大气科学专业系列教材：大气科学中的数值方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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葛孝贞，王体健 等 著

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• 大气科学
• 数值方法
• 科学计算
• 高等教育
• 教材
• 大气物理
• 气象学
• 数学模型
• 计算机应用
• 专业课程

出版社： 南京大学出版社

ISBN：9787305112133

版次：2

商品编码：11273551

包装：平装

开本：16开

出版时间：2013-06-01

用纸：胶版纸

页数：282

字数：467000

正文语种：中文

内容简介

　　《大气科学专业系列教材：大气科学中的数值方法》总计十章，一至八章介绍常用数值方法，如插值与逼近、数值积分、线性和非线性方程的数值求解、方程求根法、矩阵特征值和特征向量求法、常微分方程初值问题数值解法以及偏微分方程定解问题的差分解法；第九至十章分别介绍了常微分方程组数值解法在大气化学的应用实例和偏微分方程组数值解精度的实例试验，供高年级学生及研究工作者参考。书中重点讨论了各种算法的构造原理和使用方法，对稳定性、收敛性误差估计和不同算法的特点都作了深入浅出的介绍，为了使读者在学习算法的基础上能掌握借助计算机解决问题的途径和技术，《大气科学专业系列教材：大气科学中的数值方法》中介绍的主要算法都附有计算流程、程序和示例。
　　《大气科学专业系列教材：大气科学中的数值方法》可作为大专院校大气科学专业及非数学专业高年级学生的教材或教学参考书，亦可供气象台站工作者或研究人员参考，又可作为自学教材。

内页插图

目录

第一章 绪论
1.1 气象问题与数值方法简介
1.2 离散变量与离散化
1.3 逼近的概念
1.4 误差及有关概念
1.5 习题

第二章 插值与数值逼近
2.1 引言
2.2 拉格朗日（Lagrange）插值多项式
2.3 埃特肯（Aitken）逐次线性插值
2.4 牛顿（Newton）插值
2.5 埃尔米特（Hermite）插值
2.6 样条函数插值
2.7 最佳一致逼近切贝晓夫插值法
2.8 计算流程、程序与示例
2.9 习题

第三章 线性代数方程组的解法
3.1 引言
3.2 矩阵代数
3.3 高斯（Gauss）消去法
3.4 高斯主元消去法
3.5 解三对角形方程组的追赶法
3.6 矩阵求逆
3.7 解线性代数方程组的迭代法
3.8 计算流程、程序与示例
3.9 习题

第四章 非线性代数方程的数值解法
4.1 引言
4.2 二分法及试点法
4.3 定点迭代法
4.4 牛顿（Newton）法
4.5 非线性方程组的数值解法
4.6 计算流程、程序与示例
4.7 习题

第五章 数值积分
5.1 等距节点求积公式
5.2 牛顿-柯特斯求积公式的精度
5.3 龙贝格（Romberg）逐次分半加速法
5.4 高斯型求积公式
5.5 计算流程、程序与示例
5.6 习题

第六章 差分方法总论
6.1 有限差分离散化方法
6.2 离散近似
6.3 初值问题差分格式的有效性
6.4 习题

第七章 常微分方程初值问题的数值解法
7.1 引言
7.2 Euler方法和改进的Euler方法
7.3 龙格-库塔（Runge-Kutta）方法
7.4 阿当姆斯（Adamas）方法
7.5 哈明（Hamming）方法
7.6 稳定性分析
7.7 初值问题几种实用时间积分格式及其稳定性分析
7.8 一阶常微分方程组的数值解法
7.9 计算流程、程序与示例
7.10 习题

第八章 偏微分方程的差分解法
8.1 偏微分方程的一些性质
8.2 偏微分方程的分类
8.3 偏微分方程差分格式的稳定性
8.4 抛物型方程的差分解法
8.5 双曲型方程的差分解法
8.6 椭圆型方程的差分解法
8.7 示例
8.8 习题

第九章 常微分方程组数值解法在大气化学的应用实例
9.1 大气化学动力学方程特征
9.2 大气化学动力学方程常用解法
9.3 大气化学动力学方程数值解法精度试验
9.4 结语与讨论
9.5 习题

