大气科学概论

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出版者:南京大学出版社
作者:徐玉貌
出品人:
页数:219
译者:
出版时间:2000-2
价格:27
装帧:平装
isbn号码:9787305034961
丛书系列:
图书标签:
  • 气象学
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具体描述

跨越山巅的智慧之径:一部关于现代工程力学的深度解析 书籍名称: 结构动力学基础与高级应用 本书简介: 本书是一部系统、深入探讨现代工程结构动力学理论及其在复杂工程实践中应用的专著。它旨在为土木工程、航空航天、机械工程以及地球科学等领域的工程师、研究人员和高年级学生,提供一个坚实的理论框架和前沿的分析工具。我们深知,在当今高精度、高安全性要求的工程设计中,理解并精确预测结构在时变载荷(如地震、风荷载、冲击、振动控制等)作用下的响应,是至关重要的核心能力。 全书结构严谨,内容组织遵循从基本概念到复杂模型、从经典理论到新兴技术的递进路线。它并非对现有教科书的简单复述,而是力求在理论推导的严密性、物理意义的清晰阐述以及工程实例的贴切性之间找到最佳平衡点。 第一部分:基础理论的夯实与深化 (Foundational Theory) 本部分聚焦于结构动力学的基本数学和物理模型构建。我们从自由振动分析入手,详细解析单自由度和多自由度系统的运动方程。特别地,对于多自由度系统,我们引入了模态分析的概念,通过正交性关系,将耦合的微分方程组转化为一组独立的自由振动方程。这里着重探讨了质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵的物理意义及其在有限元分析中的准确构建方法。 随后,我们将篇幅重点投向系统的阻尼特性。超越传统的 Rayleigh 阻尼模型,本书深入探讨了更符合实际工程情况的黏弹性阻尼、结构内部耗能阻尼(如滞回阻尼)以及主动/半主动控制装置引入的非线性阻尼。我们详尽推导了如何利用实验数据识别这些复杂阻尼参数,并评估其对系统响应的影响。 第二部分:外部激励下的响应分析 (Response to External Excitations) 本部分是全书的核心之一,涵盖了结构动力学分析的主要应用场景。 1. 周期性与瞬态激励响应: 我们详细阐述了对简谐荷载(如旋转机械不平衡力、周期性风压)的稳态响应分析,并引入了复数模态法进行便捷计算。对于瞬态载荷(如冲击、爆炸),本书重点讲解了数值积分方法(如Newmark-β法、中心差分法)的稳定性和精度控制,并对比了时域与频域分析的优缺点。 2. 随机振动理论: 现代工程,尤其是海洋工程、桥梁工程和抗震设计,往往面对的是随机过程的激励(如地震动、湍流风)。本章系统介绍了随机过程理论在结构动力学中的应用,包括功率谱密度(PSD)函数的建立、均方值响应的计算,以及高斯过程与峰值响应的概率分析。我们特别关注了地震工程反应谱法的理论基础和局限性,并引入了蒙特卡洛模拟作为高级验证工具。 3. 地震工程学的深化: 结构抗震设计是本书的重中之重。除了线性反应谱分析,我们深入讨论了非线性动力反应分析(Time History Analysis)的实施。这包括材料非线性(屈服、塑性铰的形成)和几何非线性(P-Delta效应、大变形)的处理。本书提供了在 OpenSees 或 ABAQUS 等主流软件中进行此类高级分析的详细指导和案例示范。 第三部分:复杂系统的建模与高级技术 (Advanced Modeling and Techniques) 随着结构规模和复杂度的增加,传统的集中质量模型已无法满足要求。本部分聚焦于先进的建模和控制策略。 1. 模态综合与子结构分析: 针对大型结构(如摩天大楼、大型飞机机翼),本书阐述了如何通过模态综合技术(Component Mode Synthesis, CMS)有效地将大型结构分解为可处理的子结构进行分析,极大地提高了计算效率,同时保持了足够的精度。 2. 几何非线性和材料本构关系: 我们对材料在极端载荷下的行为进行了深入探讨,包括高强度钢、钢筋混凝土的损伤模型(如混凝土的开裂与压溃)以及金属的塑性铰模型。几何非线性部分,侧重于推导和应用弧长法等非线性求解器中的关键算法。 3. 振动控制系统: 本章将动力学分析与控制理论相结合。我们详细介绍了被动控制(如隔震器、粘滞阻尼器)和主动控制(如反馈控制系统、最优控制理论在结构减振中的应用)。读者将学习如何建立结构-控制系统的耦合动力学模型,并设计最优的控制参数。 第四部分:现代工程案例与前沿课题 (Case Studies and Emerging Topics) 最后一部分,本书将理论与实际紧密结合。通过对几个标志性的工程案例(如超高层建筑的抗风抗震分析、大型桥梁的车辆-结构耦合振动、火箭发射过程的声致振动)的深入剖析,展示了动力学分析在解决实际工程难题中的强大能力。 此外,本书还前瞻性地介绍了时变系统动力学(如飞机受损后的结构变化)、多场耦合问题(如热-结构耦合、流-固耦合中的风致振动)的初步分析方法,为有志于从事结构动力学研究的读者指明了未来的研究方向。 本书的特点在于其清晰的逻辑结构、严谨的数学推导,以及对工程背景的深刻洞察,确保读者不仅理解“如何计算”,更能理解“为何如此计算”,从而真正掌握结构动力学的精髓,为设计更安全、更可靠的现代工程结构提供坚实的技术支撑。

