大气湍流基础

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出版者:北京大学出版社
作者:张宏昇
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2014-12-1
价格:42.00元
装帧:平装
isbn号码:9787301251447
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 湍流
  • 流体力学
  • 大气湍流
  • 大气科学
  • 气象学
  • 流体力学
  • 边界层大气
  • 大气物理
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  • 大气传播
  • 气象灾害
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具体描述

《大气湍流基础》系统论述了大气湍流的基本理论及其研究方法,并尽可能反映该领域zui新的科学研究成果.全书分为八章,内容包括:大气湍流概论、大气湍流基本控制方程、大气湍流运动、湍流统计描述、近地面层相似性理论、近地面层大气湍流及地表参数、大气湍流观测法与数据处理、非定常大气湍流及其分析方法.大气湍流及其运动与大气科学各部分联系密切,本书既考虑了大气物理学的有关知识,也兼顾了大气环境学科的需要.   《大气湍流基础》可为大气科学相关领域的科研和业务工作以及高等院校大气物理学与大气环境专业研究生的学习提供参考,也可供高年级本科生及相关专业,如环境保护、地理、农业、林业以及风能和核能利用等工程学科的工作者参考。

《星辰的低语:宇宙演化的宏大叙事》 第一章:原初的混沌与光明的诞生 宇宙的起点,并非一片虚无,而是难以想象的高温、高密度的奇点。本书将带领读者穿越时空隧道,回到那个“太初有道”的瞬间。我们将深入探讨暴胀理论的核心机制,解析宇宙如何在极短的时间内完成空间几何的急剧扩张,并奠定我们今天所观测到的均匀性和结构性的基础。 1.1 奇点之前与暴胀的驱动力 我们首先要面对一个哲学与物理学交织的难题:奇点之外是什么?本书将梳理目前主流的量子引力模型,如弦论和圈量子引力,探讨它们如何试图描述 Planck 纪元($10^{-43}$ 秒)的物理状态。暴胀场的本质,那个驱动宇宙快速膨胀的标量场——“inflaton”,其潜在能量形态如何决定了宇宙的命运,将是本章的重点解析对象。 1.2 夸克-胶子等离子体的海洋 随着宇宙的膨胀和冷却,能量开始转化为物质。我们将详细描绘宇宙在 $10^{-6}$ 秒时期的景象:一个由夸克、胶子、轻子构成的炽热汤水。本章会追溯到强子(质子和中子)的形成过程,解释为什么物质最终战胜了反物质,这其中涉及的 CP 破坏机制,是宇宙学中最引人入胜的谜团之一。 1.3 核合成的时代:元素的摇篮 宇宙诞生后约三分钟,温度降至足以使质子和中子结合,形成最初的轻元素——氢、氦和极少量的锂。本书将精确计算和模拟大爆炸核合成(BBN)的速率和产额,并将其与现代天文观测到的元素丰度进行对比,以此作为我们宇宙模型最坚实的证据之一。我们将探讨 BBN 的局限性,以及它如何为“重元素”的产生设定了时间表。 --- 第二章:光明的解耦与宇宙微波背景 在大爆炸发生后的约 38 万年,宇宙冷却到了一个临界点,电子与原子核得以结合形成稳定的中性原子。这一事件,即“复合”,使得光子第一次得以自由传播,照亮了我们今天所能观测到的最古老的光——宇宙微波背景辐射(CMB)。 