空气污染气象学

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出版者:南京大学出版社
作者:蒋维楣编
出品人:
页数:420
译者:
出版时间:2003-9
价格:50.0
装帧:平装
isbn号码:9787305040177
丛书系列:
图书标签:
  • 空气污染
  • 教材
  • 大气科学
  • Ecology
  • 2003
  • 空气污染
  • 气象学
  • 环境科学
  • 大气科学
  • 污染控制
  • 气象监测
  • 空气质量
  • 数值模拟
  • 边界层大气
  • 环境气象
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具体描述

《大气边界层过程与区域气候模拟》 书籍简介 本书深入探讨了大气边界层(Atmospheric Boundary Layer, ABL)的复杂物理过程及其在区域气候模拟中的核心作用。大气边界层是直接与地表相互作用的最底层大气,其动力学、热力学和辐射过程深刻影响着地表能量平衡、水汽输送、污染物扩散以及区域乃至全球尺度的气候变化。本书旨在为气象学、环境科学、大气物理学以及气候建模领域的学生、研究人员和工程技术人员提供一套全面、深入且具有前瞻性的理论与方法论基础。 第一部分:大气边界层的基本理论与结构 本书首先系统回顾了大气边界层的基本概念和分类。我们详细阐述了中性边界层、稳定边界层和对流边界层这三种主要类型的形成机制、垂直结构特征以及湍流特征的差异。重点分析了剪切层、逆温层以及混合层的高度演变规律,并引入了普朗特(Prandtl)的相似理论,如相似函数和相似长度尺度,用以描述不同强度下地表通量与边界层参数之间的关系。 我们花费大量篇幅讲解了边界层内部湍流的性质。通过介绍雷诺平均纳维-斯托克斯方程(RANS)在边界层研究中的应用,深入探讨了湍流脉动、涡旋结构以及湍流扩散的机制。对于湍流动量、热量和水汽的垂直输送,本书采用梯度输送理论(一阶封闭)和更复杂的涡动量封闭方案(如K理论的局限性与发展),力求清晰地展现不同模型对通量垂直分布的描述能力。此外,还包括对地表通量(潜热通量、感热通量和动量通量)的测量技术及其在边界层参数化中的应用。 第二部分:地表过程与能量平衡 边界层是地表与自由大气之间的桥梁。本部分聚焦于地表过程如何驱动边界层的发展。我们详细阐述了地表能量平衡方程,分解了净辐射、地表反照率、地表温度、土壤热流以及地表蒸散发在其中扮演的角色。特别是对于植被覆盖地面的复杂性,本书引入了 Penman-Monteith 组合模型,详细解析了叶面积指数、空气动力学阻力与植被阻力对地表蒸散量和感热分配的影响。 土壤水分的存储、传输与蒸发是控制陆面过程的关键环节。本书结合水文动力学原理,讨论了土壤水势梯度、土壤质地对水分有效性的影响,以及地表蒸发与实际蒸散量的区分。针对城市化对边界层的影响,我们专门设置章节讨论了城市热岛效应(UHI)的形成机理,包括建筑几何形状、材料热力学性质(热容、导热性)以及人工热源对城市边界层热力结构的改变,并提出了城市冠层模型(UCM)的基本框架。 第三部分:边界层动力学与重力波效应 边界层内的风场结构远非均匀,其动力学过程是理解物质和能量传输的关键。本书深入分析了地转平衡的破坏过程,特别是科里奥利力、压力梯度力和湍流粘性力在近地层风廓线形成中的相对重要性。我们详细讨论了边界层风廓线的解析解和数值模型中的常用廓线参数化方法(如幂律、指数律和对数律)。 重力波在边界层顶和自由大气中的激发与传播是区域气候模拟中常被忽视但至关重要的物理过程。本书阐释了边界层内或边界层顶附近由地形、对流或风切变激发的重力波的理论基础,包括波的相速、群速度和波能的耗散机制。对于重力波如何通过波破碎将动量和能量传递到对流层中上层,从而影响大尺度环流,我们提供了详细的物理图像和初步的参数化思路。 第四部分:区域气候模型中的边界层参数化 区域气候模型(RCMs)和中尺度气象模型(Mesoscale Models)的准确性在很大程度上依赖于对ABL过程的正确描述。本部分是本书的核心应用部分,系统梳理了当前主流模型中边界层参数化的发展脉络与技术细节。 我们首先区分了简易的“零阶”(或称“盒子”)方案与更为复杂的“高阶矩”(或称“湍流封闭”)方案。零阶方案(如Deardorff、Blackadar方案)以其计算效率高被广泛应用于早期的数值模拟,本书详细剖析了这些方案如何通过混合层高度和相似函数来估算地表通量,并指出了其在处理非均匀下垫面和强辐射冷却条件下的局限性。 随后,本书重点转向高阶矩方案,特别是针对边界层湍流输运的方案,如KPP(级别-扩散方案)和MYNN方案。我们详细解释了如何通过求解湍流动能(TKE)或湍流湿空气焓能(TKE-H)等高阶矩方程来得到更精确的垂直扩散系数。这部分内容涵盖了对流边界层湍流闭合的挑战、稳定边界层中逆温层对湍流混合的抑制机制,以及如何将地表通量与边界层顶的动量下沉(Entrainment)过程耦合起来。此外,我们还探讨了次网格尺度过程参数化,包括云顶辐射冷却、对流混合以及如何将边界层方案与模型中的云微物理方案、辐射传输方案进行有效耦合,以确保能量和水循环的守恒性。 第五部分:观测技术与模型验证 本书强调了理论模型与实际观测数据相结合的重要性。我们概述了用于探测边界层结构和通量的主要遥感和直接观测技术,包括梯度塔(Eddy Covariance)、探空气球(Radiosonde)、边界层雷达(如SODAR和风廓线仪)以及激光雷达(Lidar)技术。我们特别关注了边界层高度(HBL)的确定方法,以及如何利用卫星遥感数据(如地表温度、植被指数)来约束和验证区域气候模型中的地表参数化。 总结与展望 《大气边界层过程与区域气候模拟》旨在为读者提供一个清晰的框架,理解大气边界层作为耦合系统(地表-边界层-自由大气)的关键角色。通过对物理机制的深刻剖析和对数值模型参数化方案的详细介绍,本书不仅梳理了该领域几十年的研究成果,更展望了未来在复杂地形、城市化影响评估以及次尺度对流参数化等前沿课题上的发展方向,为推动高分辨率气候模拟和区域天气预报的精度提升奠定坚实的理论基础。

