大气科学中的数学物理问题 pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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☆☆☆☆☆

出版者:气象出版社

作者:黄思训

出品人:

页数:540

译者:

出版时间:2001-3

价格:50.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502931032

丛书系列:

图书标签:

气象
数学
地球科学
学术
专业
大气科学
数学物理
偏微分方程
数值模拟
大气动力学
大气热力学
边界层
大气辐射
大气化学
气候模型

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具体描述

黄思训、伍荣生编著的《大气科学中的数学物理问题》本书根据十多年来教学实践和科学研究的总结，以国内外大气科学发展趋势为思路，吸取近年来最新研究成果，并考虑到气象工作者及科研人员实际业务发展与提高的需要。本书以变分为出发点，介绍变分原理及其算法的数学知识，介绍Hamilton力学及最优控制，并给出这些理论在大气科学和流体力学中的某些应用，特别是在稳定性方面的应用。为了读者阅读方便，我们增加了必要的数学基础知识，另外根据实际需要，简明扼要地介绍了近代数学的一些基本概念(例如流形、广义函数、反问题的正则化思想、变分同化技术等)。全书深入浅出，物理概念清晰，并注重理论与实际相结合。

《大气科学中的数学物理问题》经教育部审定为普通高等教育“九五”国家级重点教材，可作为高等院校大气科学专业及相关专业的硕士生和博士生教材，也可作为气象、海洋、航空、农林、水利、环境等部门的科研人员和业务人员的参考用书。