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用户评价

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**评价十:** 作为一个对气象学一直抱有好感但又觉得门槛较高的读者,这本书的出现,无疑是一份宝贵的礼物。它没有那种高高在上的学术腔调,而是以一种非常平易近人的方式,将大气科学的奥秘一点点展现在读者面前。我尤其欣赏作者在讲解“大气能量平衡”时所采用的类比,他将地球比作一个“能量收支不平衡的账本”,而太阳辐射则是“收入”,地表和大气对辐射的吸收与反射则是“支出”。这种直观的比喻,让我能够迅速理解地球整体能量的收支状况,以及为何这种平衡的微小变动,会引发气候的剧烈变化。书中关于“热力学过程”的阐述也让我受益匪浅。例如,当空气被加热时会膨胀上升,当空气上升冷却时水汽会凝结,这些看似简单的过程,却是大气运动和天气现象形成的基础。作者通过详细的解释和图示,将这些过程的物理本质剖析得淋漓尽致,让我对“为什么下雨”、“为什么会起雾”有了更深刻的理解。这本书让我觉得,大气科学并不是遥不可及的理论,而是与我们生活息息相关的科学。

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**评价七:** 一直以来,我都对那些在天空中漂浮的云朵感到着迷。它们形态各异,时而如棉花糖般洁白柔软,时而又如墨迹般浓黑压抑。但我对它们形成的原理却知之甚少。这本书,就像一位耐心而博学的向导,带领我一步步揭开了云的神秘面纱。作者从最基础的水汽凝结开始讲起,细致地阐述了温度、湿度、凝结核等关键因素如何共同作用,促成了云的诞生。我更是被那些关于不同云族(高云族、中云族、低云族)的描述深深吸引,它们不仅有各自独特的形态,更预示着不同的天气现象。例如,看到卷积云,我便能联想到晴朗的天气;而看到层积云,则可能预示着即将到来的阴雨。书中对于降水过程的讲解也十分精彩,作者用生动的比喻,将冰晶增长、碰并等复杂的微物理过程,描绘得清晰易懂,让我不再认为雨滴的落下是理所当然。我甚至能想象出,在云层深处,无数微小的水滴和冰晶正在进行着一场关于成长的竞赛,最终孕育出滋养万物的甘霖。这本书让我对天空充满了好奇,也让我更加珍惜每一次抬头仰望天空的机会。

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**评价二:** 说实话,我一直觉得大气科学是个离我们很远,甚至有点枯燥的领域,毕竟,谁没事天天琢磨云怎么飘,风为什么吹呢?但这本书,彻底颠覆了我的认知。作者的叙述方式非常巧妙,他并没有一开始就抛出一堆专业术语,而是从我们日常生活中最常见的现象入手,比如“为什么夏天会闷热?”“为什么冬天会刮北风?”这些看似简单的问题,在书中得到了非常深入浅出的解答。他用生动的比喻,把那些复杂的物理过程描绘得栩栩如生。例如,在讲到热力学第一定律在气象中的应用时,他用“烧水壶”的比喻来解释能量的转换,让我这个物理学渣也能瞬间get到精髓。而当他深入探讨不同类型的云以及它们与降水之间的关系时,我更是看得目不转睛。那些关于积雨云、层积云的描写,让我感觉仿佛能看到它们在天空中变幻莫测的形态,感受到它们蕴藏的力量。尤其是关于雷暴的章节,作者将闪电、雷鸣、冰雹这些现象的形成过程,分解成了一步步的科学机理,让我不再感到畏惧,而是充满了好奇。这本书让我明白,天气并不是无缘无故地发生,它背后有着严谨的科学规律在支配。我开始留意身边的天气变化,不再仅仅是抱怨,而是尝试去理解它们背后的故事。它也让我意识到,我们人类的行为,比如工业排放,是如何悄无声息地改变着大气环境,进而影响着天气。这是一本能够引发深刻思考的书,它不仅教授知识,更培养一种科学的观察和分析问题的能力。

