Lectures on Geophysical Fluid Dynamics

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出版者:
作者:Salmon, Richard L.
出品人:
页数:392
译者:
出版时间:1998-2
价格:$ 209.05
装帧:
isbn号码:9780195108088
丛书系列:
图书标签:
  • Atmospheric
  • 物理學
  • 物理
  • 湍流
  • 大气科学
  • turbulence
  • fluid
  • 地球物理流体动力学
  • 海洋学
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  • 流体力学
  • 气候动力学
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  • 地球物理学
  • 物理海洋学
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具体描述

Lectures on Geophysical Fluid Dynamics offers an introduction to several topics in theoretical geophysical fluid dynamics, including the theory of large-scale ocean circulation, geostrophic turbulence, and Hamiltonian fluid dynamics. The book is based on an introductory course in dynamical oceanography offered to first-year graduate students at Scripps Institution of Oceanography. Each chapter is a self-contained introduction ti its particular subject, and makes few specific references to other chapters. Chapters 1 examines the relationship between the molecular and continuum models of the fluid, and between the Eulerian and Lagrangian descriptions of the latter. Ch.2 is a broad introduction to the fluid dynamics of rotating, stratified flows. Ch.3 adddresses large-scale ocean circulation. Chs.4,5 and 6 discuss the theory of turbulence, including elementary ideas based on vorticity laws (Ch.4), statistical turbulence theory (Ch.5), and the applications of these ideas to quasigeostrophic flows in the Earth's oceans and atmosphere (Ch.6). Ch.7 surveys Hamiltonoian fluid dynamics, including the interaction between waves and currents, and "balanced" approximations to nearly geostrophic flow. Overall, the emphasis is on physical ideas rather than mathematical techniques. Readers are assumed to have had an elementary introduction to fluid mechanics, to know advanced calculus through partial differential equations, and to be familiar with the elementary ideas about linear waves, including the concept of group velocity.

