Environmental Modelling

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出版者:
作者:Beven, Keith
出品人:
页数:328
译者:
出版时间:2008-11
价格:$ 214.70
装帧:
isbn号码:9780415463027
丛书系列:
图书标签:
  • 环境模型
  • 生态模型
  • 水文模型
  • 大气模型
  • 环境科学
  • 数学建模
  • 计算机模拟
  • 环境工程
  • 可持续发展
  • 污染控制
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具体描述

Uncertainty in the predictions of science when applied to the environment is an issue of great current relevance in relation to the impacts of climate change, protecting against natural and man-made disasters, pollutant transport and sustainable resource management. However, it is often ignored both by scientists and decision makers, or interpreted as a conflict or disagreement between scientists. This is not necessarily the case, the scientists might well agree, but their predictions would still be uncertain and knowledge of that uncertainty might be important in decision making."Environmental Modelling: an Uncertain Future?" introduces students, scientists and decision makers to the different concepts and techniques of uncertainty estimation in environmental prediction; the philosophical background to different concepts of uncertainty; the constraint of uncertainties by the collection of observations and data assimilation in real-time forecasting; and techniques for decision making under uncertainty. This book will be relevant to environmental modellers, practitioners and decision makers in hydrology, hydraulics, ecology, meteorology and oceanography, geomorphology, geochemistry, soil science, pollutant transport and climate change.