2.1 复合的物理过程 我们将细致分析光子与物质的相互作用如何从主导转变为次要。重点阐述萨哈定律(Saha Equation)在计算电离度和复合温度上的应用。理解这一过程,是理解宇宙“不透明”到“透明”转变的关键。 2.2 CMB:宇宙的婴儿照片 CMB 不仅仅是一张均匀的背景辐射图,它的微小温度起伏(各向异性)蕴含了早期宇宙的全部信息。本章将深入剖析 COBE、WMAP 和 Planck 卫星的数据,解释这些温度波动如何对应于早期物质密度的微小扰动,这些扰动正是后来星系形成的种子。 2.3 声子振荡与宇宙几何 CMB 中的功率谱(Power Spectrum)是宇宙学参数的宝库。我们将详细解读主要的声学峰值(Acoustic Peaks),利用这些峰值来精确测量宇宙的几何形状(是平坦的、开放的还是闭合的),并确定暗物质和重子物质的密度比例。这些测量结果是如何共同确立了我们今天所依赖的 Lambda-CDM 标准模型的。 --- 第三章:黑暗时代的降临与结构形成的序曲 在 CMB 释放之后,宇宙进入了一个漫长的“黑暗时代”。恒星尚未诞生,宇宙中充满了中性的氢原子和弥漫的暗物质。这是一个相对平静但至关重要的阶段,为后续的宇宙结构演化埋下了伏笔。 3.1 暗物质的主导作用 暗物质——这种不发光、不吸收光的神秘物质——在黑暗时代扮演了“骨架”的角色。本章将阐述暗物质如何通过引力作用,在其周围的势阱中吸引普通物质。我们将回顾冷暗物质(CDM)模型的成功之处,以及寻找其粒子本质的实验进展。 3.2 密度扰动的线性增长 在引力的持续作用下,早期微小的密度差异如何在线性尺度上增长?本书将应用流体力学和引力线性微扰理论,推导出物质密度对比随时间演化的方程,揭示引力如何将最初的均匀介质塑造成宇宙网的雏形。 3.3 宇宙网的形成与第一代恒星的闪现 我们将模拟暗物质晕的并合过程,展示它们如何构建起星系团和超星系团的宏伟“宇宙网”。随后,我们将聚焦于“再电离时代”的黎明——第一代恒星(Population III Stars)的形成。这些初期恒星的诞生和死亡,结束了黑暗时代,并开始向宇宙播撒第一批重元素。 --- 第四章:星系的演化与宇宙的加速膨胀 随着时间推移,物质在引力作用下不断聚集,形成了我们今天所见的浩瀚星系和星系团。然而,观测到的加速膨胀却预示着宇宙正被一种未知的斥力所支配。 4.1 星系分类与形成历史 我们将探讨星系如何从早期的不规则结构演化为旋涡星系、椭圆星系等成熟形态。重点分析星系并合、恒星形成率(SFR)的历史演变,以及星系内气体冷却和反馈机制(如超新星爆发和活动星系核喷流)对星系形态的塑形作用。 4.2 暗能量的幽灵:加速膨胀的证据 本书将详细回顾 1998 年 Ia 型超新星观测所带来的革命性发现。通过对这些“标准烛光”的光变曲线分析,我们将确立宇宙膨胀正在加速的事实。随后,我们将进入暗能量的领域,探讨宇宙学常数($Lambda$)的本质及其在爱因斯坦场方程中的地位。 4.3 广义相对论在宇宙尺度上的检验 我们将结合引力透镜效应(强引力和弱引力透镜)的数据,来描绘宇宙中物质的分布情况,并检验广大的宇宙尺度上,引力是否仍遵循牛顿或爱因斯坦的定律。这些测量如何帮助我们量化暗能量的性质(用状态方程 $w$ 来描述)。 --- 结语:未解的奥秘与未来的探索 宇宙学是一门充满挑战和机遇的学科。本书的最后一部分将展望未来,讨论当前观测前沿所面临的巨大难题:暗物质的粒子身份、暗能量的精细结构(它是否随时间变化?)、以及量子引力理论的最终形态。我们将探讨下一代大型望远镜和地下探测器将如何试图揭开这些宇宙终极谜团的面纱。

