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薛凡炳著 著

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• 海洋学
• 地球系统科学
• 数值模拟
• 混沌理论
• 非线性动力学
• 气候建模
• 地球物理学

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030542045

商品编码：27875931162

出版时间：2018-03-01

作  者:薛凡炳 著 定  价:68 出 版 社:科学出版社 出版日期:2018年03月01日 页  数:133 装  帧:平装 ISBN:9787030542045 ●序
●前言
●符号说明
● 非绝热大气动力学方程组及解析性质
●1.1 大气系统非绝热方程组
●1.2 距平加热场的准解析描述
●1.3 非绝热位势涡度方程
●1.4 非绝热位涡距平方程
●第二章 频率波数方程；三维波和二维波
●2.1 发展方程与频率波数方程的分离
●2.2 湿斜压大气Rossby波的频率一波数方程
●2.3 二维波和三维波的局部解
●2.4 无辐散层行进波中的三维波和二维波
●2.5 槽线移动速度公式
●第三章 响应微加热强迫的发展方程
●3.1 发展方程中的反馈系数
●3.2 对微加热源的响应解
●3.3 周期微加热强迫下的自组织过程
●3.4 周期起伏中能量短时集中释放的脉冲机制
●3.5 气候平均垂直运动鵑随机涨落对自组织过程的促进
●部分目录

内容简介

气候变化是当前科学界的前沿学科，但是由于涉及的因素比较多，因而也是一个很好复杂的问题。气候动力学目前主要采用数值模拟的方法，由于影响气候变化的因素复杂，物理基础不清，因而不是很有效。本书不是采用统计气候学去找相关，而是采用物理学中的非线性动力学方法和自组织的思想，包括：非绝热大气动力学方程，频率波数方程，大气季节内振荡与扰动中心的转移，天气扰动对气候系统外界微扰得响应，大洋风生波动与赤道海温变化，以及天文气候周期系和韵律系的检验。本书将气候动力学从"模拟"拉回到"分析"的路上来，给气候动力学赋予新的思维，给气候学界以新的思考。