《环境模拟:洞察地球系统的强大工具》 在这本引人入胜的著作中,我们将踏上一段探索环境模拟的非凡旅程,深入了解这项强大的科学技术如何帮助我们理解、预测并最终保护我们赖以生存的地球。本书并非简单罗列技术细节,而是聚焦于环境模拟的核心理念、方法论以及它在解决我们时代最紧迫环境挑战中的实际应用。 第一部分:环境模拟的基石——理论与原则 在本书的第一部分,我们将奠定坚实的理论基础。我们会从环境科学的宏大视角出发,阐述为何模拟是理解复杂地球系统的必要手段。我们将追溯环境模拟的起源,探讨早期模型的演进,并介绍支撑现代环境模拟的核心科学原理,包括但不限于物理学、化学、生物学、地质学和大气科学中的关键概念。 理解复杂性: 深入解析地球系统固有的复杂性,从大气环流的湍流到生态系统的反馈机制,再到水文循环的动态平衡。我们将介绍系统思维在环境模拟中的重要性,以及如何通过模型来简化和把握这些相互关联的要素。 数学与计算的融合: 探讨驱动环境模拟的数学方程和计算方法。我们将介绍常微分方程、偏微分方程、统计模型等在环境现象描述中的应用,并简要提及数值方法的进步如何推动了模拟精度的飞跃。 数据与模型的互动: 强调数据在环境模拟中的双重角色:既是构建模型的输入,也是验证和改进模型的依据。我们将讨论不同类型环境数据的获取、处理和质量控制,以及如何将实测数据融入模型,实现模型与现实世界的紧密连接。 不确定性与模型局限: 诚实地面对环境模拟固有的不确定性。我们将分析数据稀缺、过程简化、参数化选择等因素如何引入不确定性,并介绍量化和传达模型不确定性的方法,例如敏感性分析和情景模拟。 第二部分:构建模型——方法与技术 本部分将深入探讨构建环境模型的具体方法和技术。我们将超越理论层面,展现科学家们如何将科学原理转化为可执行的计算模型,以模拟各种环境过程。 模型类型概览: 介绍不同类型的环境模型,包括: 概念模型: 描绘关键过程及其相互作用的简化框架。 物理模型: 基于基本物理定律描述过程。 统计模型: 利用数据中的统计关系进行预测。 过程模型: 详细模拟具体环境过程(如水文、气候、生态、污染物扩散等)。 综合模型: 整合多个过程模型的复杂系统。 建模流程详解: 细致剖析一个完整的建模流程,从问题定义、数据收集、模型选择、模型开发、参数化、校准、验证到应用和评估。我们将讨论不同阶段的关键决策和技术考量。 空间与时间尺度: 探讨环境模型如何处理不同的空间和时间尺度。我们将介绍网格模型、单元模型、分布式模型和集中式模型等空间表示方法,以及它们在模拟不同现象时的适用性。同时,我们将讨论模型如何捕捉从瞬时事件到千年演化的时间动态。 软件与平台: 简要介绍用于开发和运行环境模型的常用软件工具和计算平台,强调它们在实现模型复杂性和处理大规模数据方面的作用。 第三部分:环境模拟的应用——解决现实世界的挑战 本书的第三部分是本书的亮点,它将展示环境模拟在应对全球性环境问题中的强大力量。我们将通过生动详实的案例研究,说明模拟如何为决策者提供科学依据,并推动可持续发展。 气候变化研究: 深入探讨气候模型在理解过去气候变化、预测未来趋势、评估温室气体减排策略影响方面的作用。我们将审视不同的气候模型如何描绘海平面上升、极端天气事件频发以及区域气候变化的可能性。 水资源管理: 分析水文模型如何帮助我们理解流域内的水量平衡、预测洪水和干旱、优化水库调度以及评估气候变化对水资源的影响。我们将探讨模型在保障饮用水安全、支持农业灌溉和维持生态流量中的关键作用。 生态系统服务评估: 介绍生态模型如何模拟森林生长、生物多样性变化、碳循环和养分循环等过程,从而评估生态系统提供的服务,如固碳、水源涵养和授粉。我们将讨论这些模型如何为自然保护和生态修复提供科学支撑。 污染物的传播与归宿: 探讨大气、水体和土壤中的污染物传输模型。我们将分析模型如何预测空气质量、评估地表水和地下水污染风险,以及追踪持久性有机污染物(POPs)和重金属的迁移路径,为污染控制和环境修复提供指导。 城市环境模拟: 关注城市尺度上的环境模拟,包括城市热岛效应、空气污染扩散、雨水径流管理以及绿色基础设施的规划。我们将探讨模型如何支持可持续城市发展和改善居民生活质量。 自然灾害预警: 介绍模型在预测和预警地震、火山爆发、滑坡、海啸和风暴潮等自然灾害中的应用,强调它们在减少生命财产损失中的关键作用。 第四部分:环境模拟的未来——挑战与机遇 在本书的最后部分,我们将展望环境模拟的未来发展方向,探讨新兴技术和挑战,并强调其在构建可持续未来中的持续重要性。 新兴技术整合: 讨论人工智能(AI)、机器学习(ML)、大数据分析、遥感技术以及高性能计算(HPC)等新兴技术如何与环境模拟深度融合,提升模型的精度、效率和应用范围。 耦合模型的发展: 展望不同地球系统模型之间更精细、更全面的耦合,以实现对地球系统整体行为的更深入理解。 参与式建模与公民科学: 探讨如何让更广泛的公众参与到环境模拟的过程中,利用公民科学的数据和反馈来改进模型,并增强环境决策的透明度和接受度。 高分辨率与实时模拟: 探讨实现更高空间和时间分辨率的模拟,以捕捉更精细的环境过程,并实现对环境事件的近乎实时监测和预测。 伦理与社会影响: 审视环境模拟在辅助环境决策过程中所扮演的角色,以及模型结果的解释和应用中可能涉及的伦理考量和社会影响。 《环境模拟:洞察地球系统的强大工具》旨在为读者提供一个全面而深入的视角,理解环境模拟的科学原理、技术方法及其在解决现实世界环境问题中的不可替代的作用。通过对这些复杂系统的模拟,我们能够更好地认识地球,并为制定更明智、更可持续的环境政策奠定坚实的基础。

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读后感

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用户评价

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说实话,我购买这本书是冲着它的作者名气来的,希望能从中找到一些前沿的、未发表的或者还未被广泛传播的“独家秘笈”。阅读过程中,我发现这本书的内容更像是一部经典文献的精妙综述和整合,而非一次激进的理论创新宣言。它的价值在于其整合能力和教学的清晰度,它将过去几十年间分散在不同专业期刊中的核心思想,有效地提炼和串联起来,形成了一个连贯的学习路径。对于一个想系统性了解环境建模发展历程的学生来说,这本书无疑是一个优秀的“导航图”,它指明了哪些是基础中的基础,哪些是需要深入挖掘的交叉点。然而,如果你已经是一位资深的从业者,期待看到诸如量子计算在生态模拟中的应用、或者全新的基于机器学习的替代性模型架构,那么这本书可能会显得略微保守和传统。它更侧重于夯实地基,而不是建造摩天大楼。它是一本可靠的、值得信赖的“基石”之作,确保你对该领域的核心原理了如指掌,但它并非引领潮流的“探路者”。

