他通过对这些参数的分析，解释了地幔中可能存在的各种对流模式，从简单的层状对流到复杂的柱状对流。我被作者的宏大视野所折服，他能够将如此遥远而又模糊的地球内部过程，用如此清晰的物理语言来描述。他还讨论了地幔中热量的输送机制，以及地幔对流与地球磁场的产生之间的潜在联系。这些内容让我意识到，地球不仅仅是一个由岩石构成的星球，而是一个充满动态能量的、活生生的系统。作者的论证过程非常严谨，他引用了大量最新的研究成果，并对其进行了深入的分析和解读，这让我感到这本书具有很高的学术价值和前沿性。

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当我真正沉浸在这本书的阅读体验中时，我发现自己被一种难以言喻的智性兴奋所驱使。第三章，作者开始深入探讨对流的机制，而我则仿佛置身于一个微观的实验室，观察着流体内部的细微运动。他以平实的语言解释了浮力和粘性如何相互作用，驱动着流体产生涡旋和上升、下降的运动。书中对“本尼耳数”的引入，虽然是一个关键的无量纲参数，但作者并没有将其冰冷地呈现，而是通过生动的生活化例子来解释其意义——比如，在加热浴缸水时，何时会开始出现细微的对流纹路。我当时就灵光一闪，原来我日常生活中观察到的许多现象，背后都有如此深刻的物理原理。更令我惊叹的是，作者将这些微观的对流过程，联系到了地幔对流的宏大尺度。他讨论了岩石圈的厚度、地幔的粘滞性以及热源的分布，是如何影响着地幔柱的形成和板块运动的。这一跨越尺度的联系，让我感到震撼。我一直以来对地震、火山等现象的认知，都停留在表面，而这本书则为我揭示了隐藏在其深处的动力学驱动力。作者的论证过程严谨而富有逻辑，每一个公式的推导都紧密围绕着物理概念的解释。我发现自己反复阅读某些段落，不是因为不理解，而是因为被作者分析问题的深度和清晰度所折服。他使用的数学工具，对于我这个并非专业背景的读者来说，虽然有些挑战，但他总是会提前铺垫，并用非常形象的比喻来帮助理解，比如将守恒定律比作“物理世界的账本”，确保没有能量或质量的“不翼而飞”。这种教学方法，让我觉得学习过程既有深度又不失乐趣。

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当我翻到关于行星大气动力学的章节时，我感到自己仿佛被带入了一个宇宙级的实验室。这本书并没有仅仅局限于地球，而是将流体力学的原理应用到了其他行星的大气研究中。作者在书中讨论了火星、金星等行星的大气环流模式，以及它们与地球大气的异同。我惊讶地发现，尽管行星的条件千差万别，但其大气运动依然遵循着相似的流体力学规律。例如，在分析火星大气中的尘暴时，作者将风的驱动、科里奥利力以及行星自转等因素联系起来，解释了这些巨大尘暴的形成和传播机制。他甚至对金星上超音速的东风进行了详细的阐述，探讨了金星大气如此高速运行的原因。这让我意识到，流体力学不仅仅是一门研究地球现象的科学，它更是一门普适的科学，能够帮助我们理解宇宙中各种天体的大气动力学。作者在这一部分的处理方式非常精彩，他并没有仅仅罗列数据和模型，而是将复杂的物理过程转化为易于理解的叙述，并辅以精美的行星大气示意图。我被作者的洞察力所深深吸引，他能够从看似不同的行星大气现象中，提炼出共同的物理原理。

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这本书在语言表达上也做得非常出色，它没有使用过于晦涩的学术术语，而是尽量用平实、易懂的语言来阐述复杂的科学原理。当然，一些专业的术语是不可避免的，但作者总是会在第一次出现时给予清晰的解释，并结合上下文来帮助读者理解。我感觉作者就像一位耐心的老师，总是站在读者的角度思考，努力让每一个读者都能跟上他的节奏。书中穿插的案例分析，更是让我受益匪浅。他会引用一些真实的科学研究案例，来展示流体力学原理在解决实际问题中的应用。例如，他会讨论如何利用流体力学模型来预测飓风的路径，或者如何利用海洋动力学知识来优化渔业资源的管理。这些实际应用让我觉得这本书不仅仅是一本理论书籍，更是一本能够指导实践的宝典。