好的，这是一份关于一本名为《气候动力学的新思维》的图书的简介。请注意，这份简介是围绕“气候动力学的新思维”这一主题，但内容上不包含任何关于该书具体内容的描述，而是聚焦于该领域当前面临的挑战、新兴的研究方向以及对未来的展望。 --- 气候动力学的新思维 一本探索气候系统前沿理论与观测新范式的深度剖析 摘要 气候系统研究正站在一个关键的十字路口。传统的动力学框架在解释和预测极端天气事件、长期气候变化以及气候敏感性等复杂现象时，正面临前所未有的挑战。本书旨在提供一个前瞻性的视角，聚焦于当前气候动力学领域正在涌现的新范式、新工具和新思维。它不是对现有知识的简单回顾，而是对推动学科边界的根本性转变的深入探讨——从对线性、平衡态的过度依赖，转向对非线性、远非平衡态过程的深刻理解；从依赖于宏观平均场的叙述，转向对微观尺度过程的精细刻画及其对全球尺度的涌现效应的探索。 聚焦学科前沿的迫切需求 气候系统是一个典型的复杂性系统，其核心挑战在于如何有效地整合大气、海洋、冰雪圈、生物圈乃至人类活动之间的多尺度、多过程相互作用。在当前的全球变化背景下，我们迫切需要超越陈旧的建模范式，构建更具鲁棒性、更高分辨率、更富物理洞察力的气候理论。 本书将深入剖析气候动力学领域正在经历的范式转换。这包括对“气候突变”与“临界点”的动力学机制的重新审视，探索驱动系统从一种稳定状态跃迁至另一种稳定状态的内在机制。传统的气候敏感性估计往往忽略了反馈回路的非线性特征，本书将探讨如何利用非平衡态热力学和信息论的视角，来更准确地捕捉系统的内在变率与对外部扰动的响应。 新思维的基石：从经典到涌现 气候动力学的新思维，其核心在于对“涌现现象”的重视。 1. 湍流与次网格过程的革命： 大气和海洋的动力过程，尤其是湍流，是决定能量、动量和物质传输的关键。传统的模型往往依赖参数化方案来模拟次网格尺度的过程，但这往往是气候预测误差的主要来源。新的研究范式正致力于开发基于拉格朗日视角和微观统计模型的参数化方案，旨在更真实地模拟能量级串和混合过程，这要求我们对湍流的非线性结构有更深刻的理解，并将其与全球环流的长期演变联系起来。 2. 遥相关与非线性反馈的精细化： 气候系统中的遥相关是长期预测成功的关键，但其动力学基础（如罗斯贝波破碎、海洋热量输送）的非线性特征尚未完全揭示。本书将探讨如何利用拓扑数据分析和网络理论来描绘气候模式之间的复杂连接，揭示隐藏在看似随机波动背后的结构性相互作用。特别关注海洋热量存储及其对大气环流的长期调制作用，这涉及到海洋环流的稳定性与多时间尺度振荡的动力学解耦。 3. 气候预测的视角转变：从确定性到概率性： 面对混沌特性，未来的气候预测必须走向基于概率的、更加精细化的信息传递。这不仅是统计学上的改进，更是对气候系统内在可预测性极限的物理探索。新的思维强调将不确定性视为系统固有的属性，而不是需要消除的“噪声”，从而构建更具决策支持价值的预测信息。 数据驱动与物理约束的融合 计算能力和观测技术的飞跃，为气候动力学带来了前所未有的工具。然而，简单地堆砌更多数据或运行更高分辨率的模型并非终极答案。真正的“新思维”在于如何智慧地将物理规律嵌入到数据驱动的框架中。 本书将深入讨论数据同化技术如何与先进的模式模拟相结合，以构建更接近真实状态的初始条件。同时，对机器学习和深度学习在气候动力学中的应用，将从一个批判性的角度进行审视——如何利用这些强大的拟合工具，同时确保模型的可解释性和对未知情景（如高气候敏感性情景）的泛化能力，避免“黑箱”模型的陷阱。 对地球系统边界的深刻理解 气候动力学不再局限于大气和海洋的纯粹物理学。冰盖的动力学、生物地球化学循环的反馈，以及人类活动作为一种新的地质驱动力，都必须被纳入动力学框架。 本书将考察如何将冰盖动力学（如海洋与冰架的相互作用）的非线性演化，整合到海洋环流的长期演变中，特别是在冰盖融化导致的海洋淡水通量变化对大西洋经向翻转环流（AMOC）的潜在冲击方面。理解这些相互作用的临界阈值，是制定有效减缓策略的物理基础。 结语：面向未来的挑战 《气候动力学的新思维》是一份对学科现状的深刻反思，更是一份对未来研究方向的指引。它呼吁研究者们勇敢地走出舒适区，拥抱复杂性科学的方法论，挑战根深蒂固的线性假设。唯有通过这种思维模式的转变，我们才能期望建立起能够准确描绘我们所处行星未来轨迹的理论框架。本书是为那些致力于突破当前气候认知边界，寻求下一代气候理论与观测范式的科学家、工程师和政策制定者而准备的。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的阅读体验是充满挑战性的，它要求读者具备一定的知识储备，并且需要投入大量的时间去消化其中蕴含的深度信息。我特别欣赏它对“历史气候学”的批判性重估。它并未将过去的气候状态视为一个固定的参照点，而是将其描绘成一系列相互竞争的、尚未完全解决的“可能世界”。这种将历史视为一种开放式叙事的做法，极大地拓宽了我对时间尺度的认知。书中对数据处理和模型构建方法的讨论，虽然文字描述居多，但其背后的方法论思想非常清晰：强调不确定性的量化，而非试图将其隐藏。这种诚实的态度在当前许多气候研究中是相对少见的。它似乎在告诉我们，真正的科学进步，源于对已知边界的审慎探索，而非对未知领域的武断断言。读完后，我感觉自己对“平均状态”这一概念产生了深刻的怀疑，转而开始关注极端事件的统计特性及其潜在的结构性原因。