《大气科学中的数学物理问题》引言大气科学，作为一门研究地球大气层及其物理过程的学科，其核心在于理解和预测瞬息万变的天气现象，以及长期演变的气候模式。从微观的分子运动到宏观的大气环流，从短暂的雷暴到漫长的冰期，这一切都遵循着严谨的物理定律，并可借助于深刻的数学语言加以描绘和分析。然而，将这些纷繁复杂的大气现象转化为可供分析和预测的数学模型，并从中提取有意义的物理洞见，绝非易事。这一过程充满了挑战，它要求我们不仅要掌握大气科学的专业知识，更要能够驾驭一套强大的数学物理工具。本书《大气科学中的数学物理问题》正是为了应对这一挑战而生。它深入探讨了大气科学研究中那些最核心、最具代表性的数学物理问题。这些问题不仅是理解大气现象的关键，也是推动该学科不断向前发展的驱动力。本书旨在为读者提供一个系统性的视角，帮助理解如何在抽象的数学框架下，严谨地描述、分析和解决大气科学中的实际问题。通过对一系列关键数学物理概念、方程及其应用进行详尽的阐述，本书希望能激发读者对这一交叉学科领域的兴趣，并为其进一步深入研究奠定坚实的基础。核心内容概览本书的章节设计紧密围绕大气科学中的关键数学物理问题展开，旨在系统性地构建读者的知识体系。第一部分：基础数学物理工具在深入探讨具体的大气科学问题之前，本书首先回顾并系统地梳理了大气科学研究中不可或缺的基础数学物理工具。这部分内容并非简单的罗列，而是侧重于这些工具在大气科学应用中的必要性和独特性。微分方程与偏微分方程：大气过程，如流体运动、热量传输、物质扩散等，其演化过程通常可以用偏微分方程来描述。本书将详细介绍那些在气象学和气候学中频繁出现的方程，例如 Navier-Stokes 方程（描述流体运动）、热传导方程、以及用于描述大气中粒子扩散的扩散方程。此外，还将讨论方程的分类（如椭圆型、抛物型、双曲型方程）及其在不同大气现象中的适用性。方程的解法，无论是解析解还是数值解，都将是重点讨论的内容。向量分析与张量分析：大气中的风场、温度梯度、压力梯度等都是矢量或张量场。向量分析提供了处理这些场量及其相互作用的数学框架，例如散度和旋度的物理意义，以及积分定理在计算流体通量等问题中的应用。张量分析则进一步推广了向量分析，在描述各向异性介质（如大气边界层中的湍流）和更复杂的物理现象时显得尤为重要。傅里叶分析与谱方法：大气现象往往具有空间和时间上的周期性或准周期性特征，例如行星尺度的大气波、日变化和年变化等。傅里叶分析能够将复杂的时空信号分解为一系列简单的正弦和余弦波分量，从而揭示其内在的周期性规律。本书将介绍傅里叶级数和傅里叶变换在分析大气数据、理解大气波传播以及发展谱数值模式中的应用。线性代数与特征值问题：在处理大型数值模式、进行稳定性分析或模式识别时，线性代数提供了强大的工具。本书将介绍矩阵运算、特征值和特征向量的概念，以及它们在理解大气系统的稳定性和模态（如大气振荡）中的作用。概率论与数理统计：大气现象本身具有内在的不确定性，天气预报更是面临着巨大的挑战。概率论和数理统计为量化和处理这种不确定性提供了理论基础。本书将介绍随机变量、概率分布、统计平均、相关性和回归分析等概念，并探讨它们在分析气象观测数据、评估模型预报能力以及进行气候变化归因研究中的应用。第二部分：核心大气物理过程的数学物理模型在掌握了基础数学物理工具后，本书将聚焦于大气科学中的几个核心物理过程，并阐述如何将其转化为严谨的数学物理模型。大气动力学：这是大气科学的核心分支之一，研究大尺度大气运动的规律。本书将深入解析大尺度流体动力学的基本方程组，包括原始方程组（或其简化形式，如原始方程）、运动方程、热力学方程、连续性方程以及水汽方程。我们将重点探讨这些方程如何描述风场的形成、气压梯度的作用、以及地球自转（科里奥利力）的影响。流体不稳定性理论，如斜压不稳定性，其数学描述和物理意义也将得到深入剖析。大气热力学与辐射传输：大气中的能量收支是驱动天气和气候变化的关键。本书将探讨大气热力学的基本定律，如能量守恒定律、理想气体状态方程、以及与相变（蒸发、凝结、升华）相关的过程。特别地，辐射传输方程将在书中占据重要地位，它描述了太阳短波辐射和地球长波辐射在大气中的吸收、散射和发射过程，是理解地球能量平衡和温室效应的基础。我们将讨论各种辐射传输模型，以及它们如何被用于模拟大气温度廓线和地表温度。