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页数:356

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出版时间:2002-10

价格:68.00元

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isbn号码:9787801444509

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蔚蓝之巅：大气科学与气候模拟的奥秘 书籍简介 《蔚蓝之巅：大气科学与气候模拟的奥秘》是一部深入探索地球大气层复杂机制、揭示气候系统演变规律的权威著作。本书旨在为大气科学、环境科学、地球物理学领域的研究人员、高级学生以及对全球气候变化深切关注的专业人士，提供一个全面、前沿且深入的知识框架。我们不再将大气视为一个静止的背景，而是将其描绘成一个充满活力、相互关联的巨大流体系统，其行为受到能量、动量和物质在不同尺度上交换的深刻影响。 本书的结构围绕大气科学的观测、理论、模拟和应用四大支柱精心构建。我们避免了对遥感技术或空间平台等特定工程手段的详细介绍，而是专注于驱动这些观测背后所依赖的基础科学原理。 第一部分：大气动力学的基石 本部分聚焦于驱动大气运动的根本物理定律。我们将从流体力学的基础出发，详细推导并阐释描述大气运动的纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations）在地球旋转参考系下的修正形式——原始方程组（Primitive Equations）。重点分析地转平衡（Geostrophic Balance）、梯度风平衡（Gradient Wind Balance）以及科里奥利力（Coriolis Force）在宏观环流中的关键作用。 随后，我们将进入垂直运动的讨论。气块的上升与下沉，是形成天气现象（如云、降水和对流）的核心机制。本书详述了静力平衡（Hydrostatic Balance）的适用范围、热力学不稳定性的判据（如查普曼准则、浮力频率），并引入了位势涡度（Potential Vorticity）这一描述大气中物质输送和涡旋维持的核心保守量。通过对涡度方程的深入解析，读者将能理解中纬度气旋的生成、发展与衰亡过程，以及其与急流（Jet Streams）的紧密耦合关系。 第二部分：热力学、辐射与水循环 大气的能量收支是驱动整个气候系统的引擎。本部分细致剖析了大气热力学。内容涵盖了气体定律、等温线与绝热线，以及湿空气过程中的相变物理学——包括云凝结核的作用、凝结潜热的释放如何影响大气的稳定性。我们详细探讨了Clausius-Clapeyron 关系在水汽饱和度计算中的精确应用，以及水汽在不同高度和温度下的行为差异。 辐射传输是连接太阳能输入与地球能量平衡的关键环节。本书深入探讨了短波辐射（太阳辐射）和长波辐射（地球热辐射）在大气中的吸收、散射和透射过程。我们将构建简化的辐射模型，解释温室效应的微观物理基础——特定气体（如水汽、二氧化碳、甲烷）对长波辐射的吸收谱带特性。同时，我们也将讨论气溶胶（Aerosols）作为散射和吸收介质对辐射平衡的复杂影响。 水循环部分，则着重于水在不同圈层间的迁移和相变。从地表蒸发到大气输送，再到降水效率的计算，本书提供了基于微物理学的降水参数化方案的理论基础，而非仅仅停留在宏观降水量的统计描述上。 第三部分：天气系统与中尺度现象 本部分将理论知识应用于实际的天气系统分析。我们将剖析中纬度温带气旋（Extratropical Cyclones）的生命周期，阐述锋面（Fronts）的形成、结构与天气影响。重点内容包括对锋生（Frontogenesis）理论的详尽阐述，它解释了斜压性（Baroclinicity）如何集中能量并在特定区域快速发展出强烈的垂直环流。 对于热带地区的系统，本书深入研究了热带气旋（Tropical Cyclones）的触发机制、强度维持的能量循环（如开尔文波和马登-朱利安振荡的影响），以及其内部结构——眼墙、对流带的动力学特征。我们详细分析了潜在热能（CAPE）、垂直风切变等关键环境参数如何决定热带扰动的组织化程度。 此外，本书还专门开辟章节讨论中尺度对流系统（MCS），如飑线（Squall Lines）和超级单体风暴（Supercells）的动力学。这部分内容侧重于浮力与剪切力的相互作用，探讨了如何通过环境场的特征来预估强对流天气的潜能。 第四部分：气候系统与长期演变 本部分将视野从短期天气推向长期气候尺度。我们首先界定气候与天气的区别，引入气候平均态的概念，并解释如何通过统计方法来识别气候中的变率（Variability）和变化（Change）。 重点内容包括地球系统的耦合模式。我们探讨了大气、海洋、冰雪圈和生物圈之间的反馈机制。例如，海气相互作用如何通过ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）等现象影响全球气候的年际变率。本书对海洋环流的作用进行了深入的探讨，特别是大洋经向翻转环流（AMOC）对全球热量再分配的决定性影响。 最后，本书总结了气候变化研究的核心概念。我们讨论了辐射强迫（Radiative Forcing）的计算方法，以及如何利用古气候代理数据（Paleoclimate Proxies）来重建过去的气候状态，从而为现代气候变化提供更广阔的历史背景。本书强调，理解气候系统的非线性特征和临界点（Tipping Points）的潜在风险，是制定未来可持续发展策略的关键所在。 《蔚蓝之巅》旨在为读者提供一套坚实的、基于第一性原理的科学工具，用以理解我们所赖以生存的这颗蓝色行星大气层所蕴含的无穷魅力与深刻挑战。全书的论述严谨，图表丰富，力求在专业深度与可读性之间取得完美平衡。

