Analytical Techniques for Atmospheric Measurement pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Blackwell Pub Professional

作者:Heard, Dwayne 编

出品人:

页数:528

译者:

出版时间:2006-7

价格:£ 130.00

装帧:HRD

isbn号码:9781405123570

丛书系列:

图书标签:

大气测量
分析技术
大气科学
环境监测
仪器分析
光谱学
气象学
遥感
污染监测
数据分析

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具体描述

Almost all of the breakthroughs in understanding the atmosphere have been initiated by field observations, using a range of instrumental techniques. Developing or deploying instruments to make further observations demands a thorough understanding of the chemical and spectroscopic principles on which such measurements depend.

Written as an authoritative guide to the techniques of instrumental measurement for the atmospheric scientist, research student or undergraduate, Analytical Techniques for Atmospheric Measurement focuses on the instruments used to make real time measurements of atmospheric gas and aerosol composition. Topics covered include how they work, their strengths and weaknesses for a particular task, the platforms on which they have been deployed and how they are calibrated. It explains the fundamental principles upon which the instrumental techniques are based (ie what property of a molecule can be exploited to enable its detection), what limits instrumental sensitivity and accuracy, and the information that can be gained from their use.

聚焦行星边界层过程的地面遥感与模型耦合研究图书名称：聚焦行星边界层过程的地面遥感与模型耦合研究作者： [请在此处填写作者姓名或机构] 出版日期： [请在此处填写出版日期] ISBN： [请在此处填写ISBN] --- 内容概要本书系统性地探讨了行星边界层（Planetary Boundary Layer, PBL）的动力学、热力学和化学过程，尤其侧重于利用地面遥感技术（如多普勒雷达、激光雷达、微波辐射计、高光谱辐射计）获取的观测数据，与大气化学传输模型和大气动力学模型进行高分辨率、多参数的耦合研究。全书旨在提供一套严谨的框架，用以提升对近地表大气混合、污染物输送与沉降、湍流交换机制以及非均质下垫面影响的理解与量化能力。第一部分：行星边界层基础理论与现代观测挑战第一章：行星边界层的多尺度结构与时间演变本章首先回顾了PBL的经典分层理论，包括摩擦层、过渡层和剩余层。重点分析了PBL在日变化周期（晴天、夜间、辐射逆温、锋面过境）中的结构性转变。讨论了非均匀下垫面（如城市热岛效应、复杂地形影响）如何打破理想化的层结结构，引入局地环流和湍流不稳定性。本章强调了在高分辨率模拟和实时监测中，如何精确捕捉PBL顶部的快速抬升与塌陷过程，以及这些过程对区域天气和空气质量预报的敏感性。