地球科学学科前沿丛书：大气科学和全球气候变化研究进展与前沿 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《地球科学学科前沿丛书：大气科学和全球气候变化研究进展与前沿》以中国科学院学部开展的“中国科学院学部学科发展战略研究项目”的研究成果为基础，由以院士为主体、众多专家参与的学科发展战略研究组经过深入调查和广泛研讨共同完成。本书介绍了大气科学和全球气候变化的重要前沿科学问题和若干重大科学问题的进展与回顾，其中包括地球模拟系统，天气学，气候学，陆面过程，海洋动力学，中尺度动力学和季风动力学以及大气化学和中层大气的研究进展。并针对当前大气科学和全球气候变化的主要问题采取的重要措施和建议。

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目录

国际前沿与科学问题大气科学和全球气候变化研究的发展及重大科学问题未来地球国际大气平流层研究最新发展方向简介WMO与NNAA战略规划解析若干领域研究进展回顾与问题东亚季风气候系统动力学与我国气候灾害预测——我国大气科学的一个前沿研究课题全球变化研究的主要科学问题与进展季风、天气气候灾害及其动力学若干前沿问题地球系统模式中国对国际耦合模式比较计划的贡献：回顾、现状与挑战陆气相互作用与青藏高原的气候效应及其观测海洋热力异常对中国气候的影响平流层与中间层大气动力学的研究进展与急需研究的问题中尺度动力学研究进展大气化学与气候变化…行星大气研究进展综述措施与建议地球系统数值模拟装置地球系统观测与大型观测试验基地建设中层大气综合观测平台建设我国高校大气科学学科建设和人才培养现状、问题及建议发展大气科学，培养创新人才