固体地球物理学的深度探索:一场穿越地幔与地核的旅程 本书聚焦于地球内部的物质运动、能量传递及其在塑造我们星球的动态过程中的核心作用。 它不是对流体力学在海洋和大气中的应用进行概述,而是深入挖掘在极端压力、温度和粘度条件下,岩石和金属如何表现出流体特性,以及这些宏观尺度的运动如何驱动地球的演化。 本书的叙事主线是 地球物理流体动力学(Geophysical Fluid Dynamics, GFD) 的一个关键分支—— 固态地球的动力学。我们将完全避开对可压缩流体(如大气和海洋的传统模型)的详细分析,转而专注于 非牛顿流体行为、高粘度传热和固态塑性流动 在地球深部尺度上的体现。 第一部分:高压与高温下的物质本构关系 本部分旨在为理解地幔和地核的动力学建立必要的物理基础。我们首先回顾经典流体力学(如纳维-斯托克斯方程)在地球深部应用中的局限性,强调 粘滞应力张量 在极端条件下的复杂性。 1. 岩石流变学基础(Rheology of the Solid Earth): 传统流体力学中的牛顿流体假设在这里被彻底挑战。我们将详细探讨 扩散蠕变(Nabarro-Herring and Coble creep)、位错蠕变(Dislocation creep) 以及在极高应力下的 派-特斯(Power-law) 行为。讨论的重点在于如何将实验岩石物理的结果转化为大规模模拟所需的本构方程,特别是 应变率对温度和压力(P-T路径)的敏感性。 2. 固体的非线性粘度: 深入分析地幔物质的 有效粘度(Effective Viscosity) 如何跨越十几个数量级变化,以及这种变化如何影响地幔对表面荷载和内部热源的响应。讨论粘度层化(Viscosity Stratification)的物理机制。 3. 相变与反应性流变: 探讨橄榄石到尖晶石相变(如尖晶石向预钙钛矿相的转变)在动力学上的意义。这些相变不仅改变了物质的密度,更关键的是改变了其激活能和流变性质,这对于划分地幔对流的层化或全域性至关重要。 第二部分:地幔对流的动力学模拟与解释 本部分是本书的核心,专注于驱动地球“热机”的地幔对流。我们将避免涉及海洋环流或大气边界层理论。 1. 浮力驱动的质量输运: 建立描述地幔对流的 广义Boussinesq近似。强调 热力学驱动力 的来源——主要来自放射性衰变和残留的形成热。详细分析 普朗特数(Prandtl Number) 在地幔尺度上的极端高值(远高于传统流体)对传热模式的影响。 2. 对流模式的分类与判据: 深入分析 瑞利数(Rayleigh Number, Ra) 在地幔尺度上的量级及其对流形态的影响。讨论 层流对流(Layered Convection) 与 全域对流(Whole-mantle Convection) 之间的动力学转换机制,重点是 410 km和660 km间断面 的阻碍效应。 3. 板块构造的动力学起源: 将表面观察到的板块运动(岩石圈的刚性破裂)与下伏地幔的粘性流动联系起来。分析 “拉片”(Slab Pull) 和 “洋脊推力”(Ridge Push) 这两种表面力如何通过与地幔的剪切耦合来驱动对流,以及反之,对流如何为板块运动提供驱动力。这部分将侧重于 应力边界条件 在驱动长期地质过程中的作用。 4. 地幔柱的形成与上升动力学: 模拟地幔深处的热异常体(如大火成岩省的来源区)如何通过 粘性浮力 克服周围物质的阻力而上升。分析上升过程中 几何形状的演化 和 与侧向流场的相互作用。 第三部分:地球深部:外核的液态金属动力学 本部分转向地核,探讨 磁流体力学(MHD) 的基础及其在地球发电机(Geodynamo)中的应用,着重于液态铁的导电性与运动。 1. 地核的物性与环境: 概述外核的液态铁-镍合金的密度、导电率和粘度参数。强调 洛伦兹力(Lorentz Force) 在抑制或增强对流中的核心作用。 2. 磁流体动力学方程组的简化: 介绍 MHD 守恒方程 在地球尺度下的简化(如 低普朗特数 和 大罗斯比数 的限制)。重点分析 磁化率(Magnetic Reynolds Number) 如何决定发电机是自持还是被外部磁场影响。 3. 驱动力与环流模式: 讨论外核对流的主要驱动力—— 热浮力 与 化学浮力(即物质在结晶作用下释放的轻组分) 的相对贡献。分析 差速旋转(Differential Rotation) 现象,即内核相对于地幔的加速,以及 科里奥利力 在将自由对流组织成 柱状结构(Taylor Columns) 中的决定性作用。 4. 发电机理论的流体力学限制: 探讨 阿尔芬波(Alfvén Waves) 的传播及其对能量耗散和磁场维持的贡献。分析如何通过数值模拟来重现 地磁场的极性转换(Geomagnetic Reversals) 这一复杂的流体力学不稳定现象。 本书旨在为对地球内部过程有兴趣的读者提供一个 纯粹基于物理原理、侧重于高压、高温和强耦合系统 的动力学框架,彻底区别于针对表层流体的经典流体力学教材。

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用户评价

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对我而言,理解地球的动态变化,离不开对流体运动的深入认识。从浩瀚的海洋到广阔的天空,再到我们脚下厚重的地层,流体扮演着至关重要的角色。《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》这本书,正是我想要深入探索这一领域的理想读物。我期待它能够为我揭示,洋流是如何传递热量、影响气候,大气环流又是如何塑造着全球的天气模式,甚至地幔中的对流又如何引发了地质活动。我希望这本书能够以清晰的逻辑和严谨的论述,阐述那些支配着地球流体运动的基本物理原理,并辅以必要的数学工具和图解,帮助我理解那些复杂的概念。尤其令我着迷的是,地球的自转是如何通过科里奥利效应,在如此宏观的尺度上对海洋和大气产生如此显著的影响,我迫切希望这本书能为我提供清晰的解答。这不仅仅是一次知识的积累,更是一次对地球系统运作机制的深度剖析。我期望通过这本书的学习,我能够获得一种更加全面、更加深刻的视角,去理解我们赖以生存的这颗星球,并对它产生更深的敬畏。

