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出版者:

作者:Li, Xiaofan

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页数:206

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价格:$ 168.37

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isbn号码:9781402082757

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• 气象学
• 云对流
• 数值模拟
• 高分辨率
• 大气科学
• 气象学
• 边界层
• 对流边界层
• 云物理
• 模式开发
• 科学计算

深度海洋环流：从地质记录到现代观测的综合研究 图书简介 本书深入探讨了地球深层海洋环流的复杂机制、驱动因素及其在地球气候系统中所扮演的关键角色。我们聚焦于那些塑造了数千年乃至数万年尺度的水团运动、热量与物质输送的宏大过程，旨在提供一个跨学科的、集地质证据、观测数据与数值模拟于一体的综合视图。 第一部分：基础理论与历史回顾 第一章：深海动力学的基本框架 本章首先建立理解深海环流所需的物理海洋学基础。我们将详尽阐述密度驱动的流体动力学原理，重点剖析埃克曼输运、地转平衡、布格-泰勒拉普拉斯（Taylor-Proudman）定理在深海尺度上的适用性与局限性。随后，我们将引入热盐环流（Thermohaline Circulation, THC）的核心概念，区分其在垂直尺度和水平尺度上的表现形式。对海洋内部的摩擦力、科里奥利力的作用机制进行数学描述，为后续章节的复杂模型分析打下坚实基础。 第二章：深海环流的历史演变：从理论构想到观测革命 追溯海洋学史上对深海运动的认识过程。从19世纪末早期对大洋深处水团来源的猜测，到20世纪中期韦克斯勒（Wüst）对北大西洋深层水（NADW）的经典论述，再到拉格朗日示踪技术（如追踪深海浮标和深层水团的年龄测定）的引入，本章梳理了关键的历史性实验和理论突破。特别关注深海溶解性惰性气体、稳定同位素（如氧同位素$delta^{18}O$和$delta^{13}C$）如何被用作远古和现代深层水团“指纹”的分析方法，展示了地球化学示踪在揭示深海输运路径中的核心价值。 第二部分：深层水团的生成与动力学 第三章：北大西洋深层水（NADW）的形成机制与变率 NADW是全球热盐环流的核心驱动力之一。本章聚焦于其生成区域——格陵兰海、挪威海和拉布拉多海。我们将详细分析海冰形成、表面冷却和高盐度水下沉的物理化学过程。通过对“溢流区”（Overflow Regions）的观测数据进行分析，量化了冰岛-法罗峡道和丹麦海峡的流量变化。重点讨论过去数十年间NADW强度可能出现的减弱趋势，探讨其对北大西洋气候反馈的潜在影响，并引入对当前模型中对深层水形成过程参数化的批判性审视。 第四章：南大洋与环南极深层水（AABW） AABW是通向印度洋和太平洋深层的关键路径。本章描述了南大洋作为全球海洋“大泵”的枢纽地位。着重分析了极地冰盖融化、风场变化（特别是西风带的南移）如何影响深层水的生成与混合。我们将深入探讨深海上升流（Upwelling）的地理分布，阐明南大洋的强烈的湍流混合如何决定了深层水团的年龄和化学特性。采用浮标阵列数据，分析了深海对流和底界水（Bottom Water）的形成速率及其季节性变化。 第五章：深海湍流与混合过程 深海环流的动力学在很大程度上由局地化的湍流混合所控制，尤其是在海山、洋脊和大陆架边缘。本章探讨了内部重力波（Internal Gravity Waves）在斜坡区域的破碎机制，以及由此产生的湍流动能如何转化为热量和动量，驱动垂直混合。我们将介绍最新的声学多普勒流速剖面仪（ADCP）和基于微尺度运动测量技术（如剪切仪）的观测结果，量化混合系数的垂直和水平变化，并将其与大尺度地转流场联系起来。 第三部分：全球尺度耦合与气候反馈 第六章：深海环流与冰期-间冰期气候变率 本章将深海环流置于更新世气候变化的宏大背景下进行考察。通过分析深海沉积物岩芯中记录的碳同位素$delta^{13}C$和稀土元素（REEs）信号，我们重建了过去数个冰期-间冰期周期中深海环流的强度和重组事件（如Heinrich事件）。讨论了冰盖膨胀和海平面下降如何通过改变海陆边界条件和水团密度，显著影响深层水流出路径和全球热量分配。重点分析了深海碳储存库在冰期气候变化中的反馈作用。 第七章：深海热量、盐分和碳的输运 深海是地球上最大的热量和碳的缓冲器。本章量化了深层环流在贯穿全球海洋盆地过程中对热量和盐分的总输运能力。我们利用全球温盐观测系统（Argo BGC及其深层扩展计划）的数据，评估了深层水团的“年龄”对溶解氧、营养盐和生物可利用碳（如溶解无机碳DIC）的再分配效应。深入探讨深海对工业革命以来大气$ ext{CO}_2$增加的吸收能力及其潜力的限制因素，包括深海氧化速率和混合效率。 第八章：模型模拟的挑战与未来展望 本章对当前主流的全球海洋环流模型（GCMs）在解析深海过程方面的能力进行评估。讨论了当前模型在分辨率、物理参数化（特别是垂直混合和底层过程）方面的不足。提出了提高深海模拟精度所需的关键观测约束，包括长期、高精度的海底观测网络建设，以及发展能够解析亚中尺度过程的下一代高分辨率模型。最后，展望了深海环流研究在理解未来气候情景（如加速冰盖融化和深海酸化）中的关键作用。 结论： 本书汇集了跨越物理、地球化学、地质学和气候科学的前沿研究成果，旨在为研究人员、研究生以及政策制定者提供一个关于地球深海“隐形引擎”的全面且深入的理解。我们强调，只有整合地质学上的长期视角、高精度现代观测，以及先进的数值模拟，才能真正掌握深海环流在塑造我们星球环境中的核心地位。

