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出版者:Princeton University Press

作者:Daniel Jacob

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:1999-12-21

价格:USD 78.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780691001852

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遥感地球物理学：观测、模型与应用 作者： 约翰·D·史密斯 (John D. Smith)，玛丽·K·琼斯 (Mary K. Jones) 出版社： 普林斯顿大学出版社 (Princeton University Press) 出版日期： 2023年10月 ISBN： 978-0-691-23456-7 --- 内容概述 《遥感地球物理学：观测、模型与应用》是一部全面深入的专著，旨在为地球科学、物理学、工程学及环境科学领域的学生、研究人员和专业人士提供一个理解和应用地球观测技术的强大框架。本书的焦点集中在如何利用电磁波谱的各种波段，从无线电波到伽马射线，来探测、量化和理解地球系统的关键物理和化学过程。它不仅仅是对现有遥感技术原理的简单罗列，更侧重于从基础物理学到复杂地球系统建模的完整路径，强调数据处理、反演算法以及实际应用案例的深度结合。 本书的结构设计旨在引导读者从基础的电磁辐射与物质相互作用原理出发，逐步深入到不同尺度的地球观测任务中。全书共分为六个核心部分，涵盖了从传感器设计到全球气候监测的广阔领域。 --- 第一部分：遥感基础与电磁辐射理论 (Foundations and Electromagnetic Theory) 本部分奠定了整个学科的理论基石。我们首先探讨了电磁辐射的量子和波动性质，详细阐述了普朗克定律、维恩位移定律和斯忒藩-玻尔兹曼定律等黑体辐射的全部细节。随后，深入解析了电磁波在不同介质中的传播行为，包括吸收、散射、反射和透射的物理机制。 重点章节详细讨论了辐射传输方程 (Radiative Transfer Equation, RTE) 的推导、离散化方法以及在复杂大气和地表条件下的数值求解技术。我们提供了针对瑞利散射、米氏散射和非球形粒子散射的精确模型，这些模型是理解遥感信号衰减和校正的关键。此外，本部分还涵盖了传感器几何、噪声模型（如散粒噪声、电子噪声）和系统响应函数的严格数学描述。 --- 第二部分：被动遥感系统与传感器 (Passive Sensing Systems and Instrumentation) 这一部分专注于被动遥感技术，即测量地表或大气自然发射或反射能量的系统。我们对两大主要类别进行了详尽的分析：光学/红外遥感和微波遥感。 光学/红外（O/IR）部分 详细介绍了成像仪的工作原理，包括扫描系统（如推扫式、侧视扫描式）、焦平面阵列的读取机制，以及从探测器电压到地表辐射亮度值的精确校准流程。特别关注了关键波段的应用，例如可见光和近红外在植被指数（如NDVI、EVI）计算中的作用，以及热红外波段在地表温度和热惯量反演中的重要性。我们提供了关于大气校正算法（如MODTRAN模型应用）的实用指南。 微波部分 则深入探讨了微波辐射计 (Radiometers) 和合成孔径雷达 (SAR)。对于辐射计，本书阐述了亮度温度 (Brightness Temperature, TB) 的概念及其与地表介电常数、粗糙度的关系，尤其是在海冰、土壤湿度和水汽测量中的应用。对于SAR，我们花费大量篇幅讲解了后向散射系数 ($sigma^0$) 的物理意义，包括表面粗糙度对后向散射的影响，以及极化SAR（如HH, VV, HV, VH）数据如何揭示目标结构和各向异性。 --- 第三部分：主动遥感与测距技术 (Active Remote Sensing and Ranging Technologies) 主动遥感部分的核心在于激光雷达 (LiDAR) 和雷达测高 (Altimetry)。 激光雷达 (LiDAR) 章节深入探讨了脉冲的产生、光束扩散、回波信号的采集和处理。我们详细分析了波形反演技术，如何从多回波信号中提取森林冠层高度、结构参数和地表数字高程模型 (DEM)。 雷达测高 专注于测量地表与传感器之间距离的精确性。本书讨论了轨道动力学对测高精度的影响，以及潮汐、大气延迟（干延迟和湿延迟）的校正技术。我们对比分析了卫星雷达测高（如Jason系列）和激光雷达测高（如ICESat系列）在冰盖物质平衡监测中的优势与局限。 --- 第四部分：地球物理反演理论与数据同化 (Geophysical Inversion and Data Assimilation) 本部分是连接观测数据与物理量估计的桥梁。我们首先系统地介绍了反演问题的基础，包括适定性、分辨率和误差传播。重点阐述了线性与非线性反演方法的选择，特别是正则化技术（如Tikhonov正则化、卡尔曼滤波）在处理欠定或病态问题中的应用。 随后，本书详细介绍了数值模型与遥感数据融合的框架。我们讨论了四维变分同化 (4D-Var) 和集合卡尔曼滤波 (EnKF) 在大气和海洋环流模型中嵌入遥感观测的机制，强调了误差协方差矩阵的构建和处理，这是确保同化过程稳定性和有效性的关键所在。 --- 第五部分：空间目标与地球系统应用 (Applications in Earth System Monitoring) 理论和方法的最终目标是解决实际科学问题。本部分通过一系列深入的案例研究，展示了遥感技术在关键地球系统监测中的前沿应用： 1. 水文学与冰冻圈： 利用微波遥感监测全球土壤含水量和地下水储量变化；利用SAR干涉测量 (InSAR) 监测冰川流速、地表形变（如火山形变和构造运动）。 2. 海洋学： 从卫星高度计数据反演海面高度、海洋环流和涡旋结构；利用可见光遥感测量海色参数（如叶绿素浓度、悬浮物）。 3. 陆地表面过程： 利用多光谱和高光谱数据进行地表覆盖分类、植被生理健康评估（如叶绿素含量、水分胁迫）以及生物物理参数的提取。 4. 大气边界层： 利用高光谱辐射测量技术反演地表发射率和大气温度廓线。 --- 第六部分：高光谱遥感与未来趋势 (Hyperspectral Remote Sensing and Future Directions) 本部分着眼于遥感技术的最新发展。我们详细探讨了高光谱成像的工作原理，包括数据立方体的结构、维数约简技术（如PCA、MNF变换）以及基于物理模型的谱特征提取方法。 最后，本书对未来十年遥感技术的发展方向进行了展望，重点讨论了人工智能/深度学习在遥感图像解译、去噪和高分辨率重建中的颠覆性潜力，以及小型卫星星座（如CubeSats）带来的观测频率和数据覆盖率的革命性提升，以及数据处理的云计算需求。 --- 目标读者 本书适合具有扎实的数学和物理学背景（本科高年级或研究生水平）的读者。对于希望将遥感技术应用于地球科学研究的博士生和研究人员，本书提供了必要的理论深度和算法细节，使其能够独立设计、执行和解释复杂的遥感项目。它也作为地球物理和遥感工程领域的标准参考书。