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在我看来,“空气污染气象学”这本书,与其说是科学著作,不如说是一本关于“大气交响曲”的指挥手册。作者以极高的艺术造诣,将那些抽象的大气运动,描绘成了一部宏大的、充满节奏感的交响乐。他并没有直接灌输知识,而是通过对不同天气现象的细致描写,让我们逐渐理解空气污染的成因和扩散规律。我非常欣赏他对于“冷锋”和“暖锋”的生动比喻,他将冷锋比作“扫地僧”,能够有效地清除地面的污染物,而暖锋则更像是“温柔的拥抱”,可能将污染物悄悄地向前推进。书中还穿插了大量关于“大气化学反应”的案例,作者巧妙地将这些化学过程融入到气象背景中,让我明白,污染物在大气中的变化,不仅仅是物理的输送,更是化学的转化。读到这里,我才真正理解,为什么有时候,即使排放源得到了控制,空气质量依然难以在短期内得到根本性改善,因为大气本身也在进行着一场复杂的“化学斗争”。

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一本让我眼前一亮的“空气污染气象学”。我一直以为,理解空气污染,只需要知道排放源头和一些简单的化学知识就足够了。但这本书彻底颠覆了我的认知。作者深刻地揭示了,在大气这个巨大的、动态的实验室里,气象条件才是决定空气污染严重程度的关键因素。他从经典的“热力学第一定律”和“大气稳定性”入手,层层递进,阐述了不同气象条件下污染物扩散的差异。比如,他详细分析了“逆温层”的形成机制,并生动地解释了为什么逆温层会像一个“锅盖”一样,将污染物牢牢地锁在地面附近,导致空气质量急剧恶化。这种对于微观物理过程的细致描写,配合着作者对于实际案例的深入剖析,让我对每一次雾霾的产生都有了更深层次的理解。我还特别注意到书中关于“风”的角色定位,它既可以是污染物的“搬运工”,也可以是“净化器”。作者用图表和数据,清晰地展示了不同风速、风向对污染物扩散效率的影响,以及在特定天气系统下,污染物是如何被远距离输送的。读完这本书,我感觉自己仿佛拥有了一双能够“看穿”空气的眼睛,能够理解为什么在某个晴朗的日子,空气质量依然不佳,也能理解为什么在看似阴沉的天气里,空气却异常清新。

