Mid-Latitude Atmospheric Dynamics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley

作者:Jonathan E. Martin

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2006-07-05

价格:USD 75.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780470864654

丛书系列:

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气候系统中的能量传输与复杂性：一个深入的探讨 本书聚焦于地球气候系统中的核心驱动力——能量传输的复杂机制，以及由此引发的大气和海洋环流的精妙相互作用。 我们将超越简单的热力学描述，深入剖析驱动全球天气和气候模式的动力学过程，尤其关注中低纬度地区大气环流的结构与演变。 本书旨在为读者构建一个理解气候系统稳定性和变异性的全面框架。内容涵盖了从基础的辐射平衡到复杂的非线性动力学系统，旨在揭示气候系统内在的复杂性与自组织特性。 --- 第一部分：辐射驱动与能量平衡的基础 本部分为后续深入探讨奠定基础，重点阐述了太阳辐射在地球系统中的接收、分配和重新分配过程。 第一章：地球的能量预算与辐射场 详细分析了太阳常数、米氏散射和瑞利散射对地表有效辐射的影响。引入了行星反照率的概念及其对地表温度的制约作用。重点探讨了云层、气溶胶和温室气体（如水汽、二氧化碳）对长波辐射传输的吸收和再发射机制，精确量化了自然的温室效应及其对气候系统的基本调节作用。我们还将检视南北半球与季节性变化的能量输入差异，这是驱动大气环流的初始梯度。 第二章：热力学结构与大气层结 本章深入研究了大气中的热力学过程，包括干绝热递减率和湿绝热递减率的计算与应用。重点分析了位势温度（Potential Temperature）在追踪气团运动中的关键作用。通过对稳定度和不稳定度参数（如浮力频率 $N$）的量化分析，解释了对流活动的触发条件，并探讨了边界层内湍流混合在垂直能量交换中的作用。 --- 第二部分：大气环流的动力学基础 本部分转向动力学，阐述了驱动地球大规模风场运动的基本物理定律和概念。 第三章：地球流体力学导论 引入描述流体运动的核心方程组——纳维-斯托克斯方程在地球坐标系下的简化与应用。详细推导了科里奥利力（Coriolis Force）的数学形式及其对运动物体方向的系统性偏差效应。重点讨论了地转平衡（Geostrophic Balance）和梯度风平衡（Gradient Wind Balance）的适用范围与物理意义，这是理解高空急流和气旋、反气旋结构的关键。 第四章：大尺度环流的模式与环流理论 本章系统性地介绍了观测到的全球三圈环流（Hadley, Ferrel, Polar Cells）的结构、能量来源与耗散机制。深入探讨了艾克曼输运（Ekman Transport）在海洋混合层和大气边界层中的作用，解释了信风带和副热带高压带的形成机理。在此基础上，引入了非旋转流体中的Rossby波概念，为理解中纬度的大气扰动奠定理论基础。 第五章：涡度、质量守恒与环流的维持 涡度（Vorticity）是描述大气旋转强度的核心量。本章详细分析了绝对涡度、相对涡度与地势涡度的概念，并推导了涡度方程。重点讨论了相对涡度的两条主要来源：几何效应（科里奥利参数随纬度变化）和风场形变效应。通过分析涡度守恒原理，解释了行星尺度波的传播特性，以及中纬度气旋和反气旋的生成与生消过程中的涡度平衡。 --- 第三部分：中纬度地区的大尺度波动与变率 本书的核心内容集中在本部分，探讨了驱动中纬度天气系统变化的主要波浪机制。 第六章：中纬度的大气波动：Rossby 波动力学 本章是关于中纬度动力学的基石。详细分析了线性化的浅水波方程在纬度依赖的科里奥利力场中的解，导出了中纬度大气中主要的自由波——Rossby 波（或称惯性重力波的一种特殊形式）。计算了 Rossby 波的波数、频率和相速度，并解释了波的能量如何向西传播（相位速度）以及向东（群速度）输送能量。讨论了“波流相互作用”中，波的活动如何与背景平均流相互影响。 第七章：中纬度能量和动量输送机制 中纬度地区是南北半球热量和动量重新分配的主要区域。本章重点分析了斜压不稳定性（Baroclinic Instability），这是温带气旋和反气旋产生的根本原因。通过对 Eady、Charney 和 Phillips 模式的深入解析，量化了温带气旋的增长率与环境风场和温度梯度的关系。解释了中纬度急流（Jet Stream）的形成与维持，以及其作为 Rossby 波波导的作用。 第八章：准定常波与阻塞环流 聚焦于时间尺度更长、波长更大的行星尺度波动（Planetary Waves）。详细分析了中纬度环流中准定常波的特征，特别是其在对流层顶附近的结构。深入研究了阻塞高压（Blocking Highs）的形成机制，包括波的非线性相互作用、波包的传播受限以及与背景流的耦合。探讨了阻塞事件对区域性极端天气（如持续热浪或持续降水）的影响。 --- 第四部分：气候变率、反馈机制与非线性动力学 最后一部分将视角从瞬时天气转向气候变率和系统响应，引入更复杂的反馈机制。 第九章：海洋-大气相互作用与ENSO 本章探讨了海洋在气候系统中的反馈作用。详细分析了海洋的热容量、混合过程以及温跃层（Thermocline）对海表温度（SST）的调节。重点研究了厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的动力学机制，包括温跃层深度振荡、Bjerknes反馈的建立与自我维持，以及 ENSO 对全球大气环流（如遥相关模式）的影响。 第十位：气候系统的非线性与突变 本章处理气候系统固有的非线性特性。讨论了混沌理论在气候建模中的应用，解释了为什么长期天气预报存在内在的限制。分析了系统对扰动的敏感性，引入了“边缘效应”（Edge Effects）的概念，探讨了小尺度的局地强迫（如山脉或地形）如何通过非线性过程放大并影响大尺度环流。最后，探讨了系统在不同气候状态之间的潜在跃变（Tipping Points）的理论基础。 --- 总结： 本书的结构旨在引导读者从最基础的能量收支，逐步深入到描述复杂天气现象的动力学方程，最终理解中纬度地区驱动气候变率的关键波动模式及其与海洋的复杂耦合。通过对这些核心概念的全面梳理，本书为读者提供了分析和理解大气环流中复杂能量传输过程的强大工具。