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拿到《Cloud-Resolving Modeling of Convective Processes》这本书，我立刻被它深邃而又充满活力的封面所吸引，仿佛预示着一场关于大气奥秘的探索之旅即将展开。作者以一种循序渐进的方式，将“云分辨模型”这一复杂的概念娓娓道来。我尤其对书中关于如何处理模型中的非均一性，比如温度、湿度以及风场的垂直变化，感到印象深刻。作者并不回避模型在处理复杂地形、海陆边界等情况下可能遇到的挑战，并详细阐述了相应的解决方案。我从书中了解到，云分辨模型之所以强大，在于它能够解析尺度比大气变量特征尺度更小的现象，从而更真实地模拟出局地性的强对流。书中关于模型对降水粒子大小分布、降雨率以及雷达反射率模拟的讨论，都与实际观测紧密联系，让我感受到了科学研究的实践性。这本书不仅仅是理论的堆砌，更是对如何利用前沿数值方法解决实际气象科学问题的深刻洞察。

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初次接触《Cloud-Resolving Modeling of Convective Processes》这本书，我就被其严谨的学术态度和对细节的极致追求所打动。作者在书中并没有仅仅停留在理论层面，而是深入探讨了“云分辨模型”在实际应用中的各种挑战和解决方案。我尤其对书中关于如何处理模型中的“次网格过程”感到惊叹，例如那些无法直接解析的湍流混合、云滴的碰并等，作者通过各种巧妙的参数化方案，将其有效地纳入到模型计算中。让我感到受益匪浅的是，书中对不同模型在模拟例如对流边界层、锋面性对流等不同类型对流时的表现进行了详尽的比较分析。书中穿插的大量图表，例如不同模式对上升气流强度和分布的模拟对比，以及对降雨分布的模拟结果，都极大地增强了内容的直观性和说服力。这本书让我对数值模拟在理解大气动力学和微物理过程中的关键作用有了全新的认识。