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我一直认为,想要真正理解地球的运行,就不能忽视那些无处不在的流体运动。无论是浩瀚的大洋,还是绵延万里的天空,抑或是我们脚下看不见的地球内部,都充满了各种各样、错综复杂的流体动力学现象。《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》这个书名,就像一个闪亮的信号灯,直接命中了我的兴趣点。我脑海中勾勒出的画面是,这本书能够引领我穿越大气层的云层,潜入深邃的海底,甚至触及地球炽热的核心,去观察、去理解那些驱动着地球生命循环的宏大力量。我特别好奇,那些我们肉眼看不到的力场,比如地球磁场和引力,又是如何与流体运动相互作用,共同塑造着我们所见的地理景观的?这本书是否会为我一一解答,比如为什么季风会按时到来,又为什么海啸会以如此惊人的速度席卷海岸?我希望作者能够用一种富有洞察力的方式,将复杂的物理概念剥茧抽丝地呈现出来,让我能够不仅仅是记住公式,更能真正理解它们背后的物理意义。更重要的是,我希望这本书能够拓展我的思维边界,让我看到流体动力学在地球科学研究中的核心地位,以及它如何连接起气候学、海洋学、地质学等诸多学科,描绘出一幅完整的地球动态图景。这不仅仅是阅读,更是一次心灵的洗礼,让我对地球这个充满活力的生命体,产生更深层次的敬畏和热爱。

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在我看来,地球的生命力很大程度上就体现在其流体系统的动态之中。从翻涌的巨浪到席卷天地的风暴,再到地幔深处缓慢而强大的能量涌动,这些都是流体动力学在地球尺度上的壮丽展现。《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》这本书的出现,正是我渴望深入理解这些宏大过程的契机。我期待着它能够像一位耐心的老师,带领我逐一解析,为什么海洋中的暖流和寒流会交织成复杂的网,又是什么原因导致了季风气候的形成,甚至地球磁场的产生是否与地核的流体运动息息相关。我希望这本书能够为我提供一个扎实的理论基础,让我能够理解那些支配着流体行为的基本方程和概念,并且能够将这些抽象的物理原理,与我们日常生活中观察到的各种地理现象联系起来。更重要的是,我希望这本书能够拓展我的视野,让我看到流体动力学如何在气候变化、海洋资源利用、乃至地球构造演化等诸多领域发挥着至关重要的作用。这不仅仅是一次阅读,更是一次思维的拓展,我期望通过这本书的学习,能够对地球这个复杂的生命体,形成一种更加全面、更加深刻的认识,从而更加珍视和保护我们共同的家园。

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这部《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》的封面设计就足够吸引我了,它所传达的严谨而不失活力的气息,恰恰呼应了我对这门学科的想象。我一直对地球的动态过程充满好奇,尤其是那些塑造着我们星球面貌的宏大流动。从洋流的澎湃到大气环流的错综复杂,再到地幔深处的缓慢涌动,这些看似无形的“流体”却蕴含着改变一切的力量。我想象着这本书能够像一位经验丰富的向导,带领我深入理解这些运动背后的基本原理。我期待它能解释清楚,为什么赤道附近的洋流会如此不同于极地,又是什么力量驱动着全球范围内的气旋和反气旋。特别是我对科里奥利力在地球流体动力学中的作用一直感到着迷,这本书会否像解开谜团一样,清晰地阐释它如何影响着地球上所有大规模的运动?而且,我总觉得,理解这些流体的行为,不仅仅是掌握物理公式,更是一种理解我们所居住星球生命脉搏的方式。这本书的名字本身就暗示着一种深度和广度,我希望能从中获得一种宏观的视角,将分散的地理现象串联起来,看到一个有机运作的地球整体。我尤其希望作者能够用一种既科学严谨又不失生动有趣的方式来讲解,让即使是初学者也能感受到这门学科的魅力,而不是被一堆复杂的数学符号吓退。这不仅仅是一本书,更是一种探索地球奥秘的邀请,我迫不及待想要接受这份邀请,踏上这场精彩的学术之旅,去触碰那些看不见但至关重要的地球律动。