第二章：地面遥感技术在PBL探测中的原理与局限本章深入剖析了当前用于PBL探测的主流遥感技术。多普勒雷达（特别是高频风廓线雷达）：详细阐述了如何利用相速度和功率谱分析来识别清晰的混合层顶、切变层以及二次流结构。讨论了天气现象（如降水、气球干扰）对风场廓线反演的误差来源及校正方法。激光雷达（Lidar）：聚焦于后向散射信号（包括高分辨率Raman Lidar和Doppler Lidar）如何精确地界定PBL的高度和内部梯度。探讨了气溶胶层、云底高度与PBL顶的区分与关联。微波辐射计（MWR）：阐述了MWR如何通过测量大气垂直温度和水汽廓线来确定稳定度参数（如$C_n^2$或$ heta_e$梯度），从而间接量化湍流活动强度和逆温强度。讨论了温度探针网络与MWR廓线的同化策略。地基高光谱辐射计：介绍利用地基观测获取的辐射传输信息，反演地表通量（潜热、感热）的先进算法，以及这些通量对PBL能量平衡的贡献。第三章：观测数据的质量控制与预处理强调了地面遥感数据在应用于高精度模型驱动时的关键性。本章详细介绍了处理原始信号（如雷达回波强度、激光散射强度、辐射计亮温）到物理量（如风速、温度廓线、湍流动能耗散率）的复杂反演流程。重点讨论了时间同步、空间配准以及处理缺失数据和仪器偏差的规范化步骤。第二部分：高分辨率数值模型与遥感数据同化第四章：大气边界层过程的数值模拟方案本章详细梳理了当前主流的数值天气预报（NWP）和大气化学模型中对PBL过程的参数化方案。对比了Smagorinsky方案、大涡模拟（LES）及其混合尺度方法的优劣。重点剖析了次网格湍流（Subgrid-Scale Turbulence）处理的物理基础，以及如何改进对云上/云下湍流的描述，这对准确模拟边界层垂直混合至关重要。第五章：基于四维变分（4D-Var）和集合卡尔曼滤波（EnKF）的遥感数据同化框架本章是本书的核心技术章节。详细介绍了如何将非连续、高频次的地面遥感观测数据（如瞬时风场廓线、湍流梯度信息）有效地整合到数值模型中。观测算子构建：如何建立一个准确的数学映射，将模型状态变量（如U, V风场，温度，湿度）转化为可与遥感观测直接比较的量。特别关注了激光雷达后向散射系数的观测算子构建。同化策略选择：比较了传统的分析修正法、局地集合（LETKF）以及全域集合（EnKF）在处理PBL高度和湍流场不确定性方面的差异。强调了在模型初始化中，如何通过同化高分辨率廓线来快速修正初始条件对流场和热场的偏差。第六章：模型与观测的长期耦合验证与误差归因探讨了如何建立长期、跨年度的“模型-观测”对比分析体系。本章着重于误差归因：当模型预测与遥感观测不符时，是源于模型参数化方案的缺陷（如地表通量计算不准），还是观测数据本身的噪声（如地基反演中的地形遮挡效应）。介绍了用于评估不同模型方案对边界层高度（HBL）预测性能的特定指标。第三部分：特定环境下的耦合应用案例研究第七章：城市环境中的污染物输送与热力场相互作用利用耦合模型分析城市尺度（1-10 km）的空气质量问题。案例聚焦于： 1. 夜间低空急流与污染物富集：如何利用激光雷达和风廓线雷达数据，精确识别夜间气流的抬升和平流输送，并驱动模型预报次日早晨的雾霾事件。 2. 建筑群对湍流和风场的调制：探讨城市峡谷和建筑群如何通过改变表面粗糙度长度，显著影响感热通量和垂直扩散效率，并展示耦合模拟如何量化这种影响。第八章：复杂地形与山谷/山地边界层动力学研究在具有显著地形起伏区域，PBL结构如何被局地环流主导。重点分析了山谷昼夜风（山风、谷风）的形成机制，以及这些环流如何影响污染物在山坡和山谷底部的滞留。展示了如何利用地形匹配的遥感设备（如安装在山坡上的雷达）来验证和改进地形对大气稳定度的参数化。第九章：跨尺度混合：从微物理到区域气候模型本书的最终目标是将PBL过程的精细化研究扩展到更大尺度的应用。讨论如何将高分辨率LES模拟得到的湍流统计量（如$sigma_w^2$）作为输入，来改进区域气候模型（RCM）中保守的PBL参数化方案。探讨了如何利用地面观测数据验证和校正RCM中对云顶混合和水汽传输的参数化，这对区域降水预报至关重要。结论与展望总结了当前地面遥感与模型耦合研究取得的突破，并指出了未来研究的重点方向，包括对高频次湍流脉动信号的直接同化、对边界层内化学反应的实时监测、以及将量子算法应用于大规模集合同化系统的潜力。 --- 本书特色：实践导向：提供了大量实际的观测数据处理流程和模型同化实施的案例分析，而非停留在纯理论层面。跨学科整合：首次系统性地将大气动力学、遥感物理、数值计算和大气化学传输理论融合在一个统一的框架内进行探讨。前沿技术聚焦：深入剖析了当前大气科学领域最前沿的地面观测技术及其在现代NWP系统中的应用潜力。