精彩书摘

　　（一）建立了全球多层次、多尺度的三维大气观测网　　大气探测是大气科学的基础，只有具备充分的观测资料，大气科学的各分支领域才有可能得到发展。经过百年的努力，全球已建立了多层次、多尺度的可定时观测的三维大气观测网，它不仅包括常规观测网，而且还包括空基遥感和地基遥感等非常规观测网（国家自然科学基金委员会，1995；许健民，2000）。　　1．建立了多层次、多尺度可定时观测的大气观测网　　在20世纪初，大气探测一般只能在地面上对大气温、湿、压进行观测。20世纪20年代无线电探空仪的发明（1928年）及30～40年代第二次世界大战对天气预报的需求，使得高空大气探测迅速在陆地上推广；到了50年代，在全球的陆地上初步形成了可定时进行观测的高空和地面观测网；在60年代，气象卫星发射成功，使得对大气的空基遥感探测成为可能。因为对大气的空基遥感具有许多优点，特别是可以探测到海洋、沙漠和高原区域上空大气中难以用常规方法观测到的气象要素，因此，在60年代之后，卫星遥感资料、图像和数据广泛应用于对地球大气各种要素分布的分析。通过这些遥感资料不仅可以得到全球云的分布状况，而且可以获得更高层次的气象要素。经过近半个世纪的努力，大气探测已形成了全球多层次、多尺度可定时观测的三维探测网，不仅在全球建立了地面、高空气象要素的常规观测网，而且形成了以气象卫星为中心的全球非常规大气观测网（许健民，2000）。这个全球大气观测网不仅可以为研究大尺度大气环流的变化，以及中小尺度气象系统的发生、发展提供丰富的观测事实，而且还可以为天气预报和气候预测提供大量的观测资料。　　2．建立了空基大气遥感观测体系　　从20世纪70年代末起，大气遥感技术不仅实现了空基定性遥感向定量遥感的转变，而且建立起高轨地球静止环境业务卫星的观测系统（GOES）。这个系统由四个地球静止卫星组成，它的观测区域覆盖了地球大部分地区。此外，还建立了第三代低轨业务卫星系统。由于两个业务气象卫星系统可以连续观测到没有常规观测地区大气的气象要素，如海洋、沙漠、高原地区上空的气象要素，因此，这个观测体系不断得到发展和完善，特别在90年代之后它得到进一步发展，由被动空基遥感向自动空基遥感转移。例如，将地面上所用的雷达探测安装在气象卫星上，使大气各层的温、压、湿，以及低层风和可降水量的探测误差大大减小，并且，使全球的风场和雨强的探测也成为可能。可以说，空基遥感技术的广泛应用，使得全球天气和气候探测系统的建立成为可能（邱金桓，2000）。　　3．地基遥感技术的发展　　在空基遥感技术发展的同时，地基遥感技术也大大发展，除将天气雷达和多普勒天气雷达广泛应用于中小尺度系统的探测外，还利用微波、红外线和激光来探测大气的温、湿等要素。现在，使用激光探测器可测定大气的温度、水汽、气压、气溶胶浓度、风、湍流、云、降水和能见度等气象要素和物理量，这为局部大气环境的研究提供有用的观测资料。因此，微波、红外线和激光等地基遥感资料在气象和环境业务中不断得到应用。　　4．大气辐射的测量成为大气和地球系统观测的重要手段　　20世纪40～50年代大气分子光谱的精细研究，使得利用高空传感器对地球大气各种辐射的遥感测量成为可能。1960年，美国成功发射了“泰罗斯一号”气象卫星，这为空基遥感测量大气各种要素的变化开辟了新途径。空基遥感技术的发展不仅使其他大气科学分支领域大大发展，也使得大气物理学本身得到发展。到了20世纪90年代，大气辐射的测量已成为对大气和地球系统进行空基遥感观测的重要手段，它不仅使大气科学得到很大发展，而且也使得地球科学有关学科取得明显的进展。因此，这也是20世纪大气科学研究的重要成就。　　（二）建立了大气环流波动理论体系和天气预报的理论基础　　大气环流与大尺度动力学不仅研究全球大气运动的形态、性质、演变及其机制，而且研究水平尺度为5000～6000千米及以上大尺度扰动系统的演变及其机制。大气环流与大尺度动力学研究的发展是20世纪大气科学理论研究发展的核心部分，它的发展带动了大气科学其他分支领域的发展（黄荣辉，2001）。　　……