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用户评价

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不得不说,《大气湍流基础》这本书,完全超出了我最初的预期。我原本以为它会是一本充斥着晦涩数学公式的理论专著,但事实证明,它是一本能够引领读者深入理解大气湍流本质的优秀教材。作者在讲解湍流生成机制时,并没有一开始就陷入复杂的方程推导,而是从简单的流体动力学原理出发,例如惯性力和黏性力的平衡,来解释为什么流体在一定条件下会变得湍流。这种循序渐进的讲解方式,对于我这样并非专业背景的读者来说,显得尤为友好。书中对湍流尺度的划分和统计描述,更是让我印象深刻。我这才了解到,湍流并非单一的现象,而是存在着从微米到千米的不同尺度,每种尺度都有其独特的动力学特征。作者通过大量的示意图和数据展示,生动地描绘了这些不同尺度的湍流涡旋是如何相互作用,构成复杂的大气运动。读到后面关于湍流能量传输的那部分,更是让我惊叹于自然界的能量转化效率,以及湍流在其中扮演的关键角色。这本书让我对大气运动有了更深刻的认识,也对那些在幕后默默研究这些复杂现象的科学家们充满了敬意。

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翻阅《大气湍流基础》这本书,仿佛置身于一个由看不见的力量编织而成的宏大图景之中。作者在介绍湍流的生成机制时,不仅仅停留在理论层面,而是结合了大量的实例,比如飞机穿越晴空颠簸,或者船舶在海面遇到的风浪,来佐证湍流的普遍存在及其破坏性。这让我更加直观地感受到了湍流对人类活动的影响。书中对湍流能量级串的解释,更是让我印象深刻。作者用一种清晰而富有条理的方式,描绘了能量如何从大尺度运动中产生,然后逐级传递到小尺度,最终被耗散掉。这个过程充满了物理的美感,也让我理解了为什么大气系统中总是存在着能量的不断流动和转化。我尤其喜欢他对湍流边界层理论的讲解,他详细分析了不同地表粗糙度、不同热力条件下,近地面的风场是如何受到湍流影响而变化的。这对于我理解户外活动的体验,比如风的强度和方向,都有了全新的视角。这本书让我对大气科学的理解,不再是零散的知识点,而是形成了一个完整而深刻的认识。

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《大气湍流基础》这本书,对我来说,是一次深刻的知识洗礼。我原本以为湍流只是空气的“紊乱”,但读完这本书,我才发现,它是一个极其精妙的动力学过程,充满了秩序和规律。作者在讲解湍流结构的那一部分,用许多经典的图示,展示了湍流中的涡旋结构,从大尺度的天气系统中的大涡,到小尺度的微湍流,它们层层嵌套,相互影响。这让我看到了“秩序”隐藏在“混乱”之中。我尤其喜欢他对湍流统计特性的阐述,他用通俗易懂的语言,解释了概率、方差等统计概念在描述湍流中的作用。这让我理解了为什么尽管湍流看似随机,但其宏观统计规律却是稳定可循的。书中关于湍流在物质传输和能量转化中的作用,也让我受益匪浅。我这才明白,为什么我们能够感受到阳光的温暖,或者为什么空气中的污染物能够被稀释,湍流在其中起着至关重要的作用。这本书让我对大气科学,特别是大气动力学,产生了浓厚的兴趣,也让我对大自然的鬼斧神工有了更深的敬畏。

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不得不说,《大气湍流基础》这本书的作者,是一位真正懂得如何将复杂科学变得易于理解的大家。我之前对湍流的印象,仅仅停留在“不可预测”这个层面,但读了这本书之后,我才发现,湍流并非全然的无序,而是隐藏着深刻的统计规律。书中对湍流生成和发展的动力学过程的分析,让我对能量如何在不同尺度之间传递有了全新的认识。我尤其喜欢作者在讲解“能量级串”时,用到的那个“瀑布”的比喻,仿佛看到能量从高处源源不断地流向低处,最终消散在细小的涟漪之中。这种形象化的描述,让我在脑海中构建出了湍流能量流动的宏观画面。书中对湍流在不同大气层次中的表现,比如平流层、对流层,都有详细的介绍,这让我意识到,湍流并非只存在于我们感受到的“风”中,它在整个大气层中都扮演着重要的角色,影响着温度、湿度、甚至是大气化学成分的分布。虽然书中涉及到一些高深的统计理论,但作者始终抓住物理意义,让我能够理解这些理论在描述大气湍流中的作用。读完这本书,我对大气科学,特别是大气动力学,充满了更加浓厚的兴趣。

