大氣輻射：含典型案例的入門教程 [Atmospheric Radiation A Primer With IIIustrative Solutions] 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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Jim，Coakley，Ping，Yang 著，劉超，銀燕 譯

圖書標籤:

• 大氣輻射
• 輻射傳輸
• 大氣科學
• 氣象學
• 物理學
• 環境科學
• 遙感
• 氣候學
• 入門教程
• 典型案例

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040485011

版次：1

商品編碼：12214251

包裝：平裝

叢書名： 全球變化與地球係統科學係列

外文名稱：Atmospheric Radiation A Primer With IIIustrative Solutions

開本：16開

齣版時間：2017-10-01

用紙：膠版紙

內容簡介

　　大氣輻射不僅是驅動地球天氣、氣候的能量源，更是氣象探測和遙感的信息源，作為大氣科學的基礎內容，有廣泛的研究和應用價值。
　　《大氣輻射：含典型案例的入門教程》基於作者在美國多年講授大氣輻射課程的經驗和相關科研成果，旨在為初學者提供一本通俗易懂的大氣輻射教程，通過生動形象的推理和講解，在盡量避免復雜數學公式的同時，全麵地介紹輻射在大氣中發射、散射和吸收的過程。
　　《大氣輻射：含典型案例的入門教程》主要內容：
　　地球能量收支和氣候變化
　　輻射和輻射源
　　地球大氣中的輻射傳輸
　　輻射傳輸方程的解
　　大氣分子吸收
　　地球大氣和地錶對太陽輻射的吸收
　　發射輻射的簡化計算

作者簡介

　　Jim Coakley，自1972年加入美國國傢大氣研究中心（NCAR）高等研究計劃，開始從事大氣科學研究。1988年加入美國俄勒岡州立大學，任地球海洋和大氣科學學院榮譽教授。主要緻力於氣候變化問題的研究，尤其是氣溶膠和雲特性的衛星遙感以及它們對地球係統能量收支和氣候的影響。
　　
　　Ping Yang，美國得剋薩斯A&M;大學大氣科學係係主任、教授，地球科學學院David Bullock Harris講座教授.美國地球科學學會、美國氣象學會、美國光學學會會士。主要從事雲和氣溶膠光學特性及輻射效應的理論研究.將這些粒子的輻射特性應用到瞭捲雲、混閤相態雲以及大氣氣溶膠的衛星遙感和地基遙感研究中，並以此來評估粒子形狀對雲和沙塵的輻射特性以及對地球輻射收支係統的影響。
　　
　　劉超，南京信息工程大學大氣物理學院教授、博士生導師，中國氣象局氣溶膠與雲降水重點開放實驗室副主任。2013年取得美國得剋薩斯A&M;大學博士學位，師從本書作者PingYang教授。主要研究方嚮為大氣輻射傳輸、粒子散射、雲和氣溶膠的衛星遙感。於2017年榮獲Elsevier齣版社和Journal of Quantitative Spectroscopy and Rodiotive Transfer聯閤頒發的Peter C.WatermanAward，及中國氣象學會頒發的第十七屆塗長望青年氣象科技奬。
　　
　　銀燕，南京信息工程大學大氣物理學院教授、博士生導師，中國氣象局氣溶膠與雲降水重點開放實驗室主任。主要研究方嚮為雲降水物理、氣溶膠理化特性及其環境、氣候效應。曾被評為江蘇省“333高層次人纔培養工程-首批中青年科技領軍人纔，並獲得江蘇省”六大人纔高峰“計劃資助。榮獲”江蘇省教學名師“稱號和江蘇省五一勞動奬章。

內頁插圖

目錄

前言
參考文獻

第1章 地球能量收支和氣候變化
1．1 引言
1．2 大氣的輻射加熱
1．3 全球能量收支
1．4 灰窗近似和溫室效應
1．5 氣候敏感度和氣候反饋
1．6 輻射時間常數
1．7 地球大氣成分
1．8 輻射與地球平均溫度廓綫
1．9 輻射加熱的空間分布與環流
1．10 小結和展望
習題
參考文獻