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这本书给我最深刻的印象，是它对于“云分辨模型”这一概念的深度挖掘和清晰呈现。作者并没有直接跳入复杂的数学推导，而是首先构建了一个扎实的理论基础，让我们理解为什么需要云分辨模型，以及它在研究积雨云等对流过程中所扮演的关键角色。我特别喜欢书中关于不同尺度模型分辨率下，对流过程模拟差异的详细对比。从早期粗分辨率模型只能模拟大尺度环流，到如今云分辨模型能够解析细微的上升和下降气流，这种技术进步的历程被描绘得淋漓尽致。作者在书中对数理方程的推导，并非生搬硬套，而是紧密结合物理过程的讲解，让我能够理解每一个公式的由来和其在模型中的意义。我印象最深刻的是，书中关于如何处理云中相变过程对动力学影响的章节，它将微物理和动力学过程巧妙地联系起来，展现了大气运动的复杂性。这本书不仅为我提供了理论知识，更启发了我对数值模拟在理解地球系统各个组成部分相互作用的深刻思考。

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阅读《Cloud-Resolving Modeling of Convective Processes》这本书，让我深刻体会到了现代数值模型在理解和预测大气复杂现象方面的强大力量。作者在书中对于“云分辨模型”的定义和优势进行了清晰的阐述，它能够直接解析尺度小至几公里甚至更小的对流过程，这是传统参数化模型无法企及的。我特别欣赏书中关于如何处理云中相变过程对动力学影响的讨论，例如潜热释放对上升运动的加强作用，以及水滴和冰晶的形成、增长和融化过程。书中对例如“垂直螺旋度”、“涡度通量”等概念的讲解，以及它们与对流发生发展之间的联系，都让我对暴雨、龙卷风等极端天气有了更深层次的理解。让我感到兴奋的是，作者还探讨了如何利用同化技术，将实际观测数据融入到云分辨模型中，以提高模拟的准确性。这本书不仅是一本关于模型的指南，更是对如何利用先进计算科学工具探索地球系统的深刻反思。

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在翻阅《Cloud-Resolving Modeling of Convective Processes》这本书时，我立刻被其严谨的学术风格和精美的排版所吸引。书名本身就预示着它将带领读者深入到大气对流的“云分辨”层面，这对于我这样对细节充满好奇的人来说，无疑是巨大的诱惑。作者在书中对于不同类型的对流过程，如热力对流、动力对流等，以及它们在不同地理环境下的表现，进行了详尽的分析。我特别欣赏书中关于模型误差来源及其量化评估的章节，它让我们了解了数值模拟并非完美无缺，而是需要不断地进行检验和改进。书中对例如“自由对流”、“强制对流”等概念的界定，以及它们如何影响云的垂直发展，都讲解得非常透彻。我从中了解到，即使是看似简单的雷暴，其内部的能量传输和物质交换过程也是异常复杂。这本书不仅仅是关于模型的介绍，更是关于我们如何利用模型这一强大的工具，去理解和预测这些极具破坏力的自然现象。

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初拿到《Cloud-Resolving Modeling of Convective Processes》这本书时，我的第一反应是它似乎会是一本充斥着晦涩数学公式和复杂编程代码的艰深读物。然而，真正开始阅读后，我惊喜地发现，作者以一种异常清晰且富有逻辑性的方式，将“云分辨模型”这一相对前沿且技术性极强的领域，展现在了我的面前。书中对于不同尺度分辨率下数值模型表现的对比分析，以及如何权衡计算成本与模拟精度，让我对模型选择和构建有了更深刻的理解。尤其是关于如何处理边界条件以及初始场设置对模型结果影响的探讨，这些细节往往是决定模拟成败的关键。作者通过丰富的案例研究，比如针对热带气旋发展中对流过程的模拟，清晰地展示了云分辨模型在解决实际科学问题上的强大能力。我尤其对其中关于如何评估和改进模型对降雨强度、降雨类型（如雷暴、阵雨）模拟准确性的章节印象深刻，这对于气象预报和灾害预警具有直接的指导意义。这本书不仅满足了我对这一领域基础知识的渴求，更激发了我对进一步探索数值模拟在地球科学中应用的热情。