大气边界层物理：大气边界层是大气与地表之间相互作用的区域，其动力学和热力学过程对地表天气有着直接影响。本书将介绍边界层内的湍流混合过程，以及如何利用平均速度方程和湍流模型（如一阶矩模型、二阶矩模型）来描述湍流的输送和耗散。还将涉及边界层内的热量和水汽通量计算，以及它们如何受到地表性质和大气稳定度的影响。云物理与降水过程：云的形成、演变和降水的产生是复杂的多相流物理过程。本书将从微观层面探讨水滴和冰晶的生长机制，包括碰撞合并、克努森扩散等。还将介绍如何用宏观模型来描述云和降水的动力学和微物理过程，例如云水混合比、冰水含量、以及降水粒子谱的演化。大气化学与气溶胶：大气中的化学反应和气溶胶粒子的行为对空气质量、气候和天气都有着深远的影响。本书将介绍大气的化学反应动力学，以及如何用化学动力学方程来描述污染物在大气中的转化和迁移。气溶胶粒子的形成、增长、沉降以及它们与辐射的相互作用也将是讨论的重点。第三部分：大气科学中的高级数学物理模型与前沿问题在构建了对基本过程的数学描述后，本书将进一步探讨更复杂的大气科学问题，以及当前研究中的一些前沿领域。数值天气预报方法：现代天气预报依赖于复杂的数值模型。本书将介绍数值模式的设计原理，包括空间和时间离散化方法（如有限差分法、有限体积法、谱方法）、以及保证数值稳定性和精度的技术。误差传播、同化技术（如变分同化、集合预报）等关键概念也将被引入，以理解模型预报的不确定性及其如何被量化。气候模型与地球系统模型：气候变化研究需要更长时间尺度和更全面的地球系统模型。本书将介绍气候模型的组成部分，包括大气、海洋、陆地表面和海冰的耦合，以及模型中涉及的能量和物质循环。地球系统模型则进一步考虑了生物地球化学循环、冰盖动力学等更复杂的相互作用，本书将对其进行概念性的介绍。大气波理论：大气中存在着多种类型的波，如声波、重力波、罗斯比波、马格努斯波等，它们在能量和动量的传输中起着重要作用。本书将深入探讨这些波的色散关系、传播特性以及它们在大气环流和天气系统中的作用。稳定性分析与分岔理论：大气系统有时会表现出非线性和混沌行为。稳定性分析能够帮助我们理解系统在受到微小扰动时的响应，而分岔理论则可以描述系统从一种状态跃迁到另一种状态的临界点。这些理论在研究大气突变现象（如极端天气事件）和气候的突变行为方面具有重要意义。不确定性量化与数据驱动方法：随着观测数据的增长和计算能力的提升，数据驱动的方法在大气科学中的应用日益广泛。本书将介绍如何利用统计模型、机器学习算法来分析大量气象数据，从中提取规律、进行预测，并量化模型的不确定性。本书的价值与读者定位《大气科学中的数学物理问题》并非一本面向初学者的入门教材，而是为那些已经具备一定数学和物理基础，并希望深入了解大气科学底层数学物理原理的读者量身定制。其目标读者包括：大气科学、气象学、气候学专业的本科生和研究生：为他们提供一个严谨的理论框架，帮助他们更好地理解专业课程中的数学模型和物理概念。应用数学、计算物理、地球物理等相关专业的学生和研究人员：帮助他们了解数学物理方法在解决复杂地球科学问题中的应用，并可能激发跨学科研究的兴趣。从事天气预报、气候模拟、环境监测等工作的专业人士：为他们提供更深刻的理论理解，帮助他们更好地解释和应用模型结果，并理解预报中的不确定性。对大气科学充满好奇，并拥有扎实数理基础的自学者：为他们提供一个系统性的学习路径，探索大气科学的迷人之处。通过对本书内容的系统学习，读者将能够：理解大气现象背后的数学物理原理：从根本上把握天气和气候变化的内在机制。掌握分析和解决大气科学问题的数学工具：能够独立地构建和分析简化的模型。深入理解现代大气科学研究方法：了解数值模式、气候模型等是如何运作的，以及其背后的理论基础。培养严谨的科学思维和分析能力：能够从复杂的现象中提炼出关键的物理和数学要素。为进一步的深入研究和跨学科合作打下基础：能够与不同领域的专家进行更有效的交流。结论《大气科学中的数学物理问题》是一次深入探索大气科学奥秘的旅程，它将带领读者穿越抽象的数学方程，触及生动的大气物理过程。这本书是连接纯粹数学物理理论与复杂地球系统现实的桥梁。通过对本书内容的细致研读，读者将不仅能够获得解决大气科学具体问题的能力，更能获得理解地球系统运行规律的深刻洞见。这本书是献给所有热爱探索自然规律，并善于运用数学物理语言来描绘和理解这个多姿多彩的大气世界的求知者的。