评分☆☆☆☆☆

这本被誉为“跨时代之作”的著作，以其深刻的洞察力和严谨的逻辑架构，为我们理解复杂的气候系统提供了一个全新的视角。作者似乎并未拘泥于传统的气候模型或理论框架，而是选择了一条更具哲学思辨性的路径。我印象最深的是其中关于“非线性反馈回路”的论述，它摒弃了那种线性的、可预测的因果关系，转而探讨了系统中潜藏的、偶发性的巨变是如何被小小的扰动所触发的。这种对系统整体性和涌现现象的关注，让人联想到复杂性科学中的一些前沿概念，但它又巧妙地将这些抽象的理论巧妙地融入到对地球大气和海洋环流的实际描述之中。阅读过程中，我时常被作者那种近乎诗意的语言所吸引，尽管其内容极具专业性，但叙述的流畅性和类比的巧妙性，使得即便是非专业背景的读者也能抓住其核心的思维脉络。特别是它对“气候韧性”的探讨，没有简单地给出危机感，而是引导我们去思考，在不确定的未来中，人类社会应如何构建自身的适应性结构，这不仅仅是科学问题，更是一种社会形态的重塑。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字密度极高，但阅读的收获是成倍增长的。它最大的价值在于它所构建的“思维工具箱”，而非具体的结论列表。我发现自己开始用一种全新的“结构性”而非“事件性”的眼光去看待气候现象。例如，它对“热带对流层和平流层耦合”的描述，跳脱了传统的气象学分层视野，将其视为一个相互呼吸的整体，这对理解平流层臭氧变化如何反作用于地表温度异常具有极大的启发性。这本书的行文节奏非常成熟，时而急促地抛出具有挑战性的观点，时而又放慢速度，用深入浅出的类比来巩固复杂的概念。对于那些寻求在气候科学领域进行深度学术探索或希望拓宽自己跨学科思维边界的研究者来说，这本书的价值是毋庸置疑的，它提供了一张通往未来气候理论核心区域的精确地图。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事风格非常独特，它不像一本标准的教科书，更像是一场由思想家引导的深度对话。它很少使用那些铺陈已久、人尽皆知的气候变化数据点，反而将笔墨集中在那些“未被充分讨论”的机制上。比如，它对地表反照率变化与大气层顶吸收率之间微妙的能量平衡关系的论述，运用了非常精妙的数学框架来阐释，但语言上却保持了高度的克制与优雅。我尤其欣赏它在讨论全球尺度的能量传输时，所采取的“多中心”视角。它避免了将某个区域（如北极或热带太平洋）置于唯一的驱动器位置，而是将气候系统视为一个相互耦合、彼此影响的复杂网络。这种整体观有效地避免了“单一病因论”的陷阱。这本书对于那些渴望超越表面现象，探究驱动地球系统深层运动的“原动力”的读者来说，无疑是一份厚礼。

评分☆☆☆☆☆

我不得不承认，这本书的某些章节在初期给我带来了不小的认知冲击，甚至有些颠覆了我过去接受的某些气候常识。作者似乎有意地挑战了那些建立在简化假设之上的模型预测的可靠性。它深入探讨了“气候敏感性”这一核心参数的不确定性来源，并将其归结为我们对某些基本物理过程（例如云的形成机制在不同温室气体浓度下的变化）理解的局限性。这种对科学局限性的坦诚，恰恰是其力量所在。它不是一味地宣扬恐慌，而是通过细致地解构不确定性，反而赋予了读者一种更坚实、更接地气的应对心态。书中的某一章节专门分析了“气候变量的记忆效应”，讨论了海洋深层环流如何将长期的信号编码并延迟释放，这使得我对短期气候波动与长期趋势之间的关系有了更辩证的认识。