Inverse Problems in Atmospheric Constituent Transport pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Enting, I. G.

出品人:

页数:412

译者:

出版时间:2005-8

价格:$ 103.96

装帧:Pap

isbn号码:9780521018081

丛书系列:

图书标签:

大气科学
反问题
成分输送
数值模拟
大气化学
数据同化
偏微分方程
大气物理
环境科学
数学物理

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具体描述

The critical role of trace gases in global atmospheric change makes an improved understanding of these gases imperative. Measurements of the distributions of these gases in space and time provide important information, but the interpretation of this information often involves ill-conditioned model inversions. A variety of techniques have therefore been developed to analyze these problems. Inverse Problems in Atmospheric Constituent Transport is the first book to give comprehensive coverage of work on this topic. The trace gas inversion problem is presented in general terms and the various different approaches are unified by treating the inversion problem as one of statistical estimation. Later chapters demonstrate the application of these methods to studies of carbon dioxide, methane, halocarbons and other gases implicated in global climate change. This book is aimed at graduate students and researchers embarking upon studies of global atmospheric change, biogeochemical cycles and Earth systems science.

《现代大气化学与气候变化：过程、模型与观测》图书简介本书深入探讨了现代大气化学的核心原理、关键过程以及它们如何驱动全球气候系统的变化。全书结构严谨，内容详实，旨在为大气科学、环境科学、气候学以及相关工程领域的学生、研究人员和专业人士提供一个全面且深入的视角。第一部分：大气组分的物理化学基础本部分着重于构建理解大气中物质循环的基础框架。我们首先回顾了大气的一般环流和结构，重点分析了气压、温度随高度的垂直分布，以及由此决定的混合层、对流层和平流层等关键区域的特性。接着，对大气中的主要组分进行了详细的分类和定量描述。这包括主要的惰性气体（如氮气和氧气）、重要的温室气体（如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮和臭氧）以及挥发性有机化合物（VOCs）和气溶胶的前体物。我们详细解析了这些气体在大气中的来源（自然源与人为源）和去除过程（沉降、化学反应）。化学反应动力学是理解大气化学演化的核心。本书专门用一章的篇幅讲解了大气中常见的反应类型，包括光解反应、气相反应（自由基链式反应、多体碰撞）和液相反应（云水和雾滴中的化学过程）。特别关注了羟基自由基（$ ext{OH}$）在清除大气污染物和氧化碳氢化合物中的“洗涤剂”角色，并提供了计算反应速率常数和活度参数的实用方法。热力学平衡在确定大气中各种物种的稳定性和相态转变中的作用也被充分阐述。第二部分：关键大气过程与循环本部分将理论知识应用于具体的大气现象和物质循环中。大气氧化性与臭氧化学：臭氧在对流层（作为污染物）和平流层（作为保护层）中的作用截然不同。我们详细分析了氮氧化物（$ ext{NO}_x$）催化下的臭氧生成与损耗循环，并探讨了城市光化学烟雾的形成机制。对于平流层，重点剖析了氯、溴自由基对臭氧层的破坏作用，包括极地平流层云（PSCs）在冬季催化反应中的关键作用。碳循环与气候反馈：深入分析了碳在海洋、生物圈和大气之间的交换过程。阐述了溶解碳酸盐系统在调节海洋 $ ext{CO}_2$ 吸收能力中的作用。对于生物地球化学循环，我们详细考察了植被光合作用、呼吸作用以及土壤微生物活动对大气 $ ext{CO}_2$ 和 $ ext{CH}_4$ 浓度的影响。重点讨论了气候变化本身（如永久冻土融化、海洋暖化）如何反过来增强温室气体排放的反馈机制。气溶胶的生成、传输与辐射效应：气溶胶被视为连接大气化学、动力学和辐射传输的关键桥梁。本书系统介绍了气溶胶的生成途径，包括直接排放和二次生成（如硫酸盐、有机气溶胶的凝结）。传输方面，讨论了长距离输送（如沙尘暴、火山灰）和边界层过程对气溶胶分布的影响。辐射效应部分，细致区分了直接效应（散射与吸收）和间接效应（云的形成与降水效率），并量化了不同类型气溶胶对地球辐射收支的贡献。第三部分：大气传输与区域/全球模型为了量化和预测大气组分的分布，大气传输模型至关重要。本部分聚焦于大气传输的物理过程和数值模拟方法。大气动力学基础：阐述了气团运动的驱动力，包括地转平衡、梯度风和摩擦力的作用。对流层顶的结构和重要性，以及不同尺度的环流模式（如哈德里环流、中纬度环流）如何控制污染物的区域和洲际传输，进行了详尽的数学和物理描述。传输模型构建：详细介绍了用于模拟大气组分传输和化学演化的核心模型类型：箱式模型（Box Models）、拉格朗日轨迹模型（Lagrangian Trajectory Models）以及欧拉网格模型（Eulerian Grid Models）。对于欧拉模型，本书重点讲解了求解复杂非线性化学微分方程组的数值方法（如半隐式、全隐式方法），以及如何处理平流、湍流混合和干/湿沉降等物理过程的参数化方案。模型应用与不确定性分析：展示了如何利用传输模型来评估特定排放源对区域空气质量的影响，以及分析全球温室气体浓度的长期趋势。同时，本书不回避模型固有的不确定性。我们探讨了输入数据的不确定性（如排放清单的精度）、过程参数化方案的选择对模型结果的影响，并介绍了敏感性分析和误差传播的初步方法，强调了观测数据在模型校准和验证中的不可替代作用。第四部分：先进观测技术与数据分析成功的环境科学研究离不开精确的观测数据。本部分介绍了用于监测大气组分和过程的先进技术。遥感技术：综述了基于卫星的遥感技术，包括总柱浓度测量（如 $ ext{OMI}$, $ ext{TROPOMI}$）和垂直廓线反演技术。讨论了传感器原理、反演算法的挑战（如校准、吸收光谱选择）以及如何利用多平台数据提高反演精度。地面与机载测量：详细介绍了地基傅里叶变换红外光谱（$ ext{FTIR}$）、差分吸收光谱（$ ext{DOAS}$）等长期监测网络的技术原理。在机载测量方面，重点介绍了使用高精度质谱仪和激光吸收光谱仪对自由基、超细颗粒物和痕量气体的原位测量方法，这些测量对于验证化学模型中的快速反应过程至关重要。数据同化与趋势识别：介绍了将观测数据融入到大气模型中以提高预测性能的数据同化技术（如四维变分同化）。最后，本书探讨了如何利用长时间序列的观测数据，结合统计学方法，可靠地识别出长期气候和化学趋势，并将其与自然变率区分开来。本书旨在提供一个全面的知识体系，帮助读者不仅理解大气中化学过程的“是什么”，更要掌握分析和预测其动态演变的“如何做”。