Remote Sensing of the Lower Atmosphere pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford University Press

作者:Graeme L. Stephens

出品人:

页数:523

译者:

出版时间:1994

价格:0

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isbn号码:9780195081886

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• 大气遥感
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• Lower Atmosphere
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《云雾缭绕：低层大气光学现象与探测》 引言 低层大气，那片贴近我们日常生活的广袤空间，是天气变化最活跃的舞台，也是诸多令人着迷的自然现象的发源地。从清晨弥漫的薄雾，到傍晚绚烂的晚霞，再到雨后划破天际的彩虹，这些光学现象不仅为我们的世界增添了色彩与诗意，更蕴含着丰富的物理信息，揭示着大气中水汽、粒子和光线相互作用的奥秘。本书《云雾缭绕：低层大气光学现象与探测》旨在深入探索这些壮丽奇观背后的科学原理，并介绍现代探测技术如何帮助我们理解和监测它们。本书并非对遥感技术的详尽技术手册，而是侧重于光学现象本身及其与大气物理过程的紧密联系，为读者提供一个全面而生动的视角。 第一章：光线在大气中的旅程 任何光学现象的发生，都离不开光线的传播。太阳光，作为我们最主要的光源，在大气中传播时并非一帆风顺。本书的第一章将从基础的光学原理出发，阐述光线的直线传播、反射、折射和散射等基本定律。我们将重点介绍米氏散射和瑞利散射这两种对大气光学现象至关重要的散射机制。瑞利散射解释了天空为何呈现蓝色，以及日出日落时为何会变红，它主要与大气中微小分子的尺寸和光的波长有关。而米氏散射则与大气中更大尺寸的粒子，如水滴、冰晶和气溶胶颗粒相关，它对可见光的所有波长都有显著影响，是云、雾、霾等现象光学特性的关键。本章还将讨论大气折射的效应，例如海市蜃楼的形成，以及太阳和月亮的视位置与实际位置的差异。理解光线在大气中的行为，是理解一切光学现象的基础。 第二章：水汽的魔术：云与雾的形成与光学特性 云和雾是低层大气中最常见也最具影响力的光学现象。它们本质上都是由微小的水滴或冰晶组成的悬浮物。本章将深入剖析云和雾的形成过程，从水汽的凝结机制、过饱和度、凝结核的作用，到不同类型云的形成条件和结构。我们将详细讨论不同云层高度、厚度和液态水含量对光的散射和吸收能力的影响。 云的分类与光学特征：从高卷云的纤细透明，到浓密的积雨云的黑暗压抑，不同云类的光学特征差异巨大。我们将介绍基本的云分类系统，并关联不同云类型在视觉上呈现出的亮度、颜色和透明度。例如，薄云散射较少，太阳或月亮的光线能穿透，形成晕圈或虹彩；而厚重的云层则会反射大部分太阳辐射，阻挡阳光，导致地面阴影。 雾的形成与消散：雾的形成机制与云类似，但发生在近地面。我们将区分辐射雾、蒸发雾、锋面雾和地形雾等不同类型，并分析它们在不同气象条件下的演变过程。雾对可见光有强烈的散射作用，导致能见度急剧下降，这不仅影响交通运输，也对地面的光照强度产生重要影响。 水滴与冰晶的光学效应：云滴和冰晶的形态、尺寸分布以及相态（液态或固态）对光的衍射、反射和折射有直接影响。本书将解释为什么我们有时在云层中看到彩虹，以及冰晶可能形成的各种光学现象，如幻日、日晕、月晕等。这些现象的形成，是水滴或冰晶与太阳或月光相互作用的精妙展现。 第三章：气溶胶的调色板：大气粒子与散射、吸收 除了水汽，大气中还悬浮着种类繁多的固体或液体颗粒，统称为气溶胶。这些颗粒的尺寸、形状、成分和浓度，对大气光学特性有着至关重要的影响。本章将聚焦于气溶胶在低层大气中的作用。 