对流层大气波导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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康士峰，张玉生，王红光 著

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• 大气科学
• 大气波导
• 对流层
• 电磁波传播
• 无线电传播
• 大气物理
• 气象学
• 电离层
• 无线通信
• 大气湍流

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030422576

版次：1

商品编码：11604469

包装：平装

开本：16开

出版时间：2014-11-01

用纸：胶版纸

页数：231

字数：316000

正文语种：中文

内容简介

　　对流层大气波导是对流层低层大气环境中存在的一种特殊电波传播超折射现象。《对流层大气波导》面向实际应用，全面介绍了国内外大气波导研究与应用状况，重点分析了对流层大气波导的形成与变化机理、大气波导的特征与探测方法、大气波导的预测与预报方法，以及大气波导的超视距传播效应。基于海洋大气边界层海一气耦合相似性理论，介绍了蒸发波导的预测模型；基于大气动力学研究方法，分析了表面波导和悬空波导等低空波导的形成机理；基于MM5或wRF数值预报模式，给出了大气波导的区域模拟和预报方法；基于射线跟踪技术和抛物方程数值算法，分析了大气波导超视距传播特性，同时还介绍了对流层大气波导在雷达和通信等领域中的应用。
　　《对流层大气波导》可作为高等院校相关专业本科生、研究生的参考书，也可供相关领域的科研人员和工程技术人员参考。

目录

序
前言
中英文关键词和缩略语对照表
符号表

第1章 引言
1.1 大气波导现象和影响
1.2 国内外发展状况
1.3 本书主要内容

第2章 大气与海洋环境
2.1 大气环境
2.1.1 大气层组成
2.1.2 大气能量过程
2.1.3 大气边界层
2.2 海洋环境
2.2.1 海洋特征
2.2.2 海岸带
2.2.3 海-气能量交换
2.3 大气与海洋探测
2.4 无线电气象学

第3章 大气波导特征与探测
3.1 大气波导的特征
3.1.1 大气波导的概念
3.1.2 大气波导的分类
3.1.3 大气波导的主要特点
3.2 大气波导的探测
3.2.1 气象探空测量
3.2.2 气象梯度仪测量
3.2.3 微波折射率仪测量
3.2.4 雷达杂波反演探测
3.2.5 激光雷达大气探测
3.2.6 无人机大气探测

第4章 大气波导机理与预测
4.1 蒸发波导机理与预测
4.1.1 蒸发波导机理分析
4.1.2 蒸发波导预测模型
4.1.3 蒸发波导遥感预测
4.2 低空波导机理与特性
4.2.1 大气逆温的产生
4.2.2 地表辐射过程
4.2.3 下沉运动和锋面作用
4.2.4 海陆风平流过程
4.3 大气波导时空分布的数值分析
4.3.1 数值分析方法
4.3.2 大气波导与海洋要素的相关分析
4.3.3 大气波导的天气学分析
4.4 典型大气波导过程
4.4.1 海陆风与大气波导
4.4.2 台风与大气波导
4.4.3 海雾与大气波导

第5章 大气波导数值预报
5.1 气象预报原理和方法
5.2 大气数值预报基础
5.2.1 大气动力-热力学方程组
5.2.2 初始条件与边界条件
5.2.3 区域网格嵌套
5.2.4 大气物理过程
5.3 数值预报系统
5.3.1 MM5及其组成
5.3.2 网格嵌套和边界条件
5.3.3 降水物理过程和大气边界层方案
5.3.4 大气辐射和地表过程
5.3.5 WRF数值预报模式
5.4 区域大气波导预报
5.4.1 大气波导数值预报方法
5.4.2 数据同化、垂直分辨率和网格格距的影响
5.4.3 大气波导数值预报验证