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这本书最让我印象深刻的,是其对于“不确定性”的坦诚态度。在许多探讨环境科学的著作中,往往倾向于构建一个看似完美、高度确定的模型来预测未来,这多少有点“拟神化”的意味。然而,这本书没有回避这样一个事实:我们所面对的环境系统本身就是混沌的、充满随机性的。作者用大量篇幅讨论了参数估计的误差如何通过模型传播,以及模型简化本身带来的系统性偏差。尤其是在讨论气候变化情景预测时,书中对比了不同模型家族的预测结果差异,并清晰地指出了造成这些差异的根本原因——无论是初始条件的敏感性,还是对某一特定过程(比如云的形成)理解的局限性。这种诚实的态度,极大地增强了我对书中内容的信任感。它教导我们,模型不是用来得出唯一“正确答案”的工具,而是用来探索“可能世界”边界的思维框架。这种辩证的视角,不仅提升了学术价值,也让我在面对那些耸人听闻的环境报道时,多了一份审慎和批判性的思考维度,避免了盲目相信任何单一的预测结论。

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这本书的封面设计着实引人注目,那种深邃的蓝色调,配上抽象的地球轮廓,立刻就能让人联想到宏大的尺度和复杂的系统。我原本是抱着一种对自然科学的敬畏之心翻开它的,期望能在字里行间找到那种严谨的逻辑推演和无可辩驳的数据支撑。然而,初读几章后,我发现它更像是一场关于“想象力边界”的探讨,而非一份教科书式的操作指南。作者似乎在极力避免陷入那些枯燥的公式堆砌,而是试图用一种更为诗意和哲学化的语言去描绘生态系统运作的内在机制。例如,他对“反馈回路”的阐述,不是简单地给出数学模型,而是通过一个关于森林火灾与物种演替的精彩案例,将抽象的概念具象化。那种娓娓道来的叙事方式,让我感觉自己不是在阅读一篇学术论文,而是在聆听一位经验丰富的自然观察者讲述他毕生的心血。书中的插图,虽然数量不多,但张张都像是艺术品,它们巧妙地平衡了信息的密度与视觉的冲击力,成功地将读者从冰冷的数字世界拉回到生动的自然现场。总的来说,这是一本需要静下心来,细细品味的“慢读”之作,它激发了我对未知世界的强烈好奇,也让我重新审视了人类活动与地球脉动之间的微妙关系,确实值得一读。

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我是在一个跨学科研讨会的间隙,被一位资深学者推荐阅读这本书的。他强调这本书在“系统思维”上的独特贡献。我原以为“环境建模”无非就是物理、化学和生物过程的数学化,但这本书彻底颠覆了我的固有印象。它将社会经济因素、政策制定过程,甚至人类行为学的复杂变量,都巧妙地纳入了模型的考量框架之中。书中关于“韧性”(Resilience)的讨论尤为精彩,它不再将生态系统视为一个静态平衡的目标,而是将其视为一个动态演化的过程,并探讨了如何通过干预措施来增强其抵御冲击的能力。这种将“人”与“自然”放在同一个复杂交互网络中进行分析的方法论,对于我们当前面临的许多复杂挑战,如城市化与水资源管理、农业转型与生物多样性保护等,提供了极具启发性的分析工具。它强迫读者跳出单一学科的藩篱,用一种更加整体、更加动态的眼光去看待环境问题,这种思维上的跃迁,远比掌握任何一个具体的建模技术来得更为宝贵和持久。

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我是在一个急需快速掌握某个特定领域核心框架的时期接触到这本书的,坦白说,我主要关注的是其方法论部分的实用性和可操作性。如果从这个角度来衡量,这本书的表现只能说差强人意。它的理论构建无疑是扎实的,历史脉络梳理得非常清晰,展示了从早期统计模型到现代计算模拟的演变路径。然而,在介绍具体的建模软件和编程实现细节时,内容显得有些简略和分散,仿佛作者更热衷于宏观的理论探讨,对于实际操作层面的“脚手架”搭建不够重视。比如,关于时间序列数据的预处理部分,我期待能看到更多关于异常值检测和多尺度分析的实战技巧,但书中提供的多是理论上的界定,缺乏足够多的代码示例或伪代码来支撑。这使得我不得不频繁地跳转到其他更侧重应用的参考资料中去填补知识空白。对于那些希望通过这本书直接上手解决实际环境问题的工程师或初级研究人员来说,他们可能会感到有些力不从心,需要花费额外的精力去“翻译”这些高级的理论概念成可执行的步骤。它更像是一部为那些已经具备一定建模基础,希望提升理论深度的人准备的“进阶读物”,而非面向广泛读者的入门宝典。

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