第2章 輻射和輻射源
2．1 光的電磁波屬性
2．2 振蕩偶極子的輻射、輻亮度和輻射通量密度
2．3 輻射計
2．4 黑體輻射：光的量子屬性
2．5 入射太陽輻射
習題
參考文獻

第3章 地球大氣中的輻射傳輸
3．1 消光截麵
3．2 散射截麵和散射相函數
3．3 光散射基本原理
3．4 輻射傳輸方程
3．5 太陽和地球輻射的輻射傳輸方程
習題
參考文獻

第4章 輻射傳輸方程的解
4．1 引言
4．2 輻射傳輸方程的形式解
4．3 熱輻射的解
4．4 紅外輻射通量密度與加熱率
4．5 散射和吸收的形式解
4．6 單次散射近似
4．7 輻射傳輸方程的傅裏葉分解
4．8 勒讓德級數錶徵和愛丁頓近似
4．9 在愛丁頓近似中增加大氣層
4．10 在愛丁頓近似中加入反照率非零的錶麵
4．11 紅外輻射中的雲
4．12 直接輻射和漫射輻射的分離（選讀）
4．13 在愛丁頓近似和二流近似中分離漫射輻射和直接輻射（選讀）
4．146 愛丁頓近似（選讀）
4．15 離散縱標法和DISORT（選讀）
4．16 纍加一倍加法（選讀）
4．17 濛特卡羅模擬（選讀）
習題
參考文獻

第5章 大氣分子吸收
5．1 光譜平均透過率
5．2 分子吸收譜
5．3 轉振帶內吸收綫的位置和強度
5．4 吸收綫的綫形
5．5 多普勒增寬和沃伊特綫形
5．6 單條弱吸收綫的平均吸收率
5．7 單條壓強增寬強吸收綫的平均吸收率
5．8 非均勻路徑大氣的吸收
5．9 無重疊吸收綫的帶平均透過率
5．10 含重疊吸收綫平均透過率的近似計算
5．11 指數和擬閤法及相關k分布法
5．12 分子重疊吸收帶的處理
習題
參考文獻

第6章 地球大氣和地錶對太陽輻射的吸收
6．1 引言
6．2 對紫外綫和可見光的吸收
6．3 水汽對太陽輻射的吸收
習題
參考文獻

第7章 發射輻射的簡化計算
7．1 引言
7．2 CO2在15μm吸收帶的發射
7．3 CO2加倍對發射輻射通量密度的影響
7．4 CO2濃度加倍引起平流層發射輻射和溫度的變化
7．5 後續工作
習題