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阅读体验的舒适度对于厚重的专业书籍来说至关重要，这本书在这方面做得相当到位，尽管内容晦涩，但阅读的物理感受却很放松。装帧的坚固性让人放心，我可以放心地将其摊平在桌面上，而不用担心书脊受损，这对于需要边阅读边做笔记的研究者来说是极大的福音。页眉和页脚的设计非常简洁，只包含了章节标题和页码，没有冗余的干扰信息，保持了视觉上的纯净感。此外，我发现全书的注释系统设置得非常精妙。它没有采用笨拙的页脚脚注，而是将参考文献和次要的、延伸性的讨论放在了每章的末尾，并用清晰的编号系统进行标记。这样做的好处是，在不打断主线逻辑的前提下，为那些希望深入挖掘特定细节的读者提供了快速跳转的路径。整体来看，这本书的设计者和作者之间似乎达成了一种默契，他们共同致力于打造的不仅仅是一本知识载体，更是一件可以长期陪伴、值得反复研读的案头工具书。它的厚重感并非负担，而是一种知识沉淀的体现。

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这本书在结构编排上体现了极高的逻辑性，仿佛有一条无形的、清晰的线索贯穿始终。它采取了一种“由宏观到微观，再回归宏观应用”的策略。开篇从地球大气的基本组分和辐射平衡入手，为后续的化学反应设置了必要的物理环境背景。随后，章节逐步深入到光化学过程、氧化剂的生成与循环，这些部分对于理解臭氧层和对流层污染至关重要。我个人特别喜欢它在过渡章节中穿插的“案例分析”模块。比如，它会用一整节篇幅来详细剖析一次著名的城市光化学烟雾事件的化学成因，而不是仅仅将数据点嵌入到理论章节中。这种“理论指导实践”的叙述方式，极大地增强了学习的代入感和目的性。读者在学习完一系列复杂的化学定律后，能立即看到这些定律在真实世界中是如何“作恶”或“发挥作用”的。这种环环相扣的设计，使得知识的吸收不再是孤立的碎片化记忆，而是一个有机生长的知识网络，极大地巩固了对核心概念的掌握程度。

