3D Radiative Transfer in Cloudy Atmospheres pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Davis, Anthony 编

出品人:

页数:686

译者:

出版时间:

价格:$ 145.77

装帧:HRD

isbn号码:9783540239581

丛书系列:

图书标签:

3D Radiative Transfer
Cloudy Atmospheres
Radiative Transfer
Atmospheric Radiation
Atmospheric Modeling
Remote Sensing
Climate Modeling
Astronomy
Astrophysics
Computational Physics

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具体描述

Developments in three-dimensional cloud radiation over the past few decades are assessed and distilled into this contributed volume. Chapters are authored by subject-matter experts who address a broad audience of graduate students, researchers, and anyone interested in cloud-radiation processes in the solar and infrared spectral regions. After two introductory chapters and a section on the fundamental physics and computational techniques, the volume extensively treats two main application areas: the impact of clouds on the Earth's radiation budget, which is an essential aspect of climate modeling; and remote observation of clouds, especially with the advanced sensors on current and future satellite missions.

《大气光学与辐射传输：从理论到观测实践》本书简介本书系统深入地探讨了大气辐射传输的理论基础、数值计算方法以及在气象学、遥感科学和气候研究中的实际应用。全书结构清晰，内容涵盖了从基础的辐射传输方程推导到复杂多相大气环境下的辐射场模拟，旨在为相关领域的研究人员、工程师和高年级学生提供一本兼具理论深度与实践指导意义的参考著作。第一部分：辐射传输基础理论本书首先奠定了辐射传输理论的坚实基础。详细介绍了电磁波在大气介质中传播的基本物理过程，包括吸收、散射和发射。重点阐述了辐射度量的基本概念，如辐照度、辐射亮度、辐射通量密度等，并对不同坐标系下的辐射传输方程进行了严格的数学推导。在散射理论方面，本书深入剖析了分子散射（瑞利散射）和气溶胶颗粒散射（米氏散射）的物理机制。对于米氏散射，详尽讨论了散射相函数、效率因子等关键参数的计算方法，并引入了先进的散射理论模型，如离散偶极子近似（DDA）和T矩阵方法，用以处理复杂形状和尺寸分布的气溶胶颗粒。此外，对大气吸收过程的描述深入到量子力学层面，解释了不同大气气体（如水蒸气、二氧化碳、臭氧等）的吸收谱线特性和吸收带模型。本书着重介绍了基于HITRAN数据库的吸收参数处理方法，以及如何将谱学信息集成到辐射传输模型中，实现对大气吸收效应的精确量化。第二部分：数值方法与模型构建本部分聚焦于辐射传输方程的求解技术。鉴于辐射传输方程的高度复杂性和非线性特征，精确求解通常依赖于先进的数值算法。首先，详细介绍了经典的离散坐标法（DISORT）和离散纵向通量法（DFM）等解析或半解析方法，并讨论了它们在处理不同散射条件下的优缺点。随后，深入探讨了蒙特卡洛（Monte Carlo, MC）模拟方法。MC方法因其能够灵活处理复杂几何结构和多重散射过程的能力而被广泛应用。本书提供了构建高效MC模拟器的详细步骤，包括高效的路径追踪技术、方差缩减策略（如重要性抽样）的应用，以及如何利用并行计算加速模拟进程。针对现代遥感观测对光谱分辨率和计算效率日益提高的要求，本书专门辟章讨论了快速算法的开发，例如基于离线查找表（Look-Up Tables, LUTs）的快速辐射传输模型，以及如何利用机器学习技术（如神经网络）来加速传统辐射传输模型的正演和反演过程。第三部分：多相大气环境的复杂性现实大气环境并非均匀介质，而是包含气溶胶、云和霾等复杂散射体的多相混合体。本书将重点放在如何准确描述这些复杂粒子对辐射传输的影响。在气溶胶辐射传输方面，除了宏观的散射吸收参数外，本书还探讨了气溶胶的垂直分布、化学成分变化对辐射强迫的动态影响。特别关注了沙尘、火山灰等特定污染物对区域及全球辐射平衡的贡献。云辐射传输是本书的另一核心内容。详细介绍了云微物理参数（如液态水含量、冰水含量、云滴谱形）如何决定云的辐射特性。讨论了如何利用光线追踪算法模拟云内部复杂的光学路径，以及如何处理云边缘效应和云间隙效应（Cloud Gaps）。书中对比了不同云模型（如球形、柱状、六边形冰晶模型）对地表和卫星观测辐射信号的差异影响。第四部分：辐射传输的应用与反演本书的最后部分将理论和模型与实际应用紧密结合。在遥感应用中，详细阐述了如何利用辐射传输模型作为正演模型（Forward Model），将地表信息和大气状态转化为可观测的卫星或地面辐射信号。随后，重点讨论了辐射反演技术，即如何利用观测到的辐射数据，反演大气中的关键物理参数，如水汽含量、气溶胶光学厚度（AOD）、云顶温度和云光学厚度等。分析了线性反演方法和迭代非线性反演方法的数学原理和适用条件。此外，本书还探讨了辐射传输在气候变化研究中的核心作用。通过模拟不同温室气体和气溶胶浓度情景下的辐射强迫，为评估气候敏感性和预测未来气候变化趋势提供了必要的工具和理论框架。面向读者本书适合于大气科学、地球物理学、环境工程、遥感科学等领域的硕士及博士研究生、专业科研人员，以及从事大气光学、辐射度量与遥感系统开发的工程师。阅读本书需要具备基础的微积分、线性代数和电磁波传播知识。通过深入学习，读者将能够理解和构建先进的大气辐射传输模型，并有效应用于复杂大气问题的分析与解决。