第十章 偏微分方程组数值解精度实例试验
10.1 引言
10.2 平流（输送）方案及误差特征
10.3 区域数值预报模式（MM5）精度实例试验
10.4 高分辨区域输送模式（EM3）精度实例试验
10.5 结语与讨论
10.6 思考题
附录
参考文献

前言/序言

《地球物理流体力学导论》 作者： [此处可填写虚构作者名] 出版社： [此处可填写虚构出版社名] 图书简介： 本书旨在为地球物理学、大气科学、海洋学及相关工程领域的学生和研究人员提供一个全面且深入的《地球物理流体力学》基础知识体系。本书聚焦于流体力学原理在行星尺度地球系统中的应用，强调了科里奥利力、惯性力、压强梯度力以及粘性力等关键物理量在塑造地球大规模运动中的核心作用。 核心内容与结构： 本书分为十章，逻辑清晰，循序渐进，从最基础的流体力学概念出发，逐步过渡到复杂的地球系统动力学模型构建。 第一部分：流体力学基础与参考系的选择 第一章：流体的基本性质与运动描述 本章详细阐述了流体静力学平衡的条件，重点介绍了流体运动学的基本概念，包括流线、迹线和脉线。我们深入探讨了物质导数（拉格朗日导数）与空间导数（欧拉导数）之间的关系，这是理解流体运动随时间演化的关键。本章还引入了流体的基本守恒律——质量守恒方程（连续性方程）的矢量和分量形式，并讨论了不可压缩与可压缩流体的基本差异。 第二章：牛顿运动定律在流体中的应用 本章是理解地转运动和梯度风的基础。我们推导了纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程，这是描述粘性流体运动的核心偏微分方程组。重点讨论了粘性项的引入及其对动量传输的影响。随后，本章将这些方程应用于不同尺度问题，包括伯努利原理的推广形式及其在地球物理流体中的局限性。 第三章：旋转参考系下的动力学 地球物理流体力学的核心特征在于其旋转参考系。本章详细介绍了科里奥利力和离心力的引入。通过坐标变换，我们推导出了在地球固定坐标系下的运动方程，清晰展示了科里奥利力如何显著地偏转大尺度运动的路径。本章通过清晰的矢量分析，解释了科里奥利力与惯性力、压强梯度力之间的动态平衡。 第二部分：基本平衡态与尺度分析 第四章：地转平衡（Geostrophic Balance） 本章是本书的重点之一。我们分析了在行星尺度上，水平压强梯度力与科里奥利力达到平衡的条件——地转平衡。推导了地转风和地转流的表达式，并讨论了其在海洋环流和中尺度大气环流中的广泛应用。本章还深入探讨了地转平衡的物理意义：为什么在地转平衡下，流体运动的方向与等压面（或等位势面）的梯度方向垂直。 第五章：梯度风平衡（Gradient Wind Balance） 地转风是理想化的平衡态。本章引入了惯性力（曲率项），推导出梯度风方程，该方程包含了地转风、向心力和科里奥利力之间的完整平衡。我们详细讨论了在气旋（低压）和反气旋（高压）系统中，梯度风如何区别于纯粹的地转风，并分析了在极高或极低压梯度区域的物理限制。 第六章：尺度分析与地球物理流体的特征 尺度分析是简化复杂方程组的有力工具。本章系统地介绍了如何根据物理量的大小关系（如惯性力、科里奥利力、粘性力）来判断不同力主导的运动尺度。据此，我们定义并讨论了罗斯比（Rossby）数、埃克曼（Ekman）数以及弗鲁德（Froude）数等无量纲参数，它们是区分不同类型地球物理流体运动（如惯性运动、地转运动、粘性扩散）的关键判据。 第三部分：波动、涡度和环流 第七章：地球物理中的涡度动力学 涡度（Vorticity）是描述流体旋转特性的重要量。本章从动量方程出发，推导出绝对涡度方程，并详细分析了涡度方程中的各项物理含义，包括水平涡度项、垂直涡度项（科里奥利力影响）、斜压项和摩擦项。重点阐述了位涡（Potential Vorticity）概念，它是理解中尺度涡旋和斜压不稳定性的基础。 第八章：地球系统中的波动现象 地球流体受扰动时会产生各种波动。