大气辐射：含典型案例的入门教程 [Atmospheric Radiation A Primer With IIIustrative Solutions] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　大气辐射不仅是驱动地球天气、气候的能量源，更是气象探测和遥感的信息源，作为大气科学的基础内容，有广泛的研究和应用价值。
　　《大气辐射：含典型案例的入门教程》基于作者在美国多年讲授大气辐射课程的经验和相关科研成果，旨在为初学者提供一本通俗易懂的大气辐射教程，通过生动形象的推理和讲解，在尽量避免复杂数学公式的同时，全面地介绍辐射在大气中发射、散射和吸收的过程。
　　《大气辐射：含典型案例的入门教程》主要内容：
　　地球能量收支和气候变化
　　辐射和辐射源
　　地球大气中的辐射传输
　　辐射传输方程的解
　　大气分子吸收
　　地球大气和地表对太阳辐射的吸收
　　发射辐射的简化计算

作者简介

　　Jim Coakley，自1972年加入美国国家大气研究中心（NCAR）高等研究计划，开始从事大气科学研究。1988年加入美国俄勒冈州立大学，任地球海洋和大气科学学院荣誉教授。主要致力于气候变化问题的研究，尤其是气溶胶和云特性的卫星遥感以及它们对地球系统能量收支和气候的影响。
　　
　　Ping Yang，美国得克萨斯A&M;大学大气科学系系主任、教授，地球科学学院David Bullock Harris讲座教授.美国地球科学学会、美国气象学会、美国光学学会会士。主要从事云和气溶胶光学特性及辐射效应的理论研究.将这些粒子的辐射特性应用到了卷云、混合相态云以及大气气溶胶的卫星遥感和地基遥感研究中，并以此来评估粒子形状对云和沙尘的辐射特性以及对地球辐射收支系统的影响。
　　
　　刘超，南京信息工程大学大气物理学院教授、博士生导师，中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室副主任。2013年取得美国得克萨斯A&M;大学博士学位，师从本书作者PingYang教授。主要研究方向为大气辐射传输、粒子散射、云和气溶胶的卫星遥感。于2017年荣获Elsevier出版社和Journal of Quantitative Spectroscopy and Rodiotive Transfer联合颁发的Peter C.WatermanAward，及中国气象学会颁发的第十七届涂长望青年气象科技奖。
　　
　　银燕，南京信息工程大学大气物理学院教授、博士生导师，中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室主任。主要研究方向为云降水物理、气溶胶理化特性及其环境、气候效应。曾被评为江苏省“333高层次人才培养工程-首批中青年科技领军人才，并获得江苏省”六大人才高峰“计划资助。荣获”江苏省教学名师“称号和江苏省五一劳动奖章。

内页插图

目录

前言
参考文献

第1章 地球能量收支和气候变化
1．1 引言
1．2 大气的辐射加热
1．3 全球能量收支
1．4 灰窗近似和温室效应
1．5 气候敏感度和气候反馈
1．6 辐射时间常数
1．7 地球大气成分
1．8 辐射与地球平均温度廓线
1．9 辐射加热的空间分布与环流
1．10 小结和展望
习题
参考文献

第2章 辐射和辐射源
2．1 光的电磁波属性
2．2 振荡偶极子的辐射、辐亮度和辐射通量密度
2．3 辐射计
2．4 黑体辐射：光的量子属性
2．5 入射太阳辐射
习题
参考文献

第3章 地球大气中的辐射传输
3．1 消光截面
3．2 散射截面和散射相函数
3．3 光散射基本原理
3．4 辐射传输方程
3．5 太阳和地球辐射的辐射传输方程
习题
参考文献

第4章 辐射传输方程的解
4．1 引言
4．2 辐射传输方程的形式解
4．3 热辐射的解
4．4 红外辐射通量密度与加热率
4．5 散射和吸收的形式解
4．6 单次散射近似
4．7 辐射传输方程的傅里叶分解
4．8 勒让德级数表征和爱丁顿近似
4．9 在爱丁顿近似中增加大气层
4．10 在爱丁顿近似中加入反照率非零的表面
4．11 红外辐射中的云
4．12 直接辐射和漫射辐射的分离（选读）
4．13 在爱丁顿近似和二流近似中分离漫射辐射和直接辐射（选读）
4．146 爱丁顿近似（选读）
4．15 离散纵标法和DISORT（选读）
4．16 累加一倍加法（选读）
4．17 蒙特卡罗模拟（选读）
习题
参考文献

