Waves in the Ocean and Atmosphere pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K

作者:Pedlosky, Joseph

出品人:

页数:271

译者:

出版时间:2003-8

价格:$ 111.87

装帧:精装

isbn号码:9783540003403

丛书系列:

图书标签:

• 地球科学
• 自然
• Atmospheric
• 海洋波浪
• 大气波
• 波动学
• 海洋学
• 气象学
• 物理海洋学
• 大气物理学
• 数值模拟
• 边界层
• 大气科学

海洋与大气中的波动现象：一场跨越尺度的探索 浩瀚的海洋与无垠的大气，作为地球生命赖以生存的两个关键环境，时刻涌动着看不见的波澜。这些波澜，并非仅限于我们日常所见的巨浪拍岸或微风拂面，而是以一种更为深刻、更为普遍的存在方式，驱动着地球的能量交换、物质输运，并最终塑造着我们所熟悉的气候与天气。本书——《海洋与大气中的波动现象》，将带领读者深入探究这些隐藏在天地之间的“波”的奥秘，揭示它们是如何从微观粒子间的相互作用，逐步演化成影响全球的宏大动力学过程。 本书并非一本简单的科普读物，而是一次严谨且富有洞察力的科学考察。我们将从波动最基础的物理原理出发，逐步攀升至复杂的海洋大气耦合系统。书中详细阐述的，不仅仅是波动的传播机制，更是它们在不同尺度、不同介质中表现出的独特行为，以及这些行为背后所蕴含的普适性物理规律。 第一部分：波动的普遍性——从基础理论到微观世界 在踏入海洋与大气这两个宏观系统的具体讨论之前，我们必须先建立起对“波动”这一概念的深刻理解。本部分将从最基本的波动方程入手，剖析其数学形式，并探讨不同类型的波动：如横波与纵波，简谐波与非简谐波，以及它们的叠加与干涉现象。我们将看到，即便是在看似杂乱无章的现象背后，也隐藏着整齐划一的数学描述。 随后，我们将目光投向微观层面。即使是最简单的介质，其内部的粒子也并非静止不动。这些粒子的振动，通过相互作用，便会产生能量的传递，这就是微观层面的波动。我们将探讨诸如声波在固体、液体、气体中的传播，以及量子力学中的波粒二象性，理解“波”的概念是如何贯穿于物理学的不同分支。这些基础的认识，将为理解更复杂的海洋大气波动打下坚实的基础。 第二部分：海洋中的波动——潮汐、海浪与内波的交响曲 海洋，这个孕育了无数生命的蓝色星球，是波动现象的天然实验室。本部分将聚焦于海洋中的各种波动形式，并深入分析其成因、传播机制以及对海洋环境的影响。 潮汐：月球与太阳的宏伟乐章。 我们将详细解析潮汐的产生机制，从引力作用到地球自转，层层剥离，揭示月球和太阳对地球海洋产生的周期性影响。书中将详细介绍不同潮汐类型的特征，如正规半日潮、不规则全日潮等，并分析潮汐在不同海岸线上的表现差异。此外，我们还将探讨潮汐流的动力学，及其对沿海生态系统和航运的影响。 海浪：风与水面的嬉戏。 海浪是海洋中最直观的波动现象。本部分将系统阐述海浪的生成过程，从风的能量如何传递给水面，到不同风速、风时长、风区大小对海浪形态的影响。我们将深入探讨波浪的传播、色散、绕射、折射以及破碎等现象，理解海浪如何能量损失与传递。书中还将介绍不同类型的海浪，如风浪、涌浪，以及它们对海岸侵蚀、海洋工程的挑战。 内波：海洋深处的秘密通道。 相较于表层海浪，内波更加隐蔽，却同样重要。我们将揭示内波的形成机制，其产生于不同密度层之间，例如温度和盐度的变化。本书将详细分析内波的传播规律，以及它们在海洋内部能量和物质输运中的关键作用，探讨其对声纳探测、海洋生物分布的影响。 第三部分：大气中的波动——风、声波与重力波的脉动 大气，这个包裹着地球的透明外衣，同样充满了各种波动。