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读完这本书，我感觉自己对地球以及宇宙的认识都有了质的飞跃。它不仅仅是一本关于流体力学的书，更是一本关于如何用科学的思维去观察和理解世界的书。作者以其深厚的学识和独特的视角，为我打开了一扇通往科学殿堂的大门。我不再仅仅是作为一个旁观者，而是能够以一种更加深刻的方式去理解我们所生活的这个星球。书中对各种复杂现象的解释，让我感到豁然开朗，原来那些曾经让我困惑不解的自然现象，背后都蕴藏着如此优美而又严谨的物理规律。这本书的阅读体验，对我来说是一次难忘的旅程，它激发了我对科学的更多兴趣，也让我更加渴望去探索未知的领域。我毫不犹豫地会将这本书推荐给任何对地球科学、大气科学、海洋科学以及更广泛的物理科学感兴趣的人。

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这本书的封面，那深邃的蓝色和抽象的地质纹理，就已经足够吸引我了。想象着翻开扉页，一股浓郁的纸张香气扑面而来，仿佛能感受到那些埋藏在地壳深处的秘密在指尖跃动。我带着一种朝圣般的心情，开始了我对这本书的探索之旅。第一章，它没有直接抛出复杂的公式，而是以一种诗意的笔触，描绘了地球流体系统的宏大景象。从浩瀚无垠的海洋，到变幻莫测的大气，再到地幔深处的熔岩涌动，作者如同一个技艺精湛的画家，用文字勾勒出一幅幅壮丽的画卷。我仿佛能听到风在呼啸，感受到海浪的澎湃，甚至能想象到地壳板块碰撞时那沉闷的响声。作者的叙述并非枯燥的科学报告，而是充满了对自然之美的赞叹，以及对隐藏在这些现象背后的物理规律的深切好奇。他巧妙地将流体力学的基本概念融入到对地球现象的观察中，让我这样的初学者也能在不知不觉中建立起对这个复杂世界的初步认识。例如，在描述洋流时，他并没有立刻甩出一堆守恒方程，而是先从太阳辐射的能量不均说起，继而引出科里奥利力在塑造巨大环流中的作用。这种循序渐进的讲解方式，让我感到非常舒心，仿佛跟随一位经验丰富的向导，一步步走进了一个全新的领域，而不是被突然扔进一片迷雾之中。书中穿插的插图，虽然不是精美绝伦的艺术品，但却恰到好处地展示了概念，比如描绘不同大气环流模式的示意图，清晰地勾勒出高压区和低压区的分布，以及风的走向。这些视觉元素，与文字相辅相成，极大地增强了我的理解。整章读下来，我并没有感到学习的压力，反而是一种享受，一种对地球奥秘的初步领略，心中充满了对后续内容的期待。

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翻过中段，我越发觉得作者的博学与洞察力。第七章，主题是大气环流模式，这对我来说一直是一个既熟悉又陌生的领域。我每天都在经历大气层的变化，但对其内部的复杂运作却知之甚少。这本书就像一把钥匙，为我打开了理解天气系统背后逻辑的大门。作者从行星尺度的环流模型说起，详细解析了哈德利环流、费雷尔环流和极地环流是如何形成的，以及它们之间是如何相互作用的。我惊喜地发现，那些我曾经认为是随机的天气变化，原来都遵循着某种内在的规律。他通过对热力学原理的深入剖析，解释了为何赤道地区会形成上升气流，为何副热带地区会出现下沉气流，以及这些气流又如何驱动着我们所熟悉的信风和西风带。书中对“动量守恒”和“能量守恒”在解释这些环流中的应用，让我对这些基本物理定律有了更深刻的认识。作者的描述非常生动，他甚至会将你带入到风的旅程中，让你感受不同纬度上气流的差异。他还讨论了许多影响大气环流的次要因素，例如地形、海洋热力学效应以及地球自转的科里奥利力。我特别喜欢他关于“准地转近似”的讲解，它将原本复杂的动力学方程简化，使得我们在研究大尺度大气现象时能够更加聚焦。虽然这一部分涉及的数学推导相对复杂，但我发现作者的讲解脉络清晰，循序渐进，让我能够逐步跟上他的思路。我甚至开始主动去思考，未来可能的气候变化，是否也会对这些既定的环流模式产生影响。

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