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《大气湍流基础》这本书,绝对是我近期阅读过的最具有启发性的一本。我一直以为湍流就是简单的“乱”,就是风吹得厉害点,但这本书记述的内容,让我看到了湍流背后深邃的物理原理。作者在讲解湍流结构的那一部分,用大量的示意图和真实的观测数据,描绘了湍流内部的那些涡旋结构,从巨大的科里奥利涡到微小的尺度耗散涡,它们层层嵌套,相互作用,构成了我们所看到的“风”。我特别欣赏他对“相似性原理”的阐述,这让我理解了为什么在不同尺度下,湍流的一些统计特性是可以保持一致的。这就像是自然界的一种“语言”,虽然尺度不同,但其内在的物理规律却是相通的。书中关于湍流扩散的章节,更是让我恍然大悟,原来空气污染物能够如此迅速地扩散开来,并非完全随机,而是湍流运动在起着至关重要的作用。作者在这里引入了一些通俗易懂的随机游走模型,让我能够直观地理解湍流扩散的机制。这本书并没有回避数学,但它将数学作为一种工具,服务于物理概念的阐释,而不是凌驾于理解之上。这让我这个对纯数学有些畏惧的读者,也能在理解物理本质的同时,掌握必要的数学工具。

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我必须承认,《大气湍流基础》这本书在很大程度上颠覆了我之前对“湍流”这个概念的认知。我原本以为它只是一个纯粹的物理学分支,充斥着各种微分方程和积分形式,读起来必定是晦涩难懂的。然而,这本书的叙述方式却出乎意料地吸引人。它不像许多教材那样,上来就堆砌定义和定理,而是巧妙地将理论研究与实际应用相结合。例如,在介绍湍流边界层时,作者并没有直接给出纳维-斯托克斯方程的复杂形式,而是先详细分析了地表粗糙度、温度梯度等因素如何影响近地面的风场,并通过一些实际观测数据和图表进行佐证。这让我能够直观地感受到湍流的实际影响,比如对建筑物设计、航空安全、甚至空气污染物扩散的重要性。书中对湍流能量级串的阐述也极具启发性,通过对能量从大尺度向小尺度传递的清晰描绘,我终于理解了为什么总有能量在不断地“丢失”或者说转化为更细小的扰动。虽然书中涉及到一些统计力学和谱理论的内容,但作者的处理方式非常务实,更侧重于理解其物理意义,而非深究数学推导的每一个细节。这对于我这样并非专业背景的读者来说,无疑是一大福音。读完这本书,我对大气科学的敬畏之心又增添了几分,也对那些默默研究这些看不见的力量的科学家们充满了钦佩。

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《大气湍流基础》这本书,给我带来了一场知识的“风暴”。我一直对大自然的神秘力量感到好奇,而湍流无疑是其中最难以捉摸的一种。这本书,则以一种令人信服的方式,揭示了这种力量的奥秘。作者在讲解湍流结构和统计特性时,引用了许多前沿的研究成果和观测数据,让我看到了湍流研究的最新进展。我尤其欣赏他对湍流耗散机制的阐述,他用一种近乎哲学的角度,探讨了能量如何在混沌中不断转化,最终趋于寂灭。这种对微观过程的细腻描绘,让我感受到了科学研究的严谨与深刻。书中关于湍流在污染物扩散、天气系统演变中的作用的论述,更是让我看到了湍流的实际意义。我这才明白,为什么我们总是难以准确预测长期的天气变化,很大程度上就是因为大气湍流的复杂性和不可预测性。这本书让我不再仅仅将湍流视为一种“搅局者”,而是看作是地球系统不可或缺的动力学过程,它在调节能量、混合物质方面发挥着至关重要的作用。