本章系统性地介绍了行星波，特别是重力波（内部与外部）和惯性波。着重分析了开尔文波（Kelvin Wave）和保里（Poincaré）波，并探讨了这些波动在能量传输和气候系统中的作用。此外，本章将介绍科里奥利力如何通过影响波的色散关系来决定波的传播特性。 第九章：埃克曼输运与边界层理论 本章专注于粘性力和科里奥利力共同作用下的边界层现象。我们推导了埃克曼螺旋，并得出了著名的埃克曼动量方程和埃克曼质量守恒方程。重点分析了埃克曼层内的速度剖面和净质量输运（埃克曼输运），该输运是驱动海洋上层环流和中纬度气旋/反气旋垂直运动的关键机制。 第四部分：流体稳定性与运动模式 第十章：流体稳定性分析与斜压/正压不稳定性 本章将理论应用于天气和气候系统中的不稳定性机制。首先回顾了对流层中的静力稳定性（布伊辛涅斯克近似下的浮力频率），随后深入探讨了流体运动的线性稳定性理论。详细分析了正压（Barotropic）不稳定性（如剪切不稳定性）和斜压（Baroclinic）不稳定性（如中纬度气旋的生成机制），揭示了地球系统能量向组织化运动转化的物理过程。 适用对象： 本书内容严谨，推导详尽，配有大量的实例和几何解释，适合作为大学高年级本科生和研究生《地球物理流体力学》课程的教材。同时，对于从事海洋动力学、大气物理学、气候建模以及水利工程等领域的专业人士，本书也是一本重要的参考手册。 本书特色： 严谨的数学推导： 确保读者能从第一性原理理解复杂方程的来源。 强调物理图像： 通过大量的图示和案例分析，帮助读者建立清晰的地球物理流体运动直觉。 跨学科连接： 明确指出各个概念在海洋环流、大气动力学以及行星大气（如类地行星）中的对应关系。 注重平衡态分析： 系统梳理了地转、梯度风、以及埃克曼平衡在地球流体运动中的主导地位。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大感受是其内容的前沿性和系统性。作为一名在大气科学领域进行研究生学习的学生，我深知数值方法的重要性，尤其是在处理复杂的大气现象时。然而，市面上很多教材往往侧重于某一方面的数值技术，或者过于偏重理论推导而忽视了实际应用。这本书则恰恰弥补了这一不足。它以一种非常全面和深入的方式，系统地介绍了大气科学中常用的数值方法，从离散化技术的原理，到实际应用的案例分析，都进行了详尽的阐述。我特别喜欢书中对各种方法的计算效率和内存占用的讨论，这在大规模数值模拟中是至关重要的考量因素。此外，书中还探讨了如何将这些数值方法应用于解决诸如天气预报、气候模拟、空气质量预测等实际大气科学问题，这让我看到了理论知识与现实世界之间的紧密联系。书中提供的参考文献列表也非常丰富，为我进一步深入研究提供了宝贵的资源。这本书的出版，无疑为大气科学领域的教学和研究提供了一份宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，《大气科学专业系列教材：大气科学中的数值方法》提供了一个前所未有的视角来审视大气科学的研究方法。我之前对数值方法的理解主要停留在表面，知道有一些方法可以用来解决问题，但具体原理、优劣势以及适用范围却知之甚少。这本书就像一把钥匙，为我打开了新世界的大门。它从最基础的数学理论出发，一步步构建起数值方法的知识体系。我特别欣赏书中对各种算法的几何解释，比如有限差分法中对导数的近似，以及有限体积法中对守恒量的积分处理。这些直观的解释让我更容易理解抽象的数学公式。而且，书中对于不同数值方法的比较分析非常到位，让我明白了为什么在不同的场景下需要选择不同的方法。例如，在模拟波传播时，某些方法可能表现出更好的色散和耗散特性，而在处理强迫项时，其他方法可能更为鲁棒。这本书还涉及到了高性能计算中的一些并行算法和数值库的应用，这对于想在现代高性能计算平台上进行大气模拟的研究者来说，非常有指导意义。总之，它不仅仅是一本教材，更是一本帮助我们深入理解并掌握大气科学数值模拟核心技术的实用指南。