第6章 大气波导超视距传播
第7章 总结与展望
附录1高级折射效应预测系统(AREPS)简介
附录2舰载大气波导监测与应用系统简介
参考文献
彩图

精彩书摘

　　《对流层大气波导》：
　　2.3大气与海洋探测
　　海洋气象与水文要素的探测是大气和海洋科学研究的基础，通过对大气温度、湿度、气压、风速风向、辐射和云雨、海温、波高等要素进行系统、连续或特定时段与区域的观测，为建模和预测预报提供数据和积累资料。
　　大气波导的产生和变化与气象水文参数密切相关，大气与海洋参数的探测主要有直接探测和遥感（间接）探测两种类型。直接探测是将传感器放置在测量位置或区域，利用感应元件与环境变化相互作用的物理或化学原理，直接测量环境参数的值；遥感（间接）探测则是依据声、光、电信号在大气和海洋环境中传播所经历的信号特性的变化，反演与之相关的大气和海洋要素值，又可分为主动遥感和被动遥感两种方式。主动遥感设备具有声、光、电发射源，利用测量环境对信号产生的吸收、散射、反射或折射等传播效应进行反演，被动遥感则是直接来自于测量环境或介质辐射的声、光、电信号，该信号特性与环境要素直接相关。
　　1）温度测量
　　温度是表示物体冷热程度的物理量、是物体分子热运动平均动能的标志。温度测量可分为接触式测温法和非接触式（遥感）测温法。接触式测温法的特点是利用处于被测环境中的某些材料热胀冷缩和电阻变化等物理现象，测温元件直接与被测对象接触，两者之间进行充分的热交换并达到热平衡，感温元件某一物理量的值就代表被测对象的温度值，目前气象上常用的探空仪和地面温度记录仪采用双金属片测温元件。接触式温度测量需注意的三个主要方面：①测温元件的特性与测量误差；②动态范围和迟滞现象；③测气温时的太阳辐射防护等。非接触式测温法则通过辐射测量和信号反演间接获得温度参数。超声温度仪根据接收声信号的变化来反演大气温度变化，红外和微波辐射计则利用遥感技术反演被测物体的温度。
　　研究海洋大气波导的产生机理和预测模型，需要对大气和海表温度进行较高精度的测量，其中对于大气温度的测量宜采用接触式直接测量，而对于海表温度可采用接触式直接测量，也可采用较为方便实用的非接触式红外遥感测量技术。
　　2）湿度测量
　　湿度表示空气中水汽的含量，是构成和反映大气状态和大气现象的基本因素之一。大气中的水分来源于地表的蒸发和植被的蒸腾。地表中的海洋、湖泊、河流、湿地和土壤向大气输送水分，其中占地球表面面积71%的海洋储藏着全球96.5%的水量，为大气提供86%的水汽。大气的湿度一般由海洋向内陆递减，空气含水汽的能力随气温的降低而减弱，所以空气湿度一般由地面向高空递减。气温不变时单位体积空气能容纳的水汽量有一定限度，湿度达到该限度时处于饱和状态。与湿度相关的物理量如下。
　　（1）混合比：湿空气中水汽质量与干空气质量之比。
　　（2）比湿：湿空气中水汽质量与湿空气质量之比。
　　（3）水汽压与饱和水汽压：湿空气中水汽的分压为水汽压，湿空气处于饱和状态时的水汽压为饱和水汽压，温度升高时饱和水汽压随之升高。
　　（4）绝对湿度：湿空气中水汽质量与该湿空气体积之比（单位体积湿空气中所含水汽的质量）。
　　（5）相对湿度：湿空气中的实际水汽压与同温度下饱和水汽压的百分比。相对湿度不仅与空气中的水汽含量有关，而且与气温有关，综合反映湿空气的水汽含量状态距离饱和状态的程度。
　　用于大气湿度测量的仪器多种多样，包括采用不同测量原理的干湿球湿度表、电学湿度表、光学湿度计等。气象台站和野外考察经常采用由干球和湿球两支温度表组成的干湿球温度表，其在低温（_10℃）时的相对湿度测量误差为10%。与其他测湿方法相比，目前在低温条件下最为有效的方法是采用露点仪，它是一种比较精密的测湿仪器。湿度测量最精确的方法是称重法（又称为绝对法），对于空气样本可称出干燥前后的质量，经常作为实验室内测湿的标准方法。
　　3）气压测量
　　气压是大气压力的简称，表示单位面积上从所在地点往上直至大气上界整个空气柱的重量。用于气压测量的仪器有水银气压表、空盒气压表、沸点气压表等，气压表按照精度和功能可以分为几个等级，不同的气压表测量精度差别较大，精确的测量需要经过仪器误差订正。空盒气压表具有便于携带、使用方便和容易维护等优点，普遍使用于无线电气象探空仪上。大气压力一般较为稳定，其随高度的关系可以采用压高公式估算。
　　4）风速风向测量
　　空气的运动产生气流即风。风速是一个三维矢量，可分解为一个垂直速度和两个水平速度，常规观测的风速风向一般是大气的水平运动平均风速和以正北为参考、顺时针旋转的风向。我国气象台站测量平均风速风向的仪器主要有EL型电接风向风速计、达因式风向风速计，脉动风测量采用热线风速仪，其他还有如多普勒雷达、风廓线雷达、激光雷达和声雷达等大型设备。
　　目前较先进的超声风传感器基于超声在大气中传播速度与风速相关的特性，即根据声速传播时间差（顺风和逆风）计算风速，探测水平的风速风向。超声风传感器有三个探头，探头之间保持120。的偏离角，超声波从一个探头传送到另一个探头所需要的时间与风速和超声通道有关，测量双向传输时间计算通道间的风速，其结果不受高度、温度和湿度的影响。为防止冻雨或冻雪的形成，可在探头内配置恒温控制加热器。超声测风方法有脉冲时差法、相位差法和声环法，因具有较大的测量范围、较高的灵敏度和响应速度，安装使用方便，具有较广泛的用途。
　　……