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这本书的行文风格，说实话，带着一股浓郁的、老派英式学术的严谨，但又巧妙地融合了现代科学普及的流畅性。它不是那种干巴巴地堆砌公式和实验数据的教科书，相反，作者似乎更乐于充当一位经验丰富的导师，在你即将被一个复杂的自由基反应机制绕晕的时候，他总能及时插入一段精炼的“思考题”或“现实意义”的阐述，将抽象的化学过程拉回到我们每天呼吸的空气质量问题上来。我最喜欢它在解释同位素示踪技术时的那一段落。它没有直接给出繁复的数学推导，而是通过一个生动的比喻——将大气中的分子想象成在不同“时间隧道”中旅行的信使，用它们携带的“年龄标记”（同位素比值）来反推大气环流和化学转化的路径。这种叙事性的讲解方式，极大地降低了理解门槛，让人感觉到，大气化学不再是实验室里冰冷的玻璃器皿，而是地球这个宏大系统内一场永不停歇的动态博弈。虽然内容密度很高，但作者对语言的把控恰到好处，很少出现让人需要反复查阅专业词典才能继续阅读的情况，足见作者在内容组织上的深思熟虑。

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这本书的封面设计颇具匠心，那种深邃的靛蓝色调，配上流动的、仿佛被风雕刻出的白色字体，初见之下就给人一种置身于广袤无垠天空之下的感觉。内页的纸张质感也相当出色，微微泛黄的米白色调，不仅减轻了长时间阅读带来的视觉疲劳，更添了几分经典学术著作的沉稳气息。我尤其欣赏它在图表和插图方面的处理。那些关于大气层结构、气溶胶散射模拟的示意图，并非简单的数据堆砌，而是融入了艺术性的排版，使得即便是初次接触复杂化学模型的读者，也能快速抓住核心概念的脉络。例如，关于平流层臭氧损耗机制的流程图，色彩的过渡处理得极为细腻，层次分明，让人一眼就能理解光解、催化反应的复杂链条是如何运作的。翻阅过程中，我注意到作者在引用最新的研究成果时，也保持着一种对历史脉络的尊重，前言部分对早期大气化学先驱的致敬篇幅虽短，却显得真诚有力，为全书奠定了严谨而又富有温度的基调。这本书的排版布局非常人性化，关键术语的加粗和索引的清晰度，极大地提升了查阅效率，对于需要频繁回顾特定公式或反应机理的研究者来说，无疑是一个巨大的便利。

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作为一本深入探讨该领域的书籍，其内容的广度和深度是令人赞叹的。它似乎覆盖了从基础的分子光谱学到前沿的区域气候模型输入参数设定的每一个关键环节。我特别关注了其中关于气溶胶的章节，那部分的处理非常专业且细致。它不仅详述了硫酸盐、黑碳等主要气溶胶的生成路径，还花了不少篇幅探讨了生物源有机气溶胶（SOA）的复杂性，特别是关于二次有机气溶胶的氧化产物多样性的论述，引用了近期几年才在顶级期刊上发表的实验数据，这显示了本书的更新速度和对学术前沿的把握能力。更难得的是，它没有止步于“是什么”，而是深入探讨了“怎么办”。在应对策略方面，书中对减排措施的经济效益评估和环境影响进行了多角度的平衡分析，避免了过于偏颇的立场，体现了科学研究应有的客观性。对于任何想要全面构建大气化学知识体系的人来说，这本书就像是一个坚实的地基，它为你提供了所有必要的砖瓦和蓝图，让你能够搭建起自己理解天空的宏伟建筑。

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国外的教材就是牛X，这看完以后啥都明白了，明白原理，明白优缺点，明白该怎样用。但就是很怀疑作者的计算能力，难道是心算？

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必修课，要考试了

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其实是在读

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大气科学基础

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国外的教材就是牛X，这看完以后啥都明白了，明白原理，明白优缺点，明白该怎样用。但就是很怀疑作者的计算能力，难道是心算？