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我必须承认，这本书的专业性毋庸置疑，但其叙事风格却出乎意料地富有“人情味”。作者在穿插严谨的理论推导时，总能适时地插入一些历史性的回顾，比如早年科学家们是如何一步步摸索出关于中纬度环流的理论框架的。这种对科学史的尊重，使得阅读过程充满了一种探索的乐趣，而不是枯燥的学习。对于那些对理论物理背景不太自信的读者，书中提供了相当详尽的附录，用以巩固必要的流体力学和热力学基础，确保了知识体系的完整性。最让我印象深刻的是关于“中纬度波包传输”的章节，它用一种近乎诗意的语言描述了能量如何在不同尺度的波动之间转移和耗散，描绘了一幅宏大而又精密的宇宙尺度下的能量流动图景。这本书不仅教会你“是什么”，更重要的是教会你“为什么会这样”，这才是真正高水平教材的标志。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量也值得称赞，这对于理解复杂的空间分布和时间演变过程至关重要。在讨论高空急流的结构和季节性迁移时，图表清晰地揭示了地转风与温度场之间的准地转耦合关系。更难能可贵的是，作者在讨论“阻塞高压”现象时，不仅仅将其视为一个静态的阻塞事件，而是深入分析了导致其形成和维持的非绝热加热和地形强迫的共同作用。这使得阻塞这种看似随机的天气事件，在强有力的动力学框架下，有了一个可理解的内在逻辑。全书的论述层层递进，从基础的运动学概念到高级的非线性系统分析，构建了一个非常扎实且相互关联的知识网络。阅读这本书，就像是获得了一副能看穿大气表象、直达其内在运动规律的“透视镜”，极大地增强了我们对中纬度天气系统复杂性的敬畏之心。

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读完这本书，我的第一感受是它对“风暴追踪者”们极具启发性。作者并没有将中纬度大气仅仅视为一个线性的、可预测的系统，而是将其描绘成一个充满非线性、混沌和复杂相互作用的动态景观。书中对于斜压不稳定性的讲解，简直是教科书级别的范本。它不仅仅是简单地陈述了温度梯度如何转化为动能，更细致地剖析了波的增长率、波长与频率之间的关系，以及如何通过垂直运动来释放位能，驱动我们日常所见的温带气旋的增强。这种对能量转换机制的透彻分析，让我对强对流天气和锋面活动的理解提升到了一个新的台阶。此外，书中关于大气遥相关（如ENSO对中纬度环流的影响）的章节也处理得非常出色，它将区域性的现象置于全球背景下进行考察，强调了大气系统的整体性。对于任何希望超越简单天气图解读者，进入到大气“心脏”去观察其跳动的人来说，这本书是不可多得的佳作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节编排逻辑性极强，阅读体验非常流畅，即使涉及到高深的数学推导，作者也能巧妙地通过清晰的图示和形象的比喻来辅助理解。我特别喜欢它在介绍“惯性稳定性”和“布伦特-瓦塞尔曼频率”时所采取的视角——它不是冷冰冰的公式堆砌，而是将这些抽象的物理量与实际大气中的波（如重力波和惯性波）的传播特性紧密联系起来。这让原本晦涩的理论变得触手可及。例如，书中对准地转涡度方程的逐步简化和应用，清晰地展示了如何从全微观测方程出发，提炼出最核心的动力学机制，并用于实际的天气形势分析。对于那些习惯于使用数值天气预报模式输出结果，但对其内部机制感到好奇的进阶用户，这本书提供了完美的“反向工程”指导。它帮助我们理解，为什么模型在某些条件下表现出色，而在其他条件下会迅速失效——答案往往就隐藏在这些基础的动力学假设之中。

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这本关于中纬度大气动力学的著作，确实为我们打开了一扇深入理解地球复杂气候系统的窗户。作者的叙述方式极为严谨，尤其是在处理地转平衡、科里奥利力影响以及气压梯度力之间的微妙平衡时，那种对物理原理的深刻洞察力令人印象深刻。我特别欣赏书中对涡旋动力学的详尽阐述，无论是正涡度和负涡度区域的分析，还是它们如何驱动天气系统的发展与衰减，都描述得淋漓尽致。书中对中尺度对流系统（MCS）和中尺度涡旋的讨论，不仅仅停留在理论层面，还结合了大量的观测数据和数值模拟结果进行佐证，这使得即便是相对抽象的动力学概念也变得具体而有说服力。对于那些渴望从根本上掌握天气预报模型背后的驱动力的专业人士来说，这本书无疑提供了一个坚实且必要的理论基础。它要求读者具备一定的数学功底，但一旦跨过这道门槛，便能领略到大气运动背后的和谐与必然性。总而言之，这是一部对大气科学研究者和高级学生极具价值的工具书，其深度和广度都达到了极高的水准。

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这本书一定要不遗余力地推荐，倒不是因为这是前系主任的作品，而是因为它真的写的很好。由浅入深，循序渐进，从初级到中高级应用都有，很实用。

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