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一本让人在阅读过程中如同身临其境的“空气污染气象学”,我本以为会是一本枯燥乏味、充斥着专业术语的科普读物,但事实证明我的想法大错特错。作者用一种极其生动、富有画面感的方式,将我们日常生活中最熟悉的“空气”变成了一个充满奥秘的世界。它不仅仅是呼吸的媒介,更是大气运动、物理化学反应交织的复杂系统。书中对大气边界层动力学、湍流扩散的阐述,让我惊叹于那些看不见的空气流动如何塑造着污染物的传播路径。我尤其喜欢作者对于一些具体污染事件的案例分析,比如某年冬季,北方城市突如其来的重度雾霾,他没有简单地归咎于排放源,而是深入剖析了当时罕见的静稳天气、逆温层结构以及污染物在此环境下的“堆积”过程,读起来就好像亲身站在那个被灰蒙蒙的空气笼罩的城市街头,感受着那种压抑和无力。作者并没有止步于理论的讲解,他引用的数据图表,虽然专业,但配合着文字的解释,反而更加直观地展现了污染物的浓度变化、风向风速的影响,甚至是不同高度层空气的差异。每一次翻阅,都像是在进行一次深入的大气探险,让我对那些曾经被忽略的空气现象有了全新的认识,也让我开始反思,我们赖以生存的这片天空,究竟隐藏着多少我们尚未知晓的规律和力量。这本书带来的启迪,远不止于对空气污染的理解,更是一种对自然界宏大系统的敬畏之情。

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“空气污染气象学”,这是一本让我重新审视我们头顶这片天空的书。我一直对大气科学充满敬畏,但总觉得它遥不可及。而作者的这本书,却以一种非常平易近人的方式,将那些复杂的概念一一破解。他并没有回避专业术语,但每一个术语的出现,都伴随着清晰的解释和形象的比喻。我尤其欣赏他对于“污染物混合层”的讲解,他用一个不断上升的热气球来比喻,解释了为什么在白天,随着太阳辐射增强,混合层高度会逐渐升高,从而稀释地面的污染物。反之,在夜间,混合层高度下降,污染物容易积聚。这种直观的比喻,让我这个非专业人士也能够轻松理解。书中还涉及到很多关于“天气系统”的知识,比如锋面、气旋、反气旋等,作者将它们与空气污染物的扩散和沉降过程巧妙地结合起来,让我明白,我们感受到的空气质量变化,其实是整个大气系统在不断运作的结果。我感觉,这本书不仅仅是在讲空气污染,更是在讲大气这个生生不息的生命体,以及人类活动如何在这个生命体中留下印记。

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“空气污染气象学”,这是一本让我对“天空”这个概念有了全新理解的书。我一直以为,天空就是头顶那一层蓝色的幕布,而空气污染,就是它上面的一些“污点”。但这本书,彻底改变了我的看法。作者将我们带入了大气这个庞大而复杂的系统,让我们看到了空气是如何通过各种复杂的物理化学过程,不断地自我调节,也因此,更容易受到外界干扰。他详细讲解了“大气稳定度”的概念,并用“热气球”和“空气泡”的比喻,生动地解释了为什么在某些条件下,污染物会向上扩散,而在另一些条件下,它们却会像被“压制”在地面一样。我尤其对书中关于“风切变”的讨论印象深刻,作者解释了不同高度层风速和风向的差异,是如何影响污染物的垂直混合,从而在某些情况下,成为“净化器”,而在另一些情况下,却可能将污染物“堆积”在某个高度层。这本书让我明白,空气污染并不是一个孤立的事件,而是整个大气系统在人类活动影响下,产生的一种复杂而多样的表现。

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“空气污染气象学”,这是一本让我从“看客”变成“参与者”的书。我一直以为,空气污染只是一个与我无关的宏观问题,只需要媒体报道一下,政府出台一些政策就行了。但这本书,让我深刻地认识到,我们每一个人,都是大气系统的一部分,我们的行为,都在影响着空气的质量,而大气本身,也通过各种气象条件,影响着我们的生活。作者用一种极其富有感染力的方式,将那些复杂的科学原理,转化成了我们能够理解的语言。他详细阐述了“热力学”在空气污染中的作用,比如,他解释了为什么在晴朗的夜晚,地面会迅速降温,形成“辐射逆温”,从而导致污染物积聚。我还特别喜欢书中关于“湍流混合”的讲解,作者用“搅拌机”的比喻,形象地描绘了风是如何搅动空气,使污染物均匀扩散。读完这本书,我感觉自己不再是一个旁观者,而是能够从气象学的角度,去理解和分析每一次空气质量的变化,并开始思考,作为个体,我能做些什么,来为改善我们共同的“空气”贡献一份力量。

