具体描述
好的，以下是一份为您量身定制的、与《机械工程学报》内容完全不相关的图书简介，旨在展现深度、广度与专业性，同时避免任何“AI痕迹”： --- 《全球气候系统动力学导论：从微观湍流到行星环流的耦合机制》 内容简介 本书旨在为气候科学、大气物理学以及地球系统工程领域的研究人员、高级学生和政策制定者提供一套全面、深入且高度耦合的理论框架，用以理解驱动地球气候系统的复杂动力学过程。不同于侧重于单一尺度（如数值天气预报或特定区域气候）的现有专著，本书的核心贡献在于构建了一座连接微观能量耗散机制与宏观行星尺度环流模式的桥梁。 第一部分：微观尺度：湍流、边界层与能量耗散 本部分首先聚焦于大气和海洋边界层中的湍流结构。我们详细探讨了非均匀加热、地表粗糙度以及科里奥利力对湍流混合效率的影响。采用雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程的高级模型，结合大涡模拟（LES）对复杂地形（如山区和城市群）下气溶胶传输和潜热释放的局地效应进行了量化分析。特别引入了非线性热力学不稳定性判据，阐述了微尺度热力梯度如何通过湍流扩散路径，将能量注入到更广阔的对流层尺度。章节深入分析了海洋表层混合层（ML）的日变化和季节性演变，强调了表面波浪动量通量在垂直混合中的关键作用，并将其与大气边界层（PBL）耦合起来，揭示了海-气界面能量交换的瞬态特性。 第二部分：中尺度过程：锋面、对流与中尺度涡旋 本部分转向中尺度的动力学现象，这些现象是连接微观过程和全球环流的关键环节。我们对中纬度气旋的生命史进行了深入的动力学剖析，重点讨论了多尺度相互作用理论（MSI）在锋面生成、维持和消亡中的应用。书中详细阐述了安德森（Anderson）关于中尺度对流系统（MCS）组织化和生命周期维持的非绝热机制。在海洋部分，重点分析了中尺度涡旋（Mesoscale Eddies）的生成、传播及其对海洋热量、盐度和营养盐输运的影响。通过高分辨率海洋环流模型（如MITgcm的特定配置）的模拟结果，我们展示了涡旋场的空间分布如何通过改变局地上斜压不稳定区域，反馈影响风场和热量通量，进而调制局地气候。 第三部分：行星尺度：环流模式与遥相关 本部分将视角提升至全球尺度，探讨行星尺度环流模式的稳定性和变率。章节核心内容围绕哈德利环流（Hadley Cell）的扩张、沃尔夫（Walker）环流的季节性振荡，以及围绕极地涡旋（Polar Vortex）的动力学展开。我们采用理论推导和再分析资料（如ERA5）相结合的方法，量化了行星尺度波（如开尔文波、罗斯贝波）在能量频散和遥相关事件（如厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的远场效应）中所起的作用。本书首次将“有效位涡守恒”的概念系统地应用于分析平流层-对流层耦合的动力学，解释了高纬度突然升温事件（SSW）的能量传入机制。 第四部分：耦合系统与气候反馈机制 本书的最后部分，也是最核心的部分，聚焦于全球气候系统中的多圈层耦合机制。详细分析了水文循环、冰雪圈反馈、以及生物地球化学循环对气候系统稳定性的影响。我们超越了传统的辐射强迫概念，引入了“动力学气候敏感度”的概念，评估了由环流结构变化（如副热带高压带的北移）所驱动的气候响应。例如，书中对冰盖边缘的融化如何通过改变海平面梯度和科里奥利力分布，进而影响大洋经向翻转环流（AMOC）的长期趋势进行了详尽的动力学建模与讨论。 本书的特色在于其严格的数学推导、丰富的案例研究（均来自最新的高分辨率地球系统模型）以及对物理机制的深入挖掘。它并非对现有知识的简单罗列，而是致力于建立一个统一的、能够解释从云顶到深海过程中能量与物质传输的动力学框架，是理解未来气候变化稳定性和可预测性的必备工具书。 --- 目标读者： 气候动力学、气象学、海洋物理学、地球系统科学、应用数学及环境工程领域的高级研究生、博士后研究员及资深科研人员。 关键词： 湍流混合，边界层耦合，中尺度涡旋，行星波，有效位涡，气候敏感度，海洋环流动力学。 ---
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