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一直以来,我对地球上那些看不见但又影响深远的自然力量充满好奇。从广袤无垠的海洋到覆盖全球的大气层,再到我们脚下坚实土地深处隐藏的奥秘,流体运动无处不在,塑造着我们所见的每一个地理特征。《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》这本书的名字,就如同一个精准的指示牌,直接指向了我内心深处的探索欲望。我期待这本书能够成为我理解地球脉搏的一本指南,它能够带领我深入了解,洋流是如何将热量从赤道输送到两极,大气环流又是如何驱动着全球的气候模式,甚至地幔中的对流又如何引发了地壳的运动。我希望作者能够以一种清晰、条理分明的方式,阐述那些支配着这些宏大流体现象的物理原理,并辅以恰当的数学模型和图示,帮助我理解那些抽象的概念。我尤其想知道,地球的自转是如何扮演着一个关键角色,它对海洋和大气中的运动产生了怎样的决定性影响。这本书不仅仅是一次知识的积累,更是一场对地球系统复杂性的深度对话,我渴望从中获得一种更加宏观、更加辩证的视角,去理解我们星球的动态平衡和不断演化,从而对我们所处的自然环境产生更深的敬畏和更深刻的认识。

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刚翻开《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》,就被它所展现出的学术深度和严谨性所折服。我一直以来对地球科学的兴趣,特别是对那些塑造我们星球环境的宏大物理过程,都有一种近乎痴迷的追求。这本书的名字本身就点燃了我探索的欲望。我期望它能像一座知识的宝库,为我揭示那些隐藏在洋流、大气层和地幔深处流体运动背后的奥秘。想象一下,能够清晰地理解为什么海洋的颜色会随着洋流的变动而变化,或者为什么某些区域会频繁出现极端天气,而另一些区域则相对平静。这本书是否有能力将这些看似孤立的现象,通过流体动力学的视角,整合成一个有逻辑、有条理的知识体系?我特别期待它能够深入探讨那些影响着全球气候模式的根本性因素,例如太阳辐射的不均匀分布如何引发大气对流,以及地球自转如何通过科里奥利力扭转运动的方向。我希望书中不仅仅是理论的堆砌,更能够包含一些经典的案例分析,让我能够将抽象的公式和原理,与现实世界中的具体地理现象联系起来。同时,作为一个对科学的严谨性有很高要求的读者,我希望这本书在数学推导和物理概念的阐释上,能够做到精确无误,为我的学习提供坚实的基础。这不仅仅是一次知识的获取,更是一场对地球系统运作机制的深度探索,我期待着它能够点亮我思维的火花,让我对我们赖以生存的这颗星球有更深刻的认识。

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我对地球上各种物质形态的运动变化一直有着浓厚的兴趣,尤其是那些决定着我们星球生态环境和气候模式的宏观流体现象。《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》这本书名,就如同一个精确的罗盘,指引我走向我渴望探索的知识领域。我设想着,这本书能够如同教科书般的严谨,又如科普读物般的易懂,为我揭示地球流体动力学的核心原理。我想象着,它能让我理解,为什么北太平洋的洋流会形成一个巨大的漩涡,又是什么机制使得热带的空气能够上升,进而形成巨大的积雨云。我期待它能够深入浅出地解释,那些看似抽象的物理概念,例如惯性力、压力梯度力和粘性力,是如何在地球的尺度上发挥作用,塑造着海洋和大气层中的各种运动。尤其令我着迷的是,地球的自转如何通过科里奥利效应,在如此宏观的尺度上产生不可思议的影响,我希望这本书能够为我提供清晰的解答。这本书不仅仅是对我现有知识的补充,更是一种对地球系统运行机制的深度探究。我期待它能够为我提供一套系统的理论框架,让我能够将零散的地理知识碎片,重新组织成一个更完整、更清晰的地球模型,从而对我们赖以生存的环境有更深刻的理解和更负责任的态度。