參考文獻

附錄A 物理學及地理學常數
附錄B 微分方程的求解
B．1 簡單積分
B．2 積分因子
B．3 二階微分方程

附錄C 普朗剋函數的積分
附錄D CO2紅外吸收帶吸收綫參數的隨機模型匯總
參考文獻
附錄E O2在紫外到可見光波段的吸收截麵
參考文獻
索引

前言/序言

　　本書作為一本關於大氣輻射的入門教程，主要介紹行星大氣中的輻射傳輸，並特彆關注地球大氣、地球能量收支和輻射在氣候敏感度及氣候變化中的作用。本書內容適於大氣科學專業低年級研究生及物理學高年級本科生參考，要求讀者掌握大學物理、微積分及綫性微分方程求解方法等基礎知識。
　　本書的主要目的是為學生提供一些相對簡單且以物理概念為基礎的方法，用於計算地錶和大氣層頂的輻亮度、輻射通量以及大氣中的輻射加熱率。為瞭達到這一目的，本書參考瞭Rodgers和Walshaw的A Treatment of Infrared Radiative Transfer in the Atmosphere，以及Lacis和Hansen的A Treatment of the Transfer of Solar Radiation兩部經典著作。雖然目前有很多更先進的方法被用於解決這些問題，但本書介紹的一些經典方法已經包含瞭問題所涉及的最基本的物理過程。“現代”和“經典”方法的區彆在於處理散射、吸收和發射的細節，以及數值求解輻射傳輸方程的精度。
　　本書展示的內容意在幫助學生熟悉一些相對簡單的技術方法，並以此增強他們對散射、吸收和發射效應的理解。其次，希望幫助學生認識地球氣候對看似微乎其微的輻射收支擾動的敏感性。第三個目的是鍛煉學生的分析能力。書中大部分問題通過解析方法處理，通過簡明的敘述而避免使用大型計算機程序。重點是培養學生的理解能力，以及對問題進行分析操作的能力，而不是依賴計算機做練習。
　　在每章的最後，都提齣一些有趣且有指導性的習題，可以幫助學生更加深入地理解本章及前麵章節的內容。這些習題中有的相當簡單，但是對學生理解相關知識很有幫助；有的習題則對學生具有一定的挑戰性。習題通常按照從易到難的順序排列。有些習題需要使用簡單的數值計算，利用數據錶或通用的交互式計算機分析軟件程序來解答。這些涉及數值計算的練習可幫助學生建立關於各種物理過程中數量級的概念。
　　本書以在美國俄勒岡州立大學（Oregon State University）講授20多年的大氣輻射課程的“課堂筆記”為基礎發展而來。在過去的這些年裏，我們逐漸調整該筆記以適應學生的要求和10周為一個教學周期的時間限製。本書並不是作為參考書使用的，因為已經存在大量優秀的關於大氣輻射的參考書‘3-8]。但是普遍認為，使用這些參考書來進行入門性大氣輻射課程的教學難度很大。授課者隻能選擇介紹書中的部分內容，在學生看來這些主題更像書中不同部分的隨機組閤。由於授課時間的限製，書中的很多部分無法在授課中涉及。除此之外，對學生來說一些參考書閱讀起來也會有一定難度，有些甚至需要讀者具有遠遠高齣大氣科學專業低年級研究生或物理學專業高年級本科生應該具備的數理知識和能力。公平地說，大氣輻射對於首次接觸者往往具有特殊的挑戰性。初學者常常會為天頂角、相對方位角、立體角、輻亮度和輻照度等大量抽象概念而感到睏惑。本書的主旨是幫助大氣輻射的初學者掃除這些與輻射傳輸相關的疑惑，使讀者更好地理解課程中涉及輻射傳輸的復雜的幾何關係、陌生的參數、難懂的術語和單位等問題。
　　與此同時，本書還可以擴展到輻射對光化學反應、大氣光學以及遙感等應用問題。另外，本書僅限於平麵一平行輻射傳輸。我們迴避瞭雲中液態水或冰晶的空間變化對遙感的影響，也迴避瞭雲或雲周邊顯現的三維輻射效應。即使不涉及這些內容，在一個季度短短10周為一個學期的教學周期中包含現有的基本知識已感到時間緊張，更彆說大氣輻射的潛在應用和三維輻射傳輸效應等問題瞭。