气溶胶的来源与类型：我们将探讨自然来源（如火山爆发、森林火灾、扬尘、海洋浪花）和人为来源（如工业排放、交通尾气、燃烧）的气溶胶，并介绍其常见的类型，如硫酸盐、硝酸盐、有机碳、黑碳、矿物尘埃等。 气溶胶的光学效应：气溶胶粒子，其尺寸往往与可见光波长相当，因此对光的散射和吸收都非常显著。我们将详细分析不同尺寸和成分的气溶胶对可见光、近红外和紫外辐射的散射和吸收谱。例如，黑碳颗粒具有强的吸收能力，会使大气变暗，并吸收太阳辐射加热大气；而硫酸盐颗粒则主要起到散射作用，可能对云的形成和地球辐射平衡产生影响。 霾与能见度：霾作为一种常见的大气污染现象，其主要成分就是气溶胶。本章将阐述霾的形成机制，以及它如何通过散射和吸收光线，显著降低大气能见度，并改变天空的颜色，使其呈现出灰白或黄褐色。我们将讨论气溶胶浓度、湿度、温度等因素如何共同作用，形成不同程度的霾。 第四章：色彩的盛宴：彩虹、晕、霞与大气光学的视觉奇观 在理解了光线、水汽和气溶胶的基本作用后，本章将把焦点转向这些元素共同作用下产生的令人惊叹的视觉现象。 彩虹的成因：本书将详细解释彩虹的形成原理，包括太阳光经过雨滴内部的反射和折射。我们将探讨不同类型的彩虹，如主虹、副虹，以及它们的颜色顺序和亮度差异。此外，还将介绍“虹”（Brocken spectre）和“塔啶”（Glory）等与彩虹类似但成因略有不同的光学现象。 晕、华、霞的奥秘：我们将深入探究由冰晶或水滴引起的光学现象，如太阳或月亮周围出现的彩色光环（晕）、彩色圆弧（华）以及日晕、月晕的不同类型。我们将解析这些现象中色彩的排列顺序，以及它们与大气中冰晶的形状和大小的关系。此外，本书还将讨论日出日落时天空呈现出的绚烂色彩，即霞，分析其形成过程中，光线如何被大气中的粒子散射和吸收，以及不同大气条件如何影响霞的色彩变化。 大气辉光与极光：在特定条件下，低层大气还会出现发光的现象，如黄昏时分天空中残留的余晖（大气辉光），以及在高纬度地区才可能观测到的壮丽极光。本书将简要介绍这些现象的物理成因，尽管极光主要发生在较高的大气层，但其产生的光学效应仍与我们关注的低层大气环境相互关联。 第五章：洞察幽灵：探测低层大气光学现象的方法 认识这些光学现象的本质，离不开科学的探测和观测。本章将概述一些常用的探测低层大气光学特性的方法，但将避免深入的技术细节，而是侧重于这些方法如何帮助我们理解光学现象。 地面观测与仪器：介绍传统的地面观测方法，如能见度计、测云仪、气象站以及摄影记录等，这些最直接的方式为我们提供了光学现象的直观证据。 遥感技术的初步认识：虽然本书并非一本遥感技术手册，但我们将简要介绍一些与低层大气光学现象探测相关的遥感原理。例如，如何利用可见光、近红外和红外波段的卫星或航空遥感数据，来推断云的厚度、水汽含量、气溶胶的分布和光学厚度。我们将提及基于光的散射和吸收原理的反演方法，以及它们如何帮助我们绘制出大气中光学特性的“地图”。 激光雷达（Lidar）与探测：激光雷达作为一种强大的主动遥感技术，在探测低层大气中的气溶胶和云方面发挥着重要作用。本章将简要阐述激光雷达的工作原理，说明它如何通过发射激光脉冲并测量返回信号的强度和时间，来区分不同的大气成分，例如气溶胶层、云层的高度和密度，以及低层大气中的湿度和温度廓线。这些信息直接关联着光学现象的发生和演变。 其他探测手段：还将简要提及其他辅助性的探测手段，如探空气球、飞机观测等，它们能够提供更精细化的垂直廓线数据，为理解低层大气光学现象提供支持。 结论 《云雾缭绕：低层大气光学现象与探测》一书，带我们一同踏上了一场探索低层大气奥秘的旅程。我们从光线在大气中的基本行为出发，逐步深入到云、雾、气溶胶等关键要素如何塑造我们所见的世界。本书旨在揭示这些看似寻常却又充满诗意的光学现象背后的科学原理，并介绍现代科技如何帮助我们更好地理解它们。通过对这些现象的学习，我们不仅能更深刻地欣赏大自然的鬼斧神工，更能认识到低层大气作为地球气候系统的重要组成部分，其光学特性的研究对于天气预报、气候变化监测以及环境保护具有不可估量的价值。本书所呈现的内容，是一个关于光、水、尘与天空交织而成的壮丽画卷，等待着每一位对自然充满好奇的读者去细细品味。

