Numerical Weather and Climate Prediction pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Thomas Tomkins Warner

出品人:

页数:550

译者:

出版时间:2010-12-2

价格:GBP 55.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521513890

丛书系列:

图书标签:

• 气象学
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好的，这里为您呈现一本关于空间科学与行星地质学的深度专著的图书简介，内容力求详实、专业，且不涉及任何天气或气候预测的主题。 --- 《星际岩石的秘密：系外行星地质构造与内部动力学》 作者： 艾莉森·凯恩 (Allison Kane)，行星科学博士； 迈克尔·陈 (Michael Chen)，天体物理学教授 出版社： 寰宇科学出版社 (Cosmic Horizons Press) ISBN： 978-1-947553-88-2 图书简介 本书是一部全面深入探讨系外行星地质构造、内部热力学演化及其对表面环境影响的权威性著作。在人类对宇宙探索日益深入的今天，我们已经发现了数以千计的系外行星，它们的多样性挑战了我们对“行星”这一概念的传统认知。《星际岩石的秘密》旨在填补现有文献中对这些遥远世界岩石圈、地幔动力学以及磁场起源等关键问题的系统性研究空白。 本书的视角独特，专注于行星地质过程，而非其大气层或气候特征。我们聚焦于驱动行星形态、内部结构和长期演化的基本物理和化学机制。 第一部分：系外行星的构造基础与分类 本部分为读者奠定理解系外行星地质学的理论基础。 第一章：系外岩石学的基石 本章首先梳理了太阳系内行星（如地球、火星、金星）的地质学原理，作为推导系外行星模型的基准。重点探讨了行星形成初期，岩浆洋的冷却、结晶过程如何决定了原始地壳的化学成分和矿物学特征。详细讨论了不同压力和温度条件下，硅酸盐、金属合金的相变行为，以及这些初始条件如何决定了行星的密度分布。引入了行星岩石学（Planetary Petrology）的分析框架，包括放射性同位素测年法在早期太阳系天体中的应用，并探讨了如何将这些模型外推至不同质量和轨道参数的系外行星。 第二章：行星动力学与内部结构建模 本章深入探讨了行星内部的热力学平衡和动力学过程。我们将介绍如何利用行星质量、半径和平均密度数据，结合布里奇曼方程和状态方程（EoS），建立多层结构模型（地壳、地幔、核心）。重点分析了不同类型的岩石行星（如超级地球、迷你海王星）在其质量梯度下的内部压力分布差异。详细阐述了地幔对流的理论，包括粘滞性、瑞利数（Rayleigh Number）在巨大行星尺度下的修正，以及对流模式（如柱状对流、片状对流）如何影响行星的内部热量输运效率。 第三章：系外行星的地质分类学：超越“类地行星” 本章提出了一个更具包容性的系外行星地质分类系统。传统的分类受限于太阳系尺度，本书引入了基于比重、折射率和火山活动潜力的新指标。详细分析了“水世界”（Water Worlds）的地质挑战，特别是高压冰层（如冰VII、冰X）如何取代硅酸盐地幔，形成“冰-岩石”界面，以及这种界面如何抑制传统的板块构造。此外，对极端低密度行星，如“气态岩石混合体”的岩石核心的预测与分析，也提供了新的研究视角。 第二部分：驱动地质活动的内部机制 本部分聚焦于驱动系外行星表面形貌变化的内部热源、磁场起源与构造活动。 第四章：行星热演化与放射性加热 行星的热历史是决定其地质寿命的关键。本章详尽分析了放射性元素（如$^{238} ext{U}, ^{232} ext{Th}, ^{40} ext{K}$）在不同质量行星内部的丰度模型及其衰变热对内部温度场的贡献。讨论了轨道共振加热（潮汐加热）对岩石行星地质活动的影响，特别是在近星轨道行星（如热木星的岩石残余物或超级地球）中，潮汐力如何维持甚至重启地幔熔融。通过热扩散方程的数值模拟，预测了不同规模行星的冷却速率曲线。 第五章：磁场生成：发电机理论的系外应用 一个活跃的磁场通常意味着一个流体导电核心的持续运动。本章深入探讨了磁流体力学（MHD）发电机理论在系外行星核心中的应用。分析了不同行星核心的导电率、自转速率（科里奥利力）和热驱动（如浮力驱动、组分驱动）对产生强大磁场（或无磁场）的决定性作用。本章特别关注了“失活”行星（如火星）与持续活跃的行星（如地球）在核心-地幔边界的耦合机制差异，并探讨了在极端质量下（如巨型行星的岩石残核）可能出现的非传统发电机模式。 第六章：板块构造的普遍性与局限性 板块构造是地球地质活动的核心驱动力。本章通过对比不同行星的应力平衡模型，探讨了板块构造在系外行星中出现的物理条件。重点分析了地壳的脆性-塑性转变深度、地幔粘滞性梯度以及地表水（或挥发物）对俯冲带润滑作用的重要性。针对无水行星，探讨了“停滞盖层”（Stagnant Lid）模式下的应力集中与大规模岩浆溢流（Resurfacing Events）的替代性构造变形机制。 第三部分：表面形貌的构造记录与未来展望 本部分将内部动力学结果与可观测的表面特征联系起来，并展望未来探测任务的重点。 第七章：构造形貌学：从卫星图像到内部结构 本章教授如何利用遥感观测数据（如地形、重力场异常）来反演行星的构造历史。详细介绍了应力场分析技术在识别断裂带、构造裂谷和地堑构造中的应用。对一些著名的系外行星候选体（基于现有凌日数据推断出的参数），进行了假设性的构造图绘制，讨论了如何区分由拉张应力、压缩应力或剪切应力主导的地貌特征。 第八章：撞击过程与构造的相互作用 虽然撞击事件本身是外部驱动力，但行星内部构造对撞击坑的保存和改造起着决定性作用。本章研究了撞击事件如何通过冲击波引起的局部热事件和撞击后期的构造响应（如地壳反弹、岩浆充注）来改变局部地质记录。分析了地质活跃度高的行星（如火山频繁的超级地球）如何更有效地抹除古老撞击坑的证据，并探讨了通过分析撞击盆地的深度和周围地壳厚度变化来反推地下结构的方法。 第九章：前沿探测与未来地质学任务的设想 本书的最后一部分展望了未来十年的系外行星地质学研究方向。讨论了下一代大型地面望远镜（如ELT、TMT）在高光谱分辨率下的地壳矿物学识别潜力。重点论述了未来空间任务中，对具有潜在地质活动迹象的系外行星进行重力场高精度测量和磁场间接探测的必要性。为行星科学界提供了明确的、基于岩石学和动力学原理的观测目标清单。 --- 本书内容严谨，数学推导详尽，是行星地质学、天体物理学研究生、专业研究人员以及对宇宙深层物理过程感兴趣的读者的必备参考书。它将带领读者超越对大气层和宜居性的肤浅讨论，深入探索宇宙中岩石世界的坚实核心与动态演化。 关键词： 系外行星，行星地质学，地幔对流，磁流体力学，板块构造，构造形貌学，行星热演化，超级地球。