评分☆☆☆☆☆

作为一名有一定经验的大气模型开发者，我一直深感理论知识与实践应用之间的鸿沟。很多时候，我们在使用现有的模型时，对于背后复杂的数值算法并没有完全透彻的理解，这在模型调试和性能优化时常常会遇到瓶颈。这本《大气科学专业系列教材：大气科学中的数值方法》恰好填补了这一空白。它并没有停留在泛泛而谈的介绍，而是深入剖析了诸如迎风格式、中心差分格式、龙格-库塔方法等在模拟大气动力学过程中扮演的关键角色。书中对这些方法的推导过程严谨且详实，同时又联系实际的大气方程组，例如原始方程组、简化的方程组等，讲解了如何在离散化过程中保持物理守恒性。令我惊喜的是，书中还特别关注了边界条件的离散化处理，以及如何处理数值模拟中的非线性项，这些都是在实际模型开发中经常遇到的难题。作者还花了大篇幅讨论了数值误差的来源，例如截断误差、舍入误差，以及如何通过网格加密、更高阶的方法来减小这些误差。这本书的价值在于，它能够帮助我们从“知其然”提升到“知其所以然”，从而更有效地理解模型的行为，并能够根据实际需求进行定制化开发和优化。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，《大气科学专业系列教材：大气科学中的数值方法》是一本让我大开眼界的好书。我之前接触过一些关于数值方法的内容，但总是感觉碎片化，不成体系。这本书则以一种非常清晰、逻辑性强的结构，将大气科学中的数值方法一一展现在我面前。从最基础的一阶、二阶差分格式，到更高级的谱方法，书中都进行了深入浅出的讲解。我特别赞赏书中对网格生成、边界处理以及如何处理不规则地形等实际问题的讨论，这些都是在构建真实世界的大气模型时不可或缺的环节。书中还提到了数据同化与数值方法的结合，以及如何在数值模拟中融入观测数据，这对于提高预测精度至关重要。而且，书中对于不同方法的误差分析和收敛性证明也做得非常到位，这让我能够更加深入地理解方法的理论基础，并且在实际应用中避免一些常见的错误。总的来说，这本书不仅提供了丰富的知识，更重要的是，它教会了我如何去思考和解决大气科学中的数值问题，这种启发性的教学方式让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是为大气科学领域的研究者和学生量身打造的！我之前一直在寻找一本能够系统性地梳理和讲解大气科学中各种数值方法的教材，市面上很多书要么过于理论化，要么只聚焦于某一特定领域，缺乏全局观。而这本《大气科学专业系列教材：大气科学中的数值方法》则完全不同。它从最基础的数学原理讲起，循序渐进地介绍了有限差分法、有限体积法、谱方法等核心数值离散技术，并且特别强调了这些方法在实际大气模型构建中的应用。让我印象深刻的是，书中不仅给出了数学推导，还配有大量清晰易懂的图示和伪代码，这对于我这样的初学者来说，理解抽象的概念和算法起到了至关重要的作用。而且，书中还深入探讨了数值方法的稳定性和精度问题，以及如何选择最适合特定问题的数值方案。这对于我以后参与到大气模型开发和改进的工作中，无疑是宝贵的财富。我特别喜欢它在介绍不同方法时，都会详细分析各自的优缺点，以及适用的场景，这让我能够更清晰地认识到每种方法的独特性，也为我解决实际问题提供了多种思路。读完这本书，我感觉自己对大气数值模拟的理解达到了一个新的高度，不再是零散的知识点，而是形成了一个完整的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容比较丰富，买的也比较值

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发货速度比较快，质量不错

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容比较丰富，买的也比较值

评分☆☆☆☆☆

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666

评分☆☆☆☆☆

没有我想要的内容，全是理论，不太好

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

不错

评分☆☆☆☆☆

不错