作者简介

目录信息

读后感

评分☆☆☆☆☆

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计确实相当考究，封面采用了深沉的藏青色调，搭配着烫金的字体，给人一种厚重而专业的学术气息。内页的纸张质感也属上乘，印刷清晰，即便是复杂的公式和图表也毫无模糊之感，长时间阅读下来眼睛也不容易疲劳。这样的用心看得出出版方在细节上的追求，对于理工科的专业书籍来说，阅读体验的舒适度至关重要，毕竟读者面对的往往是密密麻麻的数学符号和抽象的物理概念，任何一点阅读障碍都会加剧理解的难度。我尤其欣赏它在版式布局上的处理，将关键定义和定理用不同字体或背景进行了区分，使得知识点的层次感非常鲜明，这对于自学者或者需要快速检索特定内容的专业人士来说，无疑是极大的便利。即便是初次接触这个领域的读者，也能通过这种视觉引导，对全书的知识框架有一个初步的脉络认知，而不是被一堆文字和符号直接淹没。

评分☆☆☆☆☆

从内容的深度来看，这本书绝对不是一本泛泛而谈的入门读物，它显然是为已经具备一定基础，并希望在特定领域深耕的研究人员量身打造的。书中涉及到的许多前沿课题，例如湍流理论的最新数值解法，以及复杂系统中的信息熵在气象预报中的应用，都引用了近十年来的核心文献和突破性进展，这使得它保持了极高的学术前沿性。我发现它在处理一些经典难题时，引入了全新的视角和分析工具，比如它对边界层理论的阐述，不再拘泥于传统的经典解，而是着重探讨了在非稳态条件下的高精度近似方法，这对于需要进行数值模拟和精确建模的工程师而言，提供了非常直接的技术指导。这种深度和广度的兼备，使得这本书在专业资料库中占据了一个不可替代的位置，它更像是一本可以长期参考的“工具书”，而非仅仅是“读完即弃”的教材。

评分☆☆☆☆☆

如果说有什么可以探讨的地方，那就是全书对特定数值计算方法的讨论略显保守。虽然书中对解析解的推导非常详尽，对于理论基础的夯实起到了决定性作用，但在探讨如何将这些解析模型转化为实际可运行的计算机程序时，笔墨稍显不足。例如，在涉及到高阶精度格式的收敛性分析和大规模并行计算的优化策略时，期望能有更深入的探讨，或者至少提供一些权威的伪代码作为参考。毕竟，在现代大气科学研究中，数值模拟是核心驱动力，如何高效且稳定地求解那些复杂的非线性方程组，是每一个从业者必须面对的挑战。当然，这也许是作者的本意，即侧重于理论的“为什么”而非工程上的“怎么做”，但这无疑让这本书的实用价值在工程应用层面稍打了折扣，更偏向于理论物理与数学方法的探讨者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，它不像许多俄式或欧式翻译教材那样生硬晦涩，相反，它在保持严谨性的前提下，透露出一种近乎散文式的清晰流畅。作者在解释那些极为晦涩的数学推导步骤时，经常会使用一些非常形象的比喻，将原本抽象的物理量和维度变化具象化。例如，在描述拉格朗日与欧拉视角转换时，他没有简单地给出坐标变换公式，而是用“观察者在风中起舞与固定在地面眺望”这样的对比来阐释，一下子就抓住了核心差异。这种行文方式极大地降低了初读者的心理门槛，让人在不知不觉中消化了大量的复杂信息。此外，书中对于历史背景的穿插也处理得恰到好处，它会简要介绍某个核心理论的提出者及其面临的挑战，这使得学习过程不再是孤立的公式堆砌，而是一段探索真理的生动历程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容编排逻辑性强到令人叹服，它不是简单地将各个专业分支的知识点堆砌在一起，而是构建了一个非常流畅的知识递进体系。开篇部分对基础的偏微分方程和傅里叶分析进行了扎实的铺垫，确保了读者在进入到复杂的流体力学或热力学模型之前，必要的数学工具已经完全就位。随后，章节间的过渡非常自然，你会发现前一章未尽的数学技巧，在下一章立刻被应用到具体的物理问题求解中，这种“学以致用”的结构设计，极大地增强了学习的代入感和成就感。特别是关于非线性动力学在气候系统中的应用那一章，作者没有止步于理论推导，而是穿插了大量的实际案例分析，使得原本高冷的数学模型瞬间变得鲜活起来，仿佛能透过文字看到地球大气层的复杂运动规律，这是一种将抽象理论与宏观现象完美结合的典范。

评分☆☆☆☆☆

我只想说现在某些学校的课程设置问题大大滴

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张瑰的论文就占了一章。

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