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这本书给我的感觉就像是在进行一场漫长而精彩的探险，我跟随作者的脚步，穿越了大气科学的广袤森林。它没有回避数值预报和气候预测中的任何挑战，反而将这些挑战作为探索的起点。我特别喜欢书中对于模式误差来源及其减缓策略的详细阐述，从观测资料的稀疏和不准确，到模式分辨率的限制，再到对物理过程的不完全理解，作者都一一剖析，并给出了相应的解决方案。这种坦诚的讨论，让我对科学研究的真实面貌有了更深刻的理解。书中的“模式的辨识和验证”章节，让我明白了一个好的预测模型并非一蹴而就，而是需要经过无数次的检验和改进。作者用大量的实例和数据，展示了如何通过科学的方法来评估模式的性能，并指导如何进行模式的优化。这对于任何一个希望从事气象研究或者理解气象预报的人来说，都是极其宝贵的经验。我尤其欣赏书中关于“模型校准”和“模型偏差订正”的论述，这部分内容对我理解为何同一场天气，不同预报员给出的结果会有细微差异，提供了非常清晰的解释。这本书的价值在于，它不仅传授了知识，更重要的是培养了一种科学的思维方式和解决问题的能力。

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在我看来，这本书就像是一本气象学的“百科全书”，但又不是那种枯燥的百科全书，而是充满了生命力和前瞻性。它深入浅出地介绍了数值天气和气候预测的方方面面，从最基础的动力学方程到最前沿的机器学习应用。我最喜欢的部分是关于“气候变化的影响和预测”的章节，作者并没有简单地列举气候变化的后果，而是深入分析了导致这些后果的物理机制，以及如何利用气候模式来预测未来可能发生的变化。书中对于“极端天气事件”的预测，也给予了特别的关注，详细介绍了如何利用数值模型来模拟和预测台风、洪水、干旱等极端事件，这对于防灾减灾具有极其重要的意义。我不得不说，书中关于“地球系统模式”的介绍，让我大开眼界。它展示了如何将大气、海洋、陆地、冰冻圈以及生物圈等各个子系统耦合起来，以更全面地模拟和预测地球系统的演变。这种系统的思维方式，让我对地球这个复杂而精密的生命体有了更深刻的认识。这本书的价值在于，它不仅为我提供了丰富的知识，更重要的是，它点燃了我对科学探索的热情。

