Storm and Cloud Dynamics, Volume 99, Second Edition (International Geophysics)

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出版者:Academic Press
作者:William R. Cotton
出品人:
页数:820
译者:
出版时间:2010-10-15
价格:USD 84.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780120885428
丛书系列:
图书标签:
  • Atmospheric
  • 大气动力学
  • 云物理
  • 气象学
  • 地球物理学
  • 对流
  • 大气稳定
  • 数值模拟
  • 天气预报
  • 大气边界层
  • 热力学
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具体描述

This book focuses on the dynamics of clouds and of precipitating mesoscale meteorological systems. Clouds and precipitating mesoscale systems represent some of the most important and scientifically exciting weather systems in the world. These are the systems that produce torrential rains, severe winds including downburst and tornadoes, hail, thunder and lightning, and major snow storms. Forecasting such storms represents a major challenge since they are too small to be adequately resolved by conventional observing networks and numerical prediction models.

* Provides a complete treatment of clouds integrating the analysis of air motions with cloud structure, microphysics, and precipitation mechanics * Describes and explains the basic types of clouds and cloud systems that occur in the atmosphere-fog, stratus, stratocumulus, altocumulus, altostratus, cirrus, thunderstorms, tornadoes, waterspouts, orographically induced clouds, mesoscale convection complexes, hurricanes, fronts, and extratropical cyclones * Summarizes the fundamentals, both observational and theoretical, of atmospheric dynamics, thermodynamics, cloud microphysics, and radar meteorology, allowing each type of cloud to be examined in depth * Integrates the latest field observations, numerical model simulations, and theory * Supplies a theoretical treatment suitable for the advanced undergraduate or graduate level, as well as post-graduate

好的,这是一份关于一本假想的、与《Storm and Cloud Dynamics, Volume 99, Second Edition (International Geophysics)》内容完全无关的图书的详细简介。 --- 《地球深部结构与板块构造的微观动力学:地幔对流与岩石圈变形的数值模拟》 作者: 艾伦·R·汉森 博士 (Dr. Allan R. Hansen),朱莉娅·K·陈 教授 (Prof. Julia K. Chen) 出版信息: 伦敦地质科学出版社 (London Geological Press),2024年秋季版 ISBN-13: 978-1-998765-43-2 系列丛书: 地球物理学前沿研究系列 (Frontiers in Geophysics Research Series) 内容简介 深入探究地球内部的终极引擎:一场关于地幔、板块和时间尺度的革命性探索。 《地球深部结构与板块构造的微观动力学:地幔对流与岩石圈变形的数值模拟》并非一本关注大气现象的著作,而是将读者带入地球表面之下数千公里深处,聚焦于驱动地球表面宏伟地质活动的根本力量——地幔对流与岩石圈相互作用的尖端研究。 本书的两位作者,地动力学领域的权威——汉森博士和陈教授,汇集了他们在高精度数值模拟、高压岩石物理学和地球热力学方面的多年研究成果,旨在提供一个对板块构造机制理解的全新、统一且高度量化的框架。全书共分为五个主要部分,层层递进,从基础的流变学模型构建,到复杂的、包含多相变过程的深部动力学模拟,为研究生、高级研究人员以及地球物理学的专业人士提供了一部不可或缺的参考指南。 第一部分:基础理论与数值方法论的革新 本部分首先回顾了地球动力学领域自20世纪中叶以来的经典理论框架,重点阐述了黏滞对流、扩散耦合以及热边界层理论在描述地幔动力学中的局限性。随后,本书的核心创新之处——高精度有限元方法 (High-Fidelity Finite Element Method, HFEM) 在解决高度非线性、跨尺度动力学问题中的应用被详细介绍。 作者详细讨论了如何有效地在三维球壳模型中处理极端的粘度变化(跨越数十个数量级),以及如何整合瑞利数和普朗特数在不同深度范围内的耦合效应。特别值得关注的是,本部分引入了一种新的时间步进策略——“适应性网格再细化与时间步长耦合算法 (Adaptive Mesh Refinement and Time-Stepping Coupling, AMR-TSC)”,该算法极大地提高了对地幔羽流上升和俯冲带变形前沿的捕捉精度,同时显著降低了计算资源需求。 第二部分:地幔流变学与相变驱动的动力学 地幔的物质行为是驱动板块运动的关键。本部分深入探讨了当前主流的流变学定律(如幂律、指数律)在描述上地幔和下地幔过渡带(410/660公里间断面)物质行为时的不足。 核心章节聚焦于压力和温度耦合下的矿物相变动力学。作者结合最新的实验高压矿物学数据,构建了能够实时响应矿物相变(例如,橄榄石到尖晶石结构的转变)带来的密度和体积变化对流体动力学影响的本构方程。书中通过多个案例研究,展示了这些相变是如何在动力学模拟中自发地产生垂直结构(如深部热池的形成)和水平流动(如地幔片层化),并详细分析了过渡带的“阻力效应”如何影响俯冲板片的穿透深度。 第三部分:板块边缘的岩石圈变形与应力传递 板块构造的可见表象——地震、火山和造山运动,根植于岩石圈的形变。本部分将视角从深部地幔转移至最上层的刚性或粘弹性岩石圈。 本书重点分析了脆塑性转换带在构造应力传递中的作用。作者通过精细的数值模型模拟了大陆碰撞带(如喜马拉雅地区)的应力叠加与多尺度裂解过程。一个突出的章节是关于海洋岩石圈冷却与减薄的建模,展示了俯冲过程中地幔楔流对深部俯冲板片上覆地幔的加热和流变学影响,从而解释了某些深源地震的迁移模式。此外,本书还首次系统地将地壳的非均匀性(如古老克拉通核与年轻裂谷带的差异)纳入到全尺度板块模型中进行量化分析。 第四部分:地幔热对流与地表环境的反馈 地幔对流不仅塑造地貌,也深刻影响了地球的演化历史。本部分探索了地幔热柱(Plume)的起源、上升路径以及它们如何通过热物质传输影响地表岩浆活动和地幔物质的化学演化。 数值模拟结果揭示了地幔物质分异(如岩浆洋演化残余物)如何影响现代地幔对流的模式。书中提供了一系列关于不同地幔热力学状态(如完全混合或强烈分层)下的动力学演化对比,并评估了地幔柱活动对大气二氧化碳循环的长期影响,通过耦合地幔热通量与地表侵蚀率模型,试图建立一个跨越数亿年尺度的地球系统反馈模型。 第五部分:未来挑战与计算地球物理学的展望 本书的最后一部分展望了该领域未来的研究方向。作者讨论了将更复杂的物理化学过程(如含水矿物的扩散与脱水作用)纳入到三维全地幔模型中的可行性。同时,他们也探讨了如何利用人工智能和深度学习算法来加速复杂的非线性模拟的求解过程,例如通过构建替代模型(Surrogate Models)来快速预测不同边界条件下地幔流动的状态。 《地球深部结构与板块构造的微观动力学》是一部结构严谨、数据详实、方法前沿的专著。它不仅是理解地球内部运作机制的基石,更是推动地球物理数值模拟技术向更高精度、更广尺度迈进的催化剂。阅读本书将使读者对我们脚下这颗行星的复杂性和内在美获得深刻的洞察。

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