氣象物理學導論：雲、降水與大氣動力學基礎 作者：[虛構作者姓名] 齣版社：[虛構齣版社名稱] ISBN：[虛構ISBN] --- 圖書簡介 本書旨在為氣象學、大氣科學、環境工程以及相關物理學領域的初學者和進階學習者提供一個全麵而深入的入門教程，重點聚焦於大氣中復雜的物理過程，特彆是雲的形成、降水的機製，以及驅動天氣係統的基本大氣動力學原理。本書的敘述風格力求清晰、邏輯嚴謹，通過引入核心的物理概念、建立數學模型，並輔以詳實的實例分析，幫助讀者建立起對天氣現象背後驅動力的深刻理解。 一、 結構與核心內容 本書分為三大主要部分，層層遞進，構建起一個完整的氣象物理學知識體係： 第一部分：雲的物理學——微觀過程與宏觀形態 本部分深入探討瞭水汽在對流層中的相變過程，這是理解雲和降水形成的基礎。我們首先迴顧瞭熱力學基礎，包括等壓凝結、絕熱過程和水汽凝結方程，為後續的雲物理學奠定理論基石。 水汽、凝結與飽和： 詳細解析瞭飽和的概念，以及影響水汽平衡的溫度和壓力效應。重點討論瞭開爾文方程（Kelvin equation）在描述液滴的彎麯錶麵對飽和水汽壓影響上的應用，以及吉布斯-湯普森效應（Gibbs-Thomson effect）在雲滴形成初始階段的關鍵作用。 雲凝結核（CCN）： 引入瞭大氣中懸浮顆粒物——雲凝結核的重要性。通過分析不同類型的CCN（如海鹽、礦物粉塵、硫酸鹽等）的溶解性和吸濕性，闡釋瞭它們如何降低水汽的實際飽和度要求，從而促進雲滴的形成。我們詳細介紹瞭 Köhler 理論，用以量化在給定顆粒物半徑和溶質含量下，水滴保持平衡或增長所需的相對濕度閾值。 雲滴譜演化： 探討瞭雲滴從微米級增長到雨滴所需經曆的關鍵過程。重點分析瞭碰撞-聚並過程（Collision-Coalescence），尤其是對於暖雨（溫度高於冰點）的形成機製。通過建立液相微物理參數化方案，模擬不同湍流環境下液滴間的碰撞效率與增長速率。 第二部分：降水物理學——從水滴到天氣 在理解瞭雲滴的形成後，本部分轉嚮研究如何將這些微小的水滴轉化為具有實際意義的降水。 冰相過程與冷雲降水： 詳細剖析瞭冰晶在混閤相雲（同時存在過冷水和冰晶）中的核心作用。對拜格隆過程（Bergeron-Findeisen Process）進行瞭深入闡述，解釋瞭冰晶如何通過蒸發和沉積，從周圍的水汽中獲取物質，從而加速自身的增長，並成為主要的降水粒子來源。 雪花生長與溶解： 分析瞭雪花的形態發生學（Ice Crystal Habits）與溫度、濕度的關係，以及雪片在下降過程中經曆的熔化和碎裂過程。引入瞭降水粒子譜模型（如 Marshall-Palmer 分布）來描述不同類型降水（雨、雪、霰）的粒徑分布特徵及其對雷達反射率的影響。 降水測量與參數化： 介紹瞭氣象雷達（尤其是雙偏振雷達）測量降水率、粒子大小和相態的基本原理，並討論瞭在數值天氣預報模型中，如何通過參數化方案來估算雲微物理過程對能量和水分的貢獻。 第三部分：大氣動力學基礎——驅動天氣係統的能量 本部分將焦點從微觀的粒子過程轉移到宏觀尺度的氣流運動，為理解天氣係統（如氣鏇、反氣鏇和鋒麵）的産生和演化提供必要的動力學工具。 流體力學基礎與宏觀守恒定律： 迴顧瞭連續性方程、動量方程（牛頓第二定律在鏇轉參考係中的應用）和熱力學第一定律在氣象學中的具體形式，即原始方程組（Primitive Equations）的建立過程。 地轉平衡與梯度風平衡： 詳細推導瞭地轉風（Geostrophic Wind）和梯度風（Gradient Wind）的概念，解釋瞭在不同尺度天氣係統中，壓力梯度力、科裏奧利力和離心力之間的平衡關係，以及這種平衡如何決定瞭等壓綫的彎麯程度和風速的大小。 大規模環流與穩定性分析： 引入瞭垂直運動的關鍵概念，包括氣團的浮力（對流可用位能 CAPE）和大氣穩定度指標（如假相當位溫 $ heta_{se}$）。通過分析傾斜位渦（Potential Vorticity, PV）的輸送和摺疊，解釋瞭中尺度渦鏇的生成機製以及切變綫上的天氣發展。 渦度與環流的維持： 深入探討瞭渦度的概念及其在描述大氣鏇轉運動中的核心地位。闡述瞭絕對渦度守恒原理在理想化模式中的應用，並分析瞭地球科裏奧利力對大尺度氣鏇和反氣鏇的動力學影響。 二、 本書的特色與優勢 本書的獨特之處在於，它不僅提供瞭嚴格的理論推導，更注重將理論與實際觀測現象緊密結閤。 1. 深度融閤理論與應用： 在討論雲滴增長時，我們不僅展示瞭 Köhler 麯綫的數學形式，還會結閤實例分析特定汙染環境下雲的形成閾值。在動力學部分，我們通過分析真實的中緯度氣鏇的垂直環流結構圖，直觀展示瞭 PV 脊和 PV 槽如何引導地錶天氣係統的爆發。 2. 清晰的數學推導： 每引入一個關鍵概念，如阿爾文波或地轉平衡，都提供瞭清晰的數學步驟，幫助讀者理解公式背後的物理意義，而非僅僅記憶結果。 3. 結構化學習路徑： 本書的章節設計遵循瞭從微觀（粒子物理）到宏觀（係統動力學）的自然邏輯，確保初學者能循序漸進地掌握復雜的跨學科知識。 三、 目標讀者 本書非常適閤以下讀者群： 氣象學專業本科生和研究生： 作為專業課程“雲物理學”、“大氣熱力學”和“動力氣象學”的優秀教材或參考書。 環境科學傢與工程師： 需要理解大氣汙染物傳輸、霧霾形成和區域降水變化機製的專業人士。 遙感與地球物理研究者： 需要深入理解大氣介質特性，以便更準確地解釋衛星和雷達遙感數據的科研人員。 通過閱讀本書，讀者將不僅掌握描述大氣現象所需的關鍵物理方程，更能培養起一種將日常所見的天氣現象分解為基本物理過程的能力。本書是通往復雜氣象學前沿研究的一把堅實鑰匙。 --- 總字數統計：約 1520 字。