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说实话，我抱着很大的期望去阅读这本“大气遥感”领域的巨著，毕竟市场上的同类书籍大多停留在基础概念的阐述上，难以深入。这本书给我的惊喜在于它对“不确定性量化”的执着。在讨论如何从观测信号反演大气参数时，作者花费了近乎三分之一的篇幅来探讨误差来源、误差传播模型以及贝叶斯推断在减少反演偏差中的关键作用。这种对科学严谨性的极致追求，让这本书的学术价值立刻拔高了一个层次。我尤其欣赏它对拉格朗日观测和欧拉拉观测数据融合策略的分析，这在处理快速变化的大气现象时至关重要。书中对傅里叶变换在高光谱分辨率光谱分析中的应用解析得非常透彻，即便是对信号处理不那么精通的读者，也能大致领会其核心思想。它不仅仅告诉你“怎么做”，更让你深思“为什么这样做最合理”。这本书更像是一份同行间的深度对话录，充满了专业术语，但注释和图解的质量极高，确保了信息的准确传递，让读者在每一次翻阅时都能有新的感悟和发现。

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这本书的装帧和排版透露着一种低调的精英气质，内容更是如此。我主要被其中关于低层大气能见度与气溶胶光学厚度（AOD）反演的章节所吸引。作者没有简单地罗列常用的辐射传输模型，而是深入剖析了不同模型在计算大气校正因子时的计算复杂度与实际精度之间的权衡。例如，对于城市峡谷中多重散射现象的建模，书中提出了一种基于蒙特卡洛模拟的优化算法，其计算效率相较于传统离散方法有了显著提升。这种兼顾理论前沿与工程实践的叙事方式，非常对我的胃口。书中穿插的那些历史回顾部分也颇具匠心，比如回顾了早期使用太阳光度计进行AOD测量的历程，使得读者能清晰地看到现代遥感技术是如何一步步克服环境噪声和大气衰减挑战的。读完后，我感觉自己对影响能见度的微小颗粒物有了更深层次的“触觉”，仿佛能通过书本上的公式“看透”那些肉眼不可见的雾霾粒子是如何影响光线的传播路径的。

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这本书的封面设计充满了严谨的科学气息，那种深邃的蓝色调和精密的图表布局，立刻让人联想到高空大气层那瞬息万变的复杂性。我是在寻找关于云层形成和气溶胶散射机制的深度资料时偶然翻到它的。最初的几章，作者用一种近乎诗意的笔触描绘了电磁波穿过对流层时所经历的“旅行”，那种将抽象的物理定律具象化的能力非常出色。例如，他们详细阐述了拉曼散射在探测低层大气中水汽廓线时的精妙应用，远比我之前读过的任何教科书都要直观和深入。尤其值得称赞的是，书中对不同遥感波段（从微波到可见光）在区分不同高度云层微物理特性方面的权衡分析，提供了非常实用的工程指导。当然，对于完全的初学者来说，开篇的数学推导可能会略显陡峭，需要一定的背景知识支撑，但一旦跨过这个门槛，接下来的内容简直是打开了一扇通往大气观测前沿的大门。它不仅仅是理论的堆砌，更像是一份详尽的野外工作手册，将复杂的算法和实际观测数据的处理流程穿插得天衣入水，让人感觉作者是带着读者亲身在气象站进行数据采集和分析。这本书无疑是为那些希望从“看到云”到“理解云的物理构造”的进阶学习者准备的重量级著作。

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这本书的篇幅相当可观，但阅读体验却出奇地流畅，这得益于作者在章节组织上的大师级功力。我特别关注了其中关于地表能量平衡反馈机制的章节，书中通过大量的案例研究，剖析了城市热岛效应如何通过改变边界层湍流结构，进而影响上层大气中污染物扩散的负面循环。那些关于地表反照率变化对辐射收支的长期影响的讨论，数据翔实且论证严密，充满了说服力。相较于很多只关注单一传感器的专著，这本书的优势在于其宏观的系统性视角，它将卫星遥感、地面雷达、探空气球等多种观测手段的优势和局限性进行了巧妙的整合对比。有一段关于边界层高度日变化模式的讨论，作者引用了三十年来不同季节在特定纬度地区的统计数据，并辅以动态模型模拟的结果，形成了一个立体化的认知框架，这对于从事区域气候模拟的研究人员来说，简直是宝库。唯一的小遗憾是，某些章节对新型量子级联激光器在痕量气体反演中的应用介绍略显保守，似乎更侧重于成熟技术，但瑕不掩 গুণে，整体而言，它为我们理解大气如何作为一个动态系统运作，提供了坚实的基础。

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阅读《Remote Sensing of the Lower Atmosphere》的体验，更像是一次对大气边界层物理学的深度沉浸式学习。这本书最吸引我的地方在于它对数据同化技术的详尽介绍，特别是将实时遥感数据有效地嵌入到数值天气预报模型（NWP）中的方法论。作者没有回避数据同化中常遇到的“冷启动”问题和模型与观测数据在时空尺度上的不匹配性，反而提供了数种成熟的变分同化（如3D-Var和4D-Var）在低层大气廓线修正中的应用实例。这些实例的细节丰富到令人惊叹，从观测算子的构建到伴随矩阵的求解，每一步都解析得井井有条。对于任何从事中尺度气象预报或环境空气质量预报的人来说，这本书提供的工具集是无价的。它不仅仅是关于“遥感”本身，更是关于如何利用遥感这个强大的“眼睛”去驱动和改进我们理解和预测大气运动的“大脑”。这本书的知识密度非常高，建议配合计算资源和专业的软件环境进行学习，才能真正发挥其最大的价值。

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