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**评价一:** 这本书,我算是花了相当长的时间去消化。起初,我抱着一种“大概了解一下”的心态翻开它,想着或许能对那些每天笼罩着我们的天空有个模糊的认识。没想到,越读越觉得,这哪里是“概论”,这简直是一部大气层内部的史诗!作者像是把我拉进了一个宏大的舞台,从最基础的空气组成、温度、压力的变化,一步步地铺陈开来。我这才意识到,原来我们习以为常的“天气”,背后是如此复杂且精妙的物理化学反应在驱动。那些关于大气环流的章节,让我第一次真正理解了信风、西风带的成因,以及它们如何塑造着全球的气候格局。我甚至能想象出,在遥远的赤道地区,上升的暖湿气流如何悄然酝酿着风暴,又如何沿着高空被输送到遥远的纬度,最终以降水的形式滋养大地。书中的图表和插画更是点睛之笔,它们将抽象的概念具象化,让我不再是枯燥地阅读文字,而是仿佛亲身置于那些大气运动的漩涡之中。比如,当读到厄尔尼诺现象时,我更是被那些图示深深吸引,它不仅解释了太平洋表层海水温度异常升高的现象,更阐述了这种“小小的”温度变化,如何能在全球范围内引发连锁反应,导致极端天气的出现。这种从微观粒子到宏观尺度的跨越,让我对我们所处的这个星球有了全新的敬畏感。我不得不承认,在读这本书之前,我对于“天气预报”的理解,仅仅停留在“气象台发布的信息”这个层面,但现在,我能更深刻地理解其中蕴含的科学原理,甚至能对一些天气现象的产生原因做出初步的判断。这是一种知识上的启蒙,也是一种思维方式的重塑,让我更加关注我们赖以生存的这个大气环境。

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**评价五:** 作为一名热爱旅行的人,我深切体会到天气对行程的影响。一次次的计划被突如其来的暴雨打乱,一次次的欣赏美景的机会被浓雾阻挡,这让我开始思考,为什么会有这么多变幻莫测的天气?《大气科学概论》这本书,恰恰回答了我心中的许多疑问。它不仅仅是在讲述大气科学的原理,更是在描绘我们赖以生存的地球气候系统是如何运作的。作者在讲解大气垂直结构时,用了一系列形象的比喻,比如将对流层比作“厨房”,平流层比作“储藏室”,让我对不同大气层的特性有了直观的认识。而关于大气边界层的介绍,更是让我理解了为何近地面的空气会受到地形、建筑等因素的影响而产生各种复杂的流动。我尤其对书中关于“天气系统”的分类和演变过程的描述印象深刻。无论是温带气旋的形成和发展,还是热带气旋的生成和影响,都让我对这些强大的天气现象有了更深入的认识。书中对于这些系统如何与海洋、陆地相互作用的分析,更是让我意识到了气候系统的复杂性和相互关联性。我甚至能想象出,一个远离陆地的海洋区域,是如何通过一系列物理化学过程,孕育出那股足以影响整个区域的天气力量。读完这本书,我不再仅仅是抱怨天气,而是能够带着一份理解和敬畏去观察它。

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**评价三:** 当我拿到这本书的时候,我正面临着一个学术上的瓶颈。我是一名对环境科学领域感兴趣的学生,但总觉得在理解大气层面的问题时,缺少了一个坚实的理论基础。《大气科学概论》的出现,无疑是雪中送炭。这本书的结构安排非常合理,它从最基础的大气物理学概念开始,逐步深入到大气动力学、大气化学以及气候学等更复杂的领域。我尤其欣赏作者在解释一些核心概念时所采用的方法,他会将一个复杂的公式拆解成几个简单的步骤,并配以清晰的图示,使得原本可能令人望而却步的数学模型,变得易于理解。例如,关于大气辐射的章节,我曾经为此头疼不已,但这本书中的讲解,让我茅塞顿开。作者详细阐述了太阳辐射的接收、地球的反射以及大气层的吸收过程,并用图表清晰地展示了不同波段辐射在大气中的传输和转化,这对于我理解全球变暖等问题至关重要。此外,书中对不同尺度天气系统的分析,从微观的湍流到宏观的行星尺度环流,都进行了深入的探讨。我特别喜欢关于锋面和气旋的章节,它不仅解释了这些天气系统的形成机制,还详细描述了它们可能带来的影响,比如强降雨、大风等。这本书为我打开了一个全新的视角,让我能够更系统、更全面地认识大气科学这门学科,并且为我后续更深入的学习打下了坚实的基础。