前言/序言

地球科学学科前沿丛书：地球深部过程与资源勘探 图书简介 本书是“地球科学学科前沿丛书”的又一部力作，聚焦于地球深部复杂过程的最新研究进展及其在关键资源勘探领域的前沿应用。全书汇集了地球物理学、地球化学、矿物学、构造地质学等多个学科的顶尖专家学者的最新研究成果，旨在为地球科学领域的研究人员、高年级本科生和研究生提供一个全面、深入、富有洞察力的参考平台，以期推动对地球内部物质循环、动力学机制及其与人类可持续发展之间关系的理解。 第一部分：地球深部结构与物质循环 本部分深入探讨了地球深部——地幔和地核——的物质组成、物理状态及动力学演化。 第一章：地幔对流的精细结构与地球动力学 本章从地震层析成像技术的新突破入手，详细解析了当前地幔对流模型中存在的争议与前沿认识。重点讨论了超深俯冲板片的终极归宿，即其是否穿透至D”层甚至核幔边界（CMB）。研究人员利用高精度地震波速异常数据，结合高压高温实验模拟结果，构建了更符合实际的粘滞度分布模型，揭示了地幔柱的起源机制及其与地表岩浆活动的关联。特别关注了地幔过渡带（410km和660km间断面）处水和挥发分的存储与释放循环，这对理解地幔的氧化还原状态和岩浆生成至关重要。章节最后，探讨了地幔热流的精确测量方法，及其对板块构造驱动力的约束作用。 第二章：核幔边界的物理化学性质与地球发电机 核幔边界（CMB）被认为是地球内部最复杂、信息获取难度最大的界面之一。本章整合了最新的低温高压（LHP）实验数据和地球化学示踪结果，描述了液态外核与固态下地幔的相互作用。讨论了CMB处可能存在的硅、硫、氧等轻元素在铁镍合金中的分布，及其对液态外核物理性质的影响。此外，本章深入分析了CMB的化学反应区如何影响地核冷却速率和地球磁场的起源。通过对地磁场历史记录的重构，阐述了地核动力学如何通过磁场变化间接反映地球深部物质的输运过程。 第三章：深部水圈的地球化学循环与地幔流体作用 水在地球内部的迁移和储存机制是理解地球宜居性、火山活动和矿产资源形成的关键。本章不再局限于传统的地壳储水模型，而是聚焦于俯冲带深处水分子如何被带入地幔，并以高压矿物（如金红石、布里奇曼石等）结构中“锁住”的形式存在。通过同位素地球化学追踪（如锶、钕、铥-铥比值），专家们分析了地幔深处流体与新生地幔物质的混合程度，为地球深部“水圈”的存在提供了强有力的证据。 第二部分：关键矿产与能源资源的前沿勘探技术 本部分将地球深部过程的研究成果，转化为指导关键矿产和能源资源勘探的实用技术和理论框架。 第四章：深源岩浆成因与关键金属矿床的形成 本书强调了深部地幔过程对重要战略金属（如稀土元素、钴、镍、铂族元素）富集过程的控制作用。本章详细阐述了地幔柱上涌、地幔楔熔融以及地壳-地幔物质往复循环在形成斑岩型矿床和层状侵入体中的角色。利用高温高压流体包裹体研究，揭示了热液流体在深部岩浆房中的演化路径，以及它们如何携带和沉淀高浓度金属离子。特别关注了“地幔活化”理论在寻找隐伏金、铜矿带中的新应用。 第五章：非常规油气与深部生储盖耦合机制 针对全球能源结构转型需求，本章将视角投向深部地质构造对非常规油气（如页岩气、致密油）的控制。传统生储盖模型在深层复杂构造区失效时，深部热历史的重建成为关键。本章利用先进的裂谷盆地热演化模拟软件，结合锆石（U-Pb）定年技术对热事件的精确标定，重建了深层页岩烃源岩的成熟度和运移通道。讨论了地壳剪切带和断层系统如何作为深部碳氢化合物快速迁移的“高速公路”，解释了在不利生烃条件下依然存在高产油气的现象。 第六章：非常规地球物理勘探技术在深部资源预测中的集成 本部分强调了从理论到实践的跨越，重点介绍了应用于深部勘探的新型地球物理方法。内容包括高精度瞬变电磁法（TEM）在识别深部热液蚀变带和高导矿体中的应用；基于机器学习的重磁反演技术，用于分离复杂地幔物质（如超基性岩体）的密度和磁性异常；以及分布式光纤声学传感（DAS）技术在监测深层断层带微震活动和流体渗流方面的潜力。本章提供了多个成功的深部找矿案例分析，展示了多地球物理数据融合（Inversion Integration）的强大能力。 第七章：地热能的深部潜力评估与可持续开发 地热能作为一种清洁、稳定的基础能源，其潜力与地球深部热流紧密相关。本章系统性地评估了全球主要裂谷带和活动火山区的深层地热资源潜力。重点分析了深层岩体热物性参数（热导率、比热容）的非均一性对热能提取效率的影响。同时，本章也讨论了在深层地热开采过程中可能面临的工程地质挑战，例如诱发地震风险、深井腐蚀问题，并提出了基于地壳应力场和流体流动模拟的风险规避策略。 结语 本书以严谨的科学态度，整合了地球科学多分支的最新进展，不仅深化了对地球内部复杂系统的认识，更为新一轮全球资源勘探提供了关键的理论支撑和技术指引。它标志着地球深部研究正从描述性认识走向定量化、预测性研究的新阶段。