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说实话，我原本以为这本关于“卫星工程”的书会是那种读起来让人昏昏欲睡的教科书类型，没想到它的叙事方式和组织结构竟然如此引人入胜，简直像一部高科技的侦探小说。作者的笔触非常灵动，他没有采用传统的技术手册那种僵硬的结构，而是构建了一个完整的“卫星生命周期”叙事线。从项目启动初期的需求定义，到地面测试的“魔鬼周”，再到发射场的最后准备，每一个阶段的挑战和权衡都被描绘得跌宕起伏。特别是描述卫星在振动测试台上如何模拟火箭发射的巨大冲击时，那种紧张感隔着书页都能感受到。更让我耳目一新的是，作者在讨论故障排查（Troubleshooting）的部分，引入了很多“如果当时你是我，你会怎么做”的模拟情景，这极大地锻炼了读者的应变能力。这本书的价值在于，它不仅教你“应该怎么做”，更重要的是，它教你理解“为什么必须这么做”，以及在资源受限的情况下，如何做出最优化的工程决策。对于我们这些渴望从理论走向实践的后辈来说，这简直是醍醐灌顶。

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这本《卫星工程》的作者显然是下了大功夫的，书里对卫星系统的各个组成部分做了极其详尽的剖析。光是看到前几章对轨道力学和姿态控制的讲解，我就感觉到作者的专业功底深厚。他没有停留在枯燥的公式堆砌，而是巧妙地结合了实际工程案例，把那些复杂的数学模型转化成了读者能够理解的物理概念。比如，在讲到如何精确计算卫星入轨的误差范围时，作者竟然能把几十年前早期的“先驱者”计划中的实际数据拿出来对比分析，这种纵深感让人印象深刻。更值得称赞的是，书中对于材料科学在极端空间环境下的应用进行了深入探讨，从耐辐射涂层到轻量化复合材料的选择标准，都给出了非常具体的参考指标，这对于正在做项目选型的工程师来说，简直就是一本“活字典”。我尤其喜欢其中一个章节，专门分析了热控系统在太阳同步轨道和地球同步轨道上的差异性设计思路，图表制作精良，对比鲜明，让人一目了然，远比我之前读过的几本教材要清晰得多。整体来看，这是一本理论扎实、实践指导性极强的专业参考书，阅读过程非常充实。

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我必须承认，我之前对很多涉及到软件和控制算法的部分抱持着怀疑态度，心想在纸质书上讲清楚复杂的实时操作系统和嵌入式软件架构，怕不是强人所难。然而，《卫星工程》在这方面的处理方式简直是教科书级别的巧妙。作者没有直接贴出上万行的代码，而是通过大量的流程图、状态机图和关键算法的伪代码来阐述逻辑。尤其是在讲解故障自检和冗余备份机制时，那种层层递进的逻辑推导，让人感觉仿佛坐在一个资深飞行软件工程师的身边，听他慢条斯理地拆解一个复杂的上电序列。他对“确定性”和“实时性”的追求，在代码结构的设计哲学上体现得淋漓尽致。这本书让我明白，一个看似简单的遥测指令背后，隐藏着多少对于时间延迟和资源调度的精密计算。对于那些想深入理解卫星核心“大脑”的读者来说，这部分内容价值千金，它成功地将晦涩的计算机科学概念落地到了太空严酷的物理现实中。

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这本书的视野开阔得超乎我的预期，它远不止于讲解卫星“如何被建造”的基础知识，而是将目光投向了整个航天生态系统的宏观层面。我原本关注的焦点主要集中在载荷和姿态控制模块，但读完后，我对星间链路通信协议以及数据安全加密标准的理解得到了质的飞跃。作者在谈论低轨星座部署时，不仅仅是计算了需要的卫星数量和轨道高度，还深入分析了频谱资源分配的国际政治博弈和法律限制，这简直是把工程学、国际法和经济学完美地揉合在了一起。我记得有一段关于“商业航天时代”的论述，作者冷静地分析了SpaceX等商业公司的崛起对传统政府航天机构带来的颠覆性影响，这种批判性思维贯穿始终，让人不得不重新审视我们对“工程成功”的定义。它不再仅仅是“卫星成功入轨”，而是如何用更低的成本、更快的迭代速度，去满足不断变化的市场和社会需求。这本书为我打开了一扇窗，让我看到了卫星工程背后复杂的商业和社会驱动力。

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这本书的排版和图示设计，是目前我读过的所有技术书籍中最为人性化的一本。很多专业书籍的插图往往是扫描自老旧的工程报告，模糊不清，难以辨认关键细节。但《卫星工程》的每一张示意图都经过了重新绘制和优化，线条清晰，标注准确，色彩运用的恰到好处，既不花哨，又能突出重点。比如，在描述推进剂分配系统时，那种三维的管路布局图，配合侧栏对不同推进剂（联氨与绿色推进剂）的性能对比分析，阅读体验极佳。此外，作者在每章的末尾都设置了一个“工程师的困惑”小结，用问答的形式回顾了本章中最容易产生误解的知识点，这极大地帮助了知识点的巩固和内化。整体来说，这本书不仅仅是一本知识的载体，更像是一位耐心的、经验丰富的导师，引导着读者一步步拆解卫星工程这座宏伟的迷宫。它的设计哲学似乎是：让学习过程本身，也成为一种享受。

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