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 2024

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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。
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