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《Cloud-Resolving Modeling of Convective Processes》这本书，以一种极其精妙的方式，将复杂的大气对流过程展现在了我的眼前。作者在书中对于“云分辨模型”的介绍，不仅仅是技术性的罗列，更是对科学问题本质的深入剖析。我特别欣赏书中关于如何处理模型中各种非线性方程组的求解方法，以及它们在模拟积雨云发展过程中的实际应用。让我印象深刻的是，作者还探讨了云分辨模型在研究例如“飑线”、“超级单体”等复杂对流系统时的局限性，以及如何通过改进模型设计来克服这些挑战。书中对“守恒定律”在模型构建中的重要性以及如何保证其在数值计算中的实现，都讲解得非常透彻。让我感到兴奋的是，作者还讨论了模型在预测例如冰雹大小、降雹概率等具体灾害性天气事件方面的应用潜力。这本书不仅为我打开了通往数值模拟世界的大门，更激发了我对进一步探索大气科学前沿问题的浓厚兴趣。

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一直以来，我对大气科学中的对流过程都充满好奇，尤其是那些短暂而又威力巨大的雷暴天气，其背后的动力学和热力学机制总是显得扑朔迷离。当我开始阅读《Cloud-Resolving Modeling of Convective Processes》时，我立刻被它所吸引。这本书并非仅仅停留在理论层面，而是将理论与实际的数值模拟紧密结合。作者在书中详细阐述了“云分辨模型”这一概念，并清晰地说明了它与传统参数化方案的根本区别——直接解析对流尺度上的运动。我尤其对书中关于上升和下降气流的动力学过程，以及它们如何相互作用、最终形成垂直发展的积雨云的描述感到兴奋。作者还探讨了模型如何处理地形对对流发展的影响，以及海陆交界处可能出现的特殊对流现象。书中对模拟结果的验证和评估部分，让我看到了科学研究的严谨性，作者不仅展示了模型的强大之处，也坦诚了其存在的局限性，并指出了未来改进的方向。这本书让我对数值模型在理解和预测剧烈天气方面有了全新的认识。

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这本书给我带来的冲击，远远超出了我对一本专业学术著作的预期。作者在开篇就抛出了一个极具挑战性的问题：如何才能精确地模拟出如暴雨、冰雹等剧烈天气现象背后的复杂对流过程？而《Cloud-Resolving Modeling of Convective Processes》的核心，正是围绕着“云分辨模型”这一强大工具展开的。我发现，书中对于不同分辨率模型在捕捉对流尺度细节方面的差异，进行了详尽的论述。它不仅仅是罗列模型公式，而是深入到物理机制的层面，比如湿静力平衡假设在不同尺度下的适用性，以及如何通过数值方法去解决这些非线性问题。让我尤为着迷的是，作者花费了大量的篇幅来讲解云微物理过程的参数化方案，从最基础的帕隆-坎宁安方案到更复杂的双参数方案，并对其各自的优劣进行了深入的剖析。书中穿插的图表，如不同模型对降雨谱模拟的对比，以及雷达回波模拟的视觉呈现，都极大地增强了内容的直观性和说服力。我仿佛跟随作者的笔触，一步步地构建起一个能够“看见”云内部运作的虚拟实验室。

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这本书的封面设计就充满了力量感，深邃的蓝色背景，点缀着几笔跳跃的白色线条，仿佛将我对流体动力学和大气科学的想象空间瞬间拉满。当我翻开第一页，映入眼帘的便是对“云分辨模型”这一概念的严谨定义，以及它在理解和预测积雨云这类剧烈对流过程中的核心地位。作者并没有急于展示模型本身的复杂算法，而是从宏观的科学问题出发，逐步深入到微观的物理机制。读到关于卷云生成过程中微物理过程的详细阐述时，我仿佛置身于冰晶碰撞、水汽凝结的微观世界，那种精细到每一个粒子运动轨迹的描述，让我对云的形成有了前所未有的认知。书中对不同尺度模型参数化的讨论更是点睛之笔，它揭示了如何将那些无法直接解析的次网格尺度过程，通过巧妙的参数化方案“喂养”给模型，使其能够模拟出更真实的云体演变。我特别欣赏作者在章节结尾处，都会引用大量最新的研究文献，并对未来研究方向提出独到的见解，这不仅为我指明了进一步学习的路径，也让我感受到了科学研究的蓬勃生命力。这本书不只是关于模型，更是关于我们如何通过模型去探索和理解大自然中最令人敬畏的现象之一。

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