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《大气湍流基础》这本书,绝对算得上是我在大气科学领域阅读过的最扎实、最有深度的入门读物了。它不仅仅是罗列公式,而是真正地带我进入了一个充满活力和动态的大气世界。作者在分析湍流能量耗散那一章,引入了许多著名的理论模型,比如科尔莫戈洛夫的理论,并对其进行了深入浅出的讲解。这让我理解了为什么小尺度的湍流会如此高效地将能量转化为热能,而这种耗散过程对于维持整个大气的能量平衡至关重要。我尤其欣赏他对湍流边界层理论的阐述,从地表到高空,不同高度的湍流特性是如何变化的,以及这些变化如何影响着我们日常生活中的气象现象,比如风速的垂直廓线,或者雾的形成和扩散。书中穿插的大量图表和案例分析,让我能够将抽象的理论与实际观测相结合,加深了对知识的理解。读到后面,作者还探讨了湍流在海洋、河流等其他流体系统中的共性,这让我意识到,湍流的原理具有普适性,是大自然最基本的运动规律之一。这本书让我不再把大气湍流看作是简单的“乱”,而是看作是自然界精妙而复杂的动力学过程。

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这本《大气湍流基础》真是让人大开眼界。刚拿到这本书,我以为会是一堆枯燥的公式和理论,但读进去之后,才发现里面蕴含着如此丰富而引人入胜的物理世界。作者并没有一开始就抛出复杂的数学模型,而是循序渐进地,从我们日常生活中都能观察到的现象入手,比如风吹动树叶的摇摆,夏日地面上升腾的热气,甚至是远处高楼上闪烁的霓虹灯,都在悄无声息地讲述着湍流的故事。他用生动的比喻和清晰的逻辑,将那些看似混乱无序的空气运动,分解成一个个可理解的机制。我尤其喜欢他讲解“尺度”概念的那一部分,从微观的分子尺度到宏观的大气环流,湍流无处不在,并且不同尺度的湍流有着截然不同的特性,这让我对大气现象的理解从“是什么”上升到了“为什么”。书中对湍流的统计学描述也处理得非常巧妙,没有让人望而却步,而是通过一些形象的类比,比如抛硬币的概率,来解释湍流的随机性和统计规律。读到后面,关于湍流能量耗散的章节,更是让我对这个看似无形的“能量黑洞”产生了敬畏之情。这本书不仅为我打开了大气科学研究的大门,更让我开始重新审视身边的每一个微小的气象现象,仿佛它们都有了生命,都在低语着湍流的秘密。

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我一直对“变化莫测”这个词与大自然息息相关,而《大气湍流基础》这本书,则精准地捕捉并解析了这种“变化莫测”的本质。它并没有将大气湍流描绘成一个简单的、线性的过程,而是深刻地揭示了其内在的非线性和混沌特性。作者在开篇就用一个非常形象的比喻,将湍流比作“蝴蝶效应”,强调了初始条件的微小扰动如何能够导致后续结果的巨大差异。这让我对天气预报的局限性有了更深刻的理解,也对大气的复杂性有了全新的认识。书中对于湍流的产生机制,例如对流、切变不稳定性等,都进行了细致的讲解,并且通过一些经典的实验案例,比如希尔伯特-朗缪尔实验,来佐证理论的正确性。我尤其喜欢他对湍流耗散的论述,他用一种非常诗意但又不失严谨的语言,描述了能量如何在大气中被不断地“磨损”,最终转化为热能,这个过程充满了物理的美感。书中对湍流在能量传输和物质混合中的作用的阐述,也让我看到了湍流在地球系统中的核心地位,它不仅影响着天气,还深刻地塑造着气候,甚至影响着生态环境。这本书让我对大气科学的理解,从一种感性的体验,上升到了一种理性的认知,让我看到了隐藏在混乱背后的规律。

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