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**评价六:** 我一直对气候变化这个话题非常关注,也阅读了不少相关的书籍。但总觉得很多资料都侧重于结果和影响,而缺乏对“为什么会这样”的深入解释。《大气科学概论》这本书,填补了我在理论基础上的空白。作者在介绍大气成分时,非常详细地阐述了各种气体在大气中的作用,特别是温室气体,以及它们是如何影响地球的能量平衡的。这对于我理解全球变暖的机制至关重要。书中关于辐射收支的章节,更是让我明白,地球接收到的太阳辐射是如何在不同的地表和大气层之间进行分配和转化的,以及这种平衡的微小变化,可能引发多么巨大的后果。我还特别欣赏书中对“反馈机制”的讨论。例如,冰雪融化减少了地表对太阳辐射的反射,导致吸收的能量更多,进而加速了冰雪的融化。这种正反馈机制的解释,让我对气候变化的不可逆性有了更深刻的认识。此外,书中对于不同气候模型的介绍,虽然我不是专业研究人员,但也能从中了解到科学家们是如何通过数学模型来模拟和预测未来的气候变化的,以及这些模型存在的挑战。这本书不仅让我更清晰地理解了气候变化的科学原理,也让我对科学家们的研究工作有了更多的敬意。

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**评价四:** 我一直是个对自然现象充满好奇的人,尤其是那些发生在头顶上的各种变化。这本书,简直就像是为我这样的“好奇宝宝”量身定做的。它没有那种刻板的说教,而是用一种非常引人入胜的方式,讲述着大气的故事。我最喜欢的部分是关于“天气现象”的解释,比如彩虹为什么会出现?闪电和雷声是如何产生的?书中用通俗易懂的语言,结合生动的插图,将这些神奇的自然现象背后的科学原理一一揭示。我读到关于云的形成时,更是惊叹于空气中微小水滴的舞蹈,以及它们如何通过温度、压力的细微变化,聚集成形态各异的云朵。而当读到龙卷风的形成时,我更是感觉仿佛置身于那股恐怖的旋转气流之中,作者的描述让我在感受自然力量的同时,也对其中的科学机制充满了敬畏。这本书还让我明白了,为什么不同地区的天气会如此不同。它解释了地理位置、地形以及海洋洋流对气候的影响,让我理解了为什么有些地方常年湿润,有些地方却终年干旱。读完这本书,我感觉自己不再是那个只知道看天气预报,而对原因一无所知的人了。我开始能够观察到天空的变化,并尝试去理解它们背后可能的原因。这是一种非常奇妙的体验,仿佛打开了一个全新的世界。

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**评价九:** 在一次偶然的机会下,我接触到了这本书,起初只是抱着随便翻翻的心态。然而,我很快就被书中那深入浅出的讲解方式所吸引。作者在阐述“大气压力”这一概念时,并没有直接抛出复杂的公式,而是从我们日常生活中经常遇到的场景入手,比如“为什么爬到高处会感到耳朵不适?”,然后循序渐进地解释了大气压力的变化规律及其对天气的影响。我尤其喜欢书中关于“风的形成”的章节。作者用“漏斗”的比喻来形容高低压中心,形象地解释了空气为什么会从高压区流向低压区,以及不同尺度上的风是如何产生的。我甚至能想象出,在广阔的平原上,一股股空气如同看不见的河流,在地球的引力与压力差的作用下,悄无声息地流动着,塑造着我们所感受到的“风”。书中关于“气压梯度力”和“科里奥利力”的介绍,更是让我明白了风并不是直线运动,而是带着弧度的。这些曾经让我感到困惑的物理概念,在作者的笔下变得如此生动有趣,仿佛一幅幅宏大的气象画卷在我眼前徐徐展开。

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**评价八:** 作为一名对地理和环境变化感兴趣的人,我一直觉得大气科学是连接这两者的关键桥梁。这本书《大气科学概论》,恰恰满足了我对这种连接性的渴望。它不仅仅是理论的堆砌,更是将抽象的科学原理与我们所处的真实世界紧密地联系起来。我尤其欣赏书中关于“区域气候”的分析。作者详细阐述了不同地理区域的独特气候特征,以及这些特征是如何受到地形、海陆分布、洋流等多种因素共同影响的。例如,对于沙漠气候的形成,书中不仅解释了副热带高压带的控制作用,还深入探讨了地形屏障如何阻挡湿润气流,以及海陆温差如何影响局部环流。这些解释,让我能够更深入地理解那些看似“极端”的气候现象。此外,书中对于“人为活动对大气的影响”的章节,更是让我产生了强烈的共鸣。作者从工业排放、城市热岛效应到大范围的森林砍伐,都进行了详细的分析,并阐述了这些活动如何改变大气成分、影响能量平衡,进而引发气候变化。这本书让我意识到,我们对大气的理解,不仅仅是为了满足好奇心,更是为了更好地认识和保护我们共同的家园。

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大气科学方面内容很好的教材

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滚。

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