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这本书给我最直观的感受就是“全面”和“深入”。它就像是一张精密绘制的气象预测地图，带领读者探索从微观的物理原理到宏观的地球系统。作者在处理“资料同化”这一关键环节时，展现了非凡的洞察力。他详细阐述了如何将各种观测数据，包括地面观测、卫星遥感、雷达探测等，有效地融合到数值模式的初始状态中，从而为预测提供最可靠的起点。我印象特别深刻的是，书中对于“变分资料同化”和“集合资料同化”这两种主流方法的比较分析。作者通过清晰的图示和数学推导，让我理解了它们各自的优势和适用场景。这部分内容对于我理解为何不同的研究机构采用不同的资料同化方案，提供了关键的视角。同时，书中关于“气候模式的评估和验证”章节，也让我认识到，任何科学模型都需要经过严格的检验才能被信任。作者列举了多种评估指标和方法，并结合实际案例，展示了如何通过科学的手段来衡量模式的性能。这种对科学严谨性的追求，贯穿全书，令人钦佩。

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当我开始阅读这本书时，我并没有预设任何目标，只是想了解一下数值天气预报和气候预测的概貌。然而，这本书的魅力远远超出了我的想象，它以一种引人入胜的方式，将我带入了一个充满挑战和机遇的科学领域。我特别喜欢书中对于“模式物理过程参数化”的详细讲解。作者深刻地揭示了，由于计算能力的限制，我们无法直接模拟大气中的所有物理过程，因此必须通过参数化方案来近似描述。而这些参数化方案的准确性，直接影响着预测的质量。书中对于不同参数化方案的优缺点进行了深入的分析，并提供了相应的案例研究，这对于理解模式的局限性非常有帮助。此外，书中关于“长期气候预测中的不确定性来源”的探讨，也让我受益匪浅。作者清晰地阐述了，除了模式本身的局限性之外，内部变率、外部强迫（如温室气体排放）等因素，都会对气候预测产生影响。这种对不确定性的坦诚讨论，体现了科学研究的严谨性和客观性。

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当我翻开这本书的时候，我没想到自己会被深深地吸引住。它以一种非常独特的方式，将严谨的科学理论与生动的实践应用相结合。作者并没有将重心放在孤立的理论公式推导上，而是将它们融入到实际的天气和气候预测问题中。我印象最深刻的是关于“资料同化”的章节，它解释了如何将零散的观测资料有效地融入到数值模式的初始场中，从而大大提高预报的准确性。作者用清晰的逻辑和丰富的图例，将这个复杂的过程变得易于理解。我尤其喜欢书中对于不同资料同化方案（如变分法、卡尔曼滤波）的比较分析，这让我认识到，在信息如此爆炸的时代，如何有效地提取和利用信息，是预测科学的核心竞争力之一。这本书也让我对“全球气候模式”有了更深的理解，它不仅仅是关于天气，更是关于地球系统各圈层之间错综复杂的相互作用，以及这些相互作用如何决定了我们星球的长远未来。作者对这些复杂过程的梳理和呈现，展现了其深厚的学识和卓越的洞察力。

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这本书是我近期读到的最令人印象深刻的学术著作之一。它在理论深度和实践应用之间找到了一个绝佳的平衡点。作者并没有将复杂的数学公式束之高阁，而是将它们巧妙地融入到解决实际气象问题的过程中。我尤其赞赏书中对于“模式诊断和评估”的详尽论述。它不仅仅是告诉我们模式好不好，更是深入分析了模式在哪些方面表现优秀，哪些方面需要改进，以及如何通过科学的方法来定量评估模式的性能。这种严谨的科学态度，让我对气象预测的专业性有了更深的认识。书中关于“数值天气预报的集合技术”的介绍，让我彻底改变了对天气预报的看法。我之前一直认为预报是一个单一的结论，但这本书让我明白，集合预报才是理解和表达天气不确定性的关键。它通过多次运行模式，生成一个概率分布，从而为用户提供更全面的信息。这对于灾害预警和风险管理，具有不可估量的价值。这本书就像一位睿智的导师，不断启发我的思考，让我对气象科学的认识不断深化。