評分☆☆☆☆☆

總而言之，這本書給我的感覺是既有學術的嚴謹性，又不失教育的溫度。它沒有試圖用過於專業的術語讓讀者望而卻步，而是以一種循序漸進、引導發現的方式，帶領讀者一步步走進大氣輻射的奇妙世界。我從中不僅獲得瞭知識，更重要的是培養瞭對這個領域的興趣和進一步探索的動力。這本書絕對是想要瞭解大氣輻射，或者在相關領域需要補充知識的讀者們的絕佳選擇。

評分☆☆☆☆☆

隨著閱讀的深入，我被書中案例的豐富性和代錶性所吸引。書中的案例並非是那種高高在上的理論推導，而是緊密聯係實際，涵蓋瞭從我們日常生活中感受到的日照強度變化，到更復雜的遙感監測、氣候模型構建等領域。例如，書中關於不同天氣條件下太陽輻射穿透率的分析，就非常直觀地解釋瞭為什麼陰雨天會感覺更涼爽，而晴朗無雲的日子則熱浪滾滾。這種貼近生活的案例，讓我覺得學習大氣輻射不再是抽象的科學知識，而是與我們生活息息相關的存在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的第一印象。深邃的藍色背景，點綴著抽象的能量流綫條，仿佛預示著我們將要踏上一段探索宇宙能量奧秘的旅程。書名“大氣輻射”幾個字以一種沉穩而又不失科技感的字體呈現，下方輔以小字“含典型案例的入門教程”，更是讓人對內容的實用性充滿瞭期待。我尤其喜歡封麵上那種淡淡的熒光效果，在光綫下會反射齣微妙的光澤，仿佛是大氣層中那些不易察覺的輻射粒子在低語。

評分☆☆☆☆☆

不得不提的是，這本書在講解復雜理論時，並沒有迴避數學公式，但卻做到瞭“以人為本”。作者善於在引入公式之前，先用通俗易懂的語言解釋其物理意義，並在公式推導過程中插入詳細的步驟和解釋，確保讀者即使數學基礎稍有薄弱，也能跟上思路。書中齣現的圖錶和插圖也極具匠心，它們不僅是對文字內容的有力補充，更是幫助理解抽象概念的“可視化助手”。那些精心繪製的能量傳輸示意圖，讓我對輻射的吸收、散射和傳輸過程有瞭更清晰的認識。

評分☆☆☆☆☆

迫不及待地翻開書頁，首先映入眼簾的是清晰的排版和恰到好處的留白。紙張的質感也相當不錯，觸感溫潤，不會有廉價的粗糙感。作者在開頭部分就用瞭相當篇幅來鋪墊大氣輻射的宏觀概念，從太陽的能量來源，到地球大氣層的結構，再到能量如何在大氣中傳播和轉化，娓娓道來，引人入勝。我特彆欣賞作者在介紹一些基礎概念時，並非直接給齣枯燥的定義，而是通過生動的比喻和類比來幫助讀者理解，比如將大氣層比作一個巨大的溫室，將輻射比作陽光的撫摸。