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当我在书架上看到《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》时,一股强烈的求知欲便油然而生。我一直对那些塑造我们星球宏大格局的自然力量充满了敬畏,而流体动力学无疑是理解这些力量的关键钥匙。我想象着,这本书将为我打开一扇通往地球奥秘的大门,让我能够窥探到洋流如何跨越大陆,大气环流如何驱动气候变化,甚至地幔深处的岩浆如何影响着地表的火山活动。我期待它能用严谨而又不失趣味的方式,阐述那些支配着地球流体运动的基本定律和理论,让我能够清晰地理解,为什么赤道的海洋会比极地温暖,为什么风暴会如此肆虐,又是什么力量让行星的自转对这些运动产生如此深远的影响。我尤其希望,这本书能够提供一些具体的数学模型和案例分析,帮助我将抽象的理论知识转化为实际的理解,让我能够不仅仅停留在表面,而是能够深入到流体运动的内在机制。这不仅仅是对知识的渴求,更是一种对地球系统复杂性的探求,我渴望通过阅读这本书,获得一种宏观的视角,将那些看似分散的地理现象串联起来,看到一个充满活力、不断演化的地球。我坚信,通过这本书的学习,我将能够以一种全新的、更深刻的眼光来审视我们所居住的这颗星球。

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我一直对地球上那些肉眼难以察觉,但却塑造着我们星球面貌的宏大流动充满好奇。《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》这本书的名字,就像一把钥匙,为我打开了通往这些奥秘的大门。我期望它能够像一位经验丰富的向导,带领我穿越大气的层层阻碍,潜入深邃的海洋,甚至触摸到地幔的温度,去理解那些支配着这些流体运动的物理定律。我特别希望能在这本书中找到答案,例如,为什么洋流会形成巨大的环流系统,它们又是如何影响着全球的气候分布?又是什么力量驱动着大气中的风暴,而地球的自转又在这其中扮演着怎样的角色?我希望作者能够用一种既严谨又不失启发性的方式,将复杂的数学公式和物理概念,转化为易于理解的知识,让我能够不仅仅是记住,而是真正地理解其中的逻辑和意义。这本书不仅仅是知识的获取,更是一种对地球系统运作机制的深度探索。我期待着,通过阅读它,我能够获得一种更加宏观的视角,将那些看似孤立的地理现象串联起来,看到一个生生不息、充满活力的地球。

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当我在书架上发现《Lectures on Geophysical Fluid Dynamics》这本书时,我的内心涌起了一股强烈的探索欲望。我一直认为,地球的许多宏观现象,诸如气候的变迁、洋流的走向,甚至地质的活动,都与流体动力学有着密不可分的联系。我期待这本书能够为我揭示这些现象背后的科学原理。我设想着,它能够带领我深入了解,为什么不同纬度的海水温度会存在如此大的差异,又是什么力量驱动着全球范围的大气环流,形成我们所知的风带和季风。我希望作者能够以一种既富有深度又不失易懂的方式,阐述那些核心的流体动力学方程和概念,并能通过具体的例子,将抽象的理论与实际的地理现象紧密结合。我尤其对地球自转对流体运动产生的科里奥利效应感到好奇,希望这本书能够为我提供清晰的解释。这不仅仅是对知识的渴求,更是一种对地球系统运行机制的深刻理解。我期待通过这本书的学习,能够获得一种更加宏观的视角,从而更好地理解和认识我们所居住的这颗星球,并对自然界产生更深的敬畏。

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写的比较数学,和Pedlosky那本比起来的好处就是比较简介,能够读完并对这个领域有个大概的了解。缺点就是物理解释不太好,有些地方给的物理解释我都不懂,只是理解了数学。

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写的比较数学,和Pedlosky那本比起来的好处就是比较简介,能够读完并对这个领域有个大概的了解。缺点就是物理解释不太好,有些地方给的物理解释我都不懂,只是理解了数学。

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写的比较数学,和Pedlosky那本比起来的好处就是比较简介,能够读完并对这个领域有个大概的了解。缺点就是物理解释不太好,有些地方给的物理解释我都不懂,只是理解了数学。

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