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这本书我断断续续读了几个月，实在是一本让人爱不释手的著作。作为一名气象爱好者，我一直对数值天气预报和气候预测的背后原理充满好奇，这本书就像是为我量身定做的一样。它没有一开始就抛出艰深晦涩的数学公式，而是循序渐进地引导读者进入这个迷人的世界。从大气运动的基本物理定律，到如何将这些定律转化为计算机可以理解的模型，每一个环节都讲得格外清晰透彻。我尤其喜欢其中关于初始场误差处理的章节，作者用非常形象的比喻解释了混沌理论在天气预报中的应用，比如“蝴蝶效应”，让我这个非专业人士也能深刻理解为何精确预测未来天气如此困难，同时也为预报员们每天的工作所付出的努力感到由衷的敬佩。书中还详细介绍了各种数值模式的优缺点，以及它们在不同尺度和不同应用场景下的选择依据，这对于我理解不同预报产品为何会存在差异提供了非常宝贵的视角。读这本书，不仅仅是学习知识，更像是一次思维的拓展，让我对我们赖以生存的大气层有了更深层次的认识，也对人类如何通过科学手段应对气候变化有了更清晰的理解。书中的图表和案例也都非常精炼，能够有效地辅助理解，避免了枯燥的理论堆砌。我强烈推荐给所有对天气和气候变化感兴趣的读者，即使没有深厚的气象学背景，也能在这本书中受益匪浅。

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我必须说，这本书的深度和广度着实令我惊叹。它并非是一本泛泛而谈的科普读物，而是真正深入到了数值天气和气候预测的核心技术层面。作者以其深厚的学术功底，将复杂的大气动力学、热力学、辐射传输以及化学过程等，用一种逻辑严谨且易于理解的方式呈现出来。书中对于数值模式的构建、离散化方法、求解算法的讲解，都达到了学术研究的严谨程度。我尤其对关于模式后处理技术那一章印象深刻，它不仅仅讨论了如何从模式输出的数据中提取有用的信息，还介绍了各种统计订正方法，例如 MOS（Model Output Statistics）以及更先进的机器学习方法在气候预测中的应用。这让我意识到，数值预报的质量，不仅仅取决于核心模式的计算能力，更在于如何有效地利用和解释模式的输出。书中的每一个公式，每一次推导，都充满了科学的严谨性，但又并非是冷冰冰的数学堆砌，而是紧密结合了实际的气象问题，使得学习过程充满动力。对于那些希望深入了解现代天气预报和气候预测机制的专业人士或学生来说，这本书无疑是一份不可多得的宝藏。它提供了一个全面的视角，从基础理论到前沿技术，为理解和应用这些复杂的预测模型奠定了坚实的基础。

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这本书以一种我从未想过的方式，让我领略了数值天气和气候预测的魅力。它不是一本简单的教科书，而更像是一次科学的“沉浸式体验”。作者在书中关于“数值模式的并行计算和高性能计算”的讨论，让我看到了现代气象预测背后强大的技术支撑。他详细介绍了如何利用多核处理器、GPU等计算资源，来加速模式的运行，从而实现更及时、更精细的预报。我尤其惊叹于书中对“气候模式的尺度和分辨率”的深入探讨。作者阐述了不同分辨率的模式如何捕捉不同尺度的天气和气候现象，以及如何在分辨率和计算成本之间做出权衡。这让我明白，每一次预报的背后，都凝聚着无数科学家的智慧和努力。书中对“预报的不确定性量化和表达”的阐述，也让我对天气预报的理解上升到了一个新的高度。它不仅仅是给出“会下雨”这样的断言，更是提供一个概率信息，让我们能够更科学地评估风险。这本书让我深刻体会到，科学的进步，离不开对复杂问题的深入探索和对未知领域的不断挑战。

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读完这本书，我感觉自己仿佛打开了一扇通往未来气象预测新世界的大门。它不仅仅是一本关于“现在”天气如何被预测的书，更是关于“未来”气候将如何演变的深刻洞察。作者巧妙地将短期天气预报的精妙算法与长期气候模型的复杂机制融为一体，展现了一个统一的科学框架。让我特别震撼的是关于气候模式中耦合过程的论述，比如海洋、陆地、冰雪以及生物圈如何相互作用，并对气候变化产生深远影响。书中对于不同时间尺度的预报模型，从几小时到几十年，如何处理不同的不确定性，以及如何评估预报的可靠性，都进行了详尽的分析。这让我深刻理解了气候预测并非是对未来气候的“一次性”判断，而是一个不断迭代、不断完善的科学过程。书中提及的“集合预报”技术，让我对如何量化和表达天气和气候的不确定性有了全新的认识。它让我明白，预测不仅仅是给出一个单一的结果，更重要的是提供一个概率分布，让使用者能够根据风险评估来做出更明智的决策。这本书的叙述风格非常吸引人，就像一位经验丰富的向导，带领我一步步探索气象科学的奥秘，让我对地球气候系统的复杂性有了更深刻的敬畏。

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