前言/序言

《近地表气象学与微气象》 内容简介 本书系统性地探讨了与地表层大气活动密切相关的气象学原理和微观尺度的天气现象。全书内容涵盖了辐射传输、能量平衡、水汽循环、边界层动力学以及地表微气候的形成与演变过程，旨在为读者构建一个全面、深入的近地表大气环境认知框架。 第一部分：地表能量收支与辐射平衡 本部分着重分析了地球表面与大气系统之间的能量交换机制。首先，我们详细阐述了太阳短波辐射在大气中的吸收、散射与透射过程，并探讨了地表对不同波长辐射的吸收特性，特别是植被、土壤和水体对能量的响应差异。 随后，章节深入剖析了地表长波辐射的机制。这包括地表自身的热量释放、大气逆辐射的物理模型，以及云层对长波辐射收支的调制作用。通过建立严谨的能量平衡方程，我们量化了地表感热通量、潜热通量与净辐射之间的关系，为理解地表温度的日变化和季节变化提供了坚实的理论基础。特别关注了城市热岛效应中，人为热源和建筑材料对局部能量收支的显著影响。 第二部分：水汽、凝结与地表水循环 本章聚焦于大气中水汽的输送、转化和相态变化。从基本的大气湿度参数（如露点、相对湿度、比湿）出发，系统介绍了水汽的扩散、平流和湍流输送过程。重点阐述了空气冷却导致水汽凝结的物理条件，详细分析了云的形成机制、云滴的增长过程，以及不同类型云的辐射特性。 地表水循环在本书中占据重要地位。我们讨论了蒸发（包括潜蒸发和植被蒸腾）过程的驱动力，并介绍了常用的蒸散量估算模型，如Penman-Monteith方程的原理和应用。此外，还对近地表水汽的垂直廓线特征进行了深入研究，解释了雾和露的形成与消散机制，以及它们对能见度和地表湿度的短期影响。 第三部分：行星边界层动力学与湍流传输 本部分是本书的核心内容之一，系统性地介绍了行星边界层（PBL）的结构、演化及其内部的动量、热量和水汽输送机制。边界层被划分为摩擦层、过渡层，并重点分析了中性、稳定和不稳定条件下边界层的差异。 湍流是边界层内混合和输送的主要驱动力。我们详细阐述了湍流的统计特性，包括脉动速度和标量的频谱分析。动量通量的传输被解析为风速廓线的变化，特别是地表粗糙度对风速梯度（即摩擦速度）的决定性影响。热量输送则通过浮力效应（如对流）进行研究，引入了Businger稳定度参数来描述边界层内的垂直混合强度。 此外，本书对高架湍流和逆温层下的湍流抑制现象进行了详细建模。通过分析摩擦力对风场的影响，我们解释了地转风与地表风之间的风廓线差异，为理解风能资源的潜力提供了动力学基础。 第四部分：地表过程与微气象现象 本部分将理论应用于实际的近地表环境分析。我们探讨了不同下垫面（如森林、农田、城市、水体）的特征参数，如反照率、粗糙度长度和空气动力学粗度，以及这些参数如何塑造局部的微气候。 城市微气候研究被单独列为重点。分析了城市几何形态（建筑密度、街道峡谷效应）对风场和辐射传输的“陷阱”效应。城市下垫面材料的热物理特性，特别是高热容和低反照率对城市热岛强度的贡献被量化分析。 在极端天气现象方面，本书深入探讨了地表逆温对污染物扩散的限制作用，以及强地面辐射冷却导致的霜冻天气机制。同时，也涉及了局地环流（如海陆风、山谷风）的形成动力学，解释了这些尺度较小、影响局地的天气系统的生成条件和时间尺度特征。 第五部分：观测技术与数据分析基础 最后一部分介绍了获取近地表气象信息的常用技术与方法。包括地基遥感（如辐射计、激光雷达）和常规气象观测（如百叶箱、风廓线仪）的原理和局限性。重点介绍了利用超声风速仪、涡动相关系统等先进设备进行湍流通量测量的方法，以及如何处理和分析时间序列气象数据，包括频谱分析和相关性检验等基本的数据处理流程。 本书力求理论与实际相结合，内容严谨，逻辑清晰，是气象学、大气科学、环境工程、农业科学以及城市规划等领域研究人员和高年级学生的重要参考读物。