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“空气污染气象学”,书名本身就带着一股严谨的科学气息,但翻开它,却意外地发现了一股扑面而来的文学气息。作者的文笔非常细腻,仿佛一位经验丰富的导游,引领着读者漫步于大气科学的殿堂。他没有直接抛出复杂的公式和概念,而是从一个引人入胜的故事开始,比如,他描述了一个生活在山区小镇的居民,如何因为远方工业区飘来的烟气而改变了空气的味道,也改变了他对天空颜色的认知。这个故事就像一把钥匙,悄然打开了我对空气污染背后气象学原理的好奇心。接着,作者开始娓娓道来,从气团的形成、移动,到锋面的生成、发展,再到高低压系统的演变,他将这些宏大的天气现象与空气污染物的输送、稀释、转化紧密地联系起来。我特别喜欢书中关于“地形效应”的讲解,作者用生动的比喻,形象地描绘了山脉、河谷如何影响空气流动,从而使得污染物在某些区域聚集,而在另一些区域扩散。读到这里,我才恍然大悟,为什么我家附近经常出现空气质量差的时候,而隔着一座山丘的另一个区域却相对好一些。作者的这种叙事方式,让原本抽象的科学原理变得具象化,充满了趣味性和感染力,让我在不知不觉中,就掌握了关于空气污染物如何在大气中“旅行”的密码。

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这本书,在我眼中,与其说是一本“空气污染气象学”,不如说是一部关于“看不见的河流”的史诗。作者以一种极其诗意而又严谨的笔触,描绘了空气的流动,以及这些流动如何承载着我们的呼吸,也承载着污染物的踪迹。他并没有直接摆出枯燥的专业术语,而是从一些我们日常生活中容易被忽略的现象入手,比如,为什么海边的空气总是清新怡人?为什么山区的早晨总是弥漫着薄雾?这些看似平常的景象,在作者的笔下,都变成了大气运动的生动注脚。他详细讲解了“大气环流”是如何在全球范围内输送热量和污染物,以及“季风”等季节性风场变化,如何影响着区域性的空气质量。我特别喜欢书中对“下沉气流”的描写,作者用“无形的双手”来比喻,解释了在高压控制下的下沉气流,是如何压缩空气,导致污染物浓度上升。读这本书,我仿佛看到了一条条无形的“空气河流”在地球上奔腾,它们时而温柔,时而狂暴,决定着我们每一次呼吸的质量。

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“空气污染气象学”,这是一本让我对脚下这片空气产生了全新敬畏的书。我一直以为,空气污染就是烟囱排放的黑烟,或是汽车尾气。然而,作者却通过这本书,将我带入了一个更加广阔和深刻的认知领域。他不仅仅是在介绍污染物,更是在描绘一张宏大的“大气图景”。书中对“大气边界层”的讲解,让我明白了我们呼吸的空气,其实只是大气系统的一个相对狭窄的区域,而这个区域的动力学特征,对污染物的扩散至关重要。作者详细阐述了白天热力混合和夜间辐射冷却对边界层结构的影响,并形象地解释了为什么在某些夜晚,污染物会像被“封印”在地面一样,浓度飙升。我尤其喜欢他对于“湍流扩散”的描述,他用一系列生动的比喻,比如水中的墨水滴如何逐渐扩散,来解释污染物在大气中的混合过程,并强调了风速、地形以及建筑物等因素是如何影响湍流的强度和效率。读完这本书,我感觉自己仿佛站在一个巨大的模拟器前,能够观察到空气中每一个细微的运动,以及这些运动如何共同作用,塑造着我们每天呼吸的空气。

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我一直对“空气质量”这个词汇感到好奇,也时常在新闻中看到各种关于空气污染的报道,但总感觉隔靴搔痒,无法深入理解其中的科学原理。直到我读了这本《空气污染气象学》。这本书的独特之处在于,它将气象学的原理与空气污染的现象完美地结合在一起。作者并没有简单地列举污染物种类,而是深入探讨了决定污染物“去向”和“浓度”的大气过程。他用了大量篇幅来讲解“大气环流”和“中尺度天气系统”对污染物输送的影响,比如,他细致地描述了在夏季,副热带高压控制下的静稳天气,是如何为污染物长时间停留提供了“温床”。而到了冬季,冷空气南下,又如何会带来短时间内的空气质量改善,又或者,如果遇到不利的风场,反而会加剧污染物的扩散。我印象最深刻的是书中关于“地形抬升”和“地形阻塞”的章节,作者用生动的例子,解释了山地地形如何能够影响空气的垂直和水平运动,从而导致局部区域的空气质量出现显著差异。这本书让我明白,我们不能仅仅关注排放源,更要关注“天时”——也就是大气本身的状态。

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