第5章 大气分子吸收
5．1 光谱平均透过率
5．2 分子吸收谱
5．3 转振带内吸收线的位置和强度
5．4 吸收线的线形
5．5 多普勒增宽和沃伊特线形
5．6 单条弱吸收线的平均吸收率
5．7 单条压强增宽强吸收线的平均吸收率
5．8 非均匀路径大气的吸收
5．9 无重叠吸收线的带平均透过率
5．10 含重叠吸收线平均透过率的近似计算
5．11 指数和拟合法及相关k分布法
5．12 分子重叠吸收带的处理
习题
参考文献

第6章 地球大气和地表对太阳辐射的吸收
6．1 引言
6．2 对紫外线和可见光的吸收
6．3 水汽对太阳辐射的吸收
习题
参考文献

第7章 发射辐射的简化计算
7．1 引言
7．2 CO2在15μm吸收带的发射
7．3 CO2加倍对发射辐射通量密度的影响
7．4 CO2浓度加倍引起平流层发射辐射和温度的变化
7．5 后续工作
习题

参考文献

附录A 物理学及地理学常数
附录B 微分方程的求解
B．1 简单积分
B．2 积分因子
B．3 二阶微分方程

附录C 普朗克函数的积分
附录D CO2红外吸收带吸收线参数的随机模型汇总
参考文献
附录E O2在紫外到可见光波段的吸收截面
参考文献
索引

前言/序言

　　本书作为一本关于大气辐射的入门教程，主要介绍行星大气中的辐射传输，并特别关注地球大气、地球能量收支和辐射在气候敏感度及气候变化中的作用。本书内容适于大气科学专业低年级研究生及物理学高年级本科生参考，要求读者掌握大学物理、微积分及线性微分方程求解方法等基础知识。
　　本书的主要目的是为学生提供一些相对简单且以物理概念为基础的方法，用于计算地表和大气层顶的辐亮度、辐射通量以及大气中的辐射加热率。为了达到这一目的，本书参考了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两部经典著作。虽然目前有很多更先进的方法被用于解决这些问题，但本书介绍的一些经典方法已经包含了问题所涉及的最基本的物理过程。“现代”和“经典”方法的区别在于处理散射、吸收和发射的细节，以及数值求解辐射传输方程的精度。
　　本书展示的内容意在帮助学生熟悉一些相对简单的技术方法，并以此增强他们对散射、吸收和发射效应的理解。其次，希望帮助学生认识地球气候对看似微乎其微的辐射收支扰动的敏感性。第三个目的是锻炼学生的分析能力。书中大部分问题通过解析方法处理，通过简明的叙述而避免使用大型计算机程序。重点是培养学生的理解能力，以及对问题进行分析操作的能力，而不是依赖计算机做练习。
　　在每章的最后，都提出一些有趣且有指导性的习题，可以帮助学生更加深入地理解本章及前面章节的内容。这些习题中有的相当简单，但是对学生理解相关知识很有帮助；有的习题则对学生具有一定的挑战性。习题通常按照从易到难的顺序排列。有些习题需要使用简单的数值计算，利用数据表或通用的交互式计算机分析软件程序来解答。这些涉及数值计算的练习可帮助学生建立关于各种物理过程中数量级的概念。
　　本书以在美国俄勒冈州立大学（Oregon State University）讲授20多年的大气辐射课程的“课堂笔记”为基础发展而来。在过去的这些年里，我们逐渐调整该笔记以适应学生的要求和10周为一个教学周期的时间限制。本书并不是作为参考书使用的，因为已经存在大量优秀的关于大气辐射的参考书‘3-8]。但是普遍认为，使用这些参考书来进行入门性大气辐射课程的教学难度很大。授课者只能选择介绍书中的部分内容，在学生看来这些主题更像书中不同部分的随机组合。由于授课时间的限制，书中的很多部分无法在授课中涉及。除此之外，对学生来说一些参考书阅读起来也会有一定难度，有些甚至需要读者具有远远高出大气科学专业低年级研究生或物理学专业高年级本科生应该具备的数理知识和能力。公平地说，大气辐射对于首次接触者往往具有特殊的挑战性。初学者常常会为天顶角、相对方位角、立体角、辐亮度和辐照度等大量抽象概念而感到困惑。本书的主旨是帮助大气辐射的初学者扫除这些与辐射传输相关的疑惑，使读者更好地理解课程中涉及辐射传输的复杂的几何关系、陌生的参数、难懂的术语和单位等问题。
　　与此同时，本书还可以扩展到辐射对光化学反应、大气光学以及遥感等应用问题。另外，本书仅限于平面一平行辐射传输。我们回避了云中液态水或冰晶的空间变化对遥感的影响，也回避了云或云周边显现的三维辐射效应。即使不涉及这些内容，在一个季度短短10周为一个学期的教学周期中包含现有的基本知识已感到时间紧张，更别说大气辐射的潜在应用和三维辐射传输效应等问题了。
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