评分☆☆☆☆☆

我真正感兴趣的是，作者是如何将宏观的大气动力学与微观的波导现象联系起来的。大气波导的形成，本质上是声波或电磁波在特定大气层结构中被“捕获”或“引导”传播的效应。因此，这本书如果足够精彩，它绝不仅仅是一本气象学的书，更应该是一本深入浅出的波动物理应用教材。我希望能看到对波导理论的数学描述，比如波动方程的求解、模态分析，以及如何将这些理论应用于实际的无线电传播预测或声学探测中。那种从麦克斯韦方程组或亥姆霍兹方程出发，逐步推导出波在非均匀介质中传播特性的逻辑推演过程，是最令人着迷的部分。如果书中能对不同类型的波导——比如地波导、对流层中部的超折射层——的形成机理和传播特性进行对比分析，并辅以历史上的经典案例研究，那就太棒了。这种深入剖析机制，并展现其在工程实践中影响力的叙事方式，才能真正体现出一部研究专著的深度和广度。

评分☆☆☆☆☆

最后，我非常关注这类深度研究书籍的“新颖性”和“局限性”的探讨。科学研究是永无止境的，一本成熟的专著在总结现有成果的同时，也应该诚实地指出当前理论的不足之处和未来可能的研究方向。例如，对于高分辨率三维大气结构的实时监测难题，目前的理论模型在处理快速变化的湍流效应时是否还存在盲区？或者，在处理非线性波相互作用，比如波的破碎和能量耗散机制时，是否已经形成了共识性的解释？一个严谨的作者不会将现有知识体系描绘得完美无缺，而是会留出思考的空间。如果这本书的结尾部分能以一种启发性的口吻，引导读者思考尚未解决的难题，并指出未来可能需要哪些观测手段或计算能力的突破才能攻克它们，那么这本书就不只是一份知识的总结，更像是一张指引未来研究者前行的路线图，这对于激励年轻学者投身这一领域将具有不可估量的意义。

评分☆☆☆☆☆

我个人认为，任何关于环境物理的专著，其价值的最终体现，必然在于其对现实世界问题的解释能力。这本书，如果聚焦于“对流层”，那么它必然要触及到与天气系统密切相关的波动现象。例如，在强对流天气（如雷暴、飑线）发生时，大气结构会发生剧烈且快速的变化，这对电磁波和声波的传播会造成怎样的瞬时影响？我希望书中能够提供一些关于“非常规传播”（Ducting）的案例分析，展示在特定气象条件下，信号传播距离如何远超经典视距传播的预测范围，以及这种现象在军事侦察或民用通信中的潜在应用和挑战。如果书中能涵盖一些现代遥感技术，比如利用大气波导原理反演大气参数的手段，那就更具前瞻性了。这样的内容，能够让读者清晰地看到，书中的理论是如何转化为解决实际工程难题的有力工具的。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验的角度来看，一本优秀的专业书籍应当是兼具学术严谨性和可读性的，尤其对于跨学科的读者来说。我非常好奇这本书的行文风格是否过于晦涩难懂。好的作者，即便处理的是最复杂的数学物理问题，也总能找到恰当的比喻和直观的解释来引导读者。比如，在解释波导中的“捕获效应”时，是否能用一个形象的类比来帮助我们理解能量是如何被限制在一个狭窄通道内的？此外，我对书中对技术发展的历史脉络的梳理很感兴趣。大气波导的研究成果并非一蹴而就，它必然经历了从早期的雷达探测试验，到数值模拟的飞速发展这一过程。如果作者能在关键的理论突破点上，介绍那些奠定基础的先驱学者和他们的里程碑式工作，这本书的“人文关怀”和历史厚重感就会大大增加，让读者在学习知识的同时，也能感受到科学探索的艰辛与魅力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名似乎带着一种非常专业且深入的科学气息，让人立刻联想到大气物理学中那些复杂而精妙的现象。我印象中，这类专业书籍通常会非常详尽地梳理一个特定领域的基础理论和前沿进展。首先，我期待它能构建一个扎实的基础框架，也许会从流体力学和热力学的基本原理讲起，逐步过渡到大气运动的宏观描述。毕竟，要理解任何波动的传播机制，对波动的载体——即大气环境——的深刻认识是不可或缺的。我猜想作者必然会花费大量篇幅来描述大气中温度、湿度、气压等关键参数的垂直分布特征，因为这些垂直梯度是形成各种波导结构（比如温度逆增层）的物质基础。好的专业书，不仅要告诉你“是什么”，更要解释“为什么会这样”，所以，书中对太阳辐射、地表加热、水汽凝结等驱动大气结构变化的物理过程的论述，想必是极其细致和富有洞察力的。如果能配上大量的实测数据曲线和理论模型图例，那无疑会大大增强其作为案头参考书的价值。总之，我对它在构建一个全面、严谨的大气物理背景知识体系方面的能力抱有极高的期望。