这些波动不仅影响着我们每天的天气变化，更是驱动着全球气候系统的关键因素。 风的波动：气压梯度与科里奥利力的共舞。 风，本质上是空气的流动，而这种流动往往并非平稳，而是伴随着各种尺度的波动。本部分将深入剖析驱动风产生的根本原因——气压梯度力，以及地球自转带来的科里奥利效应。我们将研究不同类型的风，如信风、季风、气旋和反气旋，并详细分析它们在地球大气环流中的作用。书中还将探讨湍流，这种在微观尺度上无处不在的空气波动，以及它对大气扩散和能量传递的意义。 声波在大气中的传播：传递信息的声音。 虽然我们通常将声波视为声音的载体，但它们也是大气中一种重要的波动现象。本书将分析声波在大气中的传播特点，包括其衰减、反射、折射等，并探讨温度、湿度、风等因素对声波传播的影响。理解声波在大气中的传播，对于气象声学、环境监测等方面具有重要意义。 重力波：大气层中的“波浪”。 大气重力波，是指在稳定层状流体中，当流体受到扰动后，由于重力作用而产生的弹性振荡。本部分将详细介绍大气重力波的产生机制，如地形抬升、对流活动、风切变等。我们将分析其传播特点、能量传递方式，以及它们在驱动大气环流、影响天气系统等方面的作用。特别是，我们将重点探讨平流层重力波的传播及其对臭氧层分布的影响。 第四部分：海洋与大气的耦合——气候系统的宏观波动 海洋与大气并非孤立存在，而是通过能量、动量和水汽的交换，形成一个紧密耦合的地球气候系统。本部分将聚焦于这两个系统之间的相互作用，以及由此产生的宏观波动现象。 厄尔尼诺/拉尼娜现象：太平洋的“呼吸”。 厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是地球气候系统中最重要的十年尺度波动之一。本书将深入解析ENSO的形成机制，包括太平洋赤道区域海表温度的异常升降，以及它如何影响全球的天气格局，如旱涝、寒潮等。我们将详细分析ENSO的传播路径和影响区域，以及其对全球气候变化的长期观测研究。 季风系统：大陆与海洋的呼吸。 季风是热带和亚热带地区最显著的气候现象之一，也是海洋与大气耦合的典型体现。我们将分析季风的形成原因，以及它在夏季和冬季表现出的不同风向和降水模式。本书将重点探讨季风的强度变化如何影响区域气候，以及它与ENSO等其他气候模态的相互作用。 海洋环流与大气环流的相互作用。 本部分还将探讨更宏观的海洋环流（如墨西哥湾流、黑潮等）与大气环流之间的相互作用。我们将分析热量、盐度、动量等要素如何在海洋与大气之间传递，以及这些相互作用如何塑造全球气候模式。例如，我们将讨论海洋热量输送对陆地气候的影响，以及大气环流对海洋温度和盐度的反馈作用。 第五部分：波动现象的应用与未来展望 在深入理解了海洋与大气中各种波动现象的本质之后，本部分将探讨这些知识在现实世界中的应用，并展望未来的研究方向。 天气预报与气候预测。 本书将介绍波动理论在现代天气预报和气候预测中的关键作用。我们将讨论数值天气预报模型如何模拟和预测海浪、风场、气压系统等波动现象，以及长期气候预测如何利用ENSO等宏观波动来预测未来气候趋势。 海洋工程与沿海保护。 海浪、潮汐等波动现象对海洋工程设计、海岸防护以及海上交通具有直接影响。本书将探讨如何利用波动知识来优化工程设计，减少灾害损失，并保护沿海生态环境。 航空航天与导航。 大气中的波动，如湍流、重力波，对航空器的飞行安全和效率有着重要影响。我们将探讨如何理解和预测这些波动，以提高飞行性能和安全性。此外，本书还将简要提及波动现象在声纳、雷达等导航和探测技术中的应用。 未来的研究方向。 随着观测技术的进步和计算能力的提升，我们对海洋大气波动现象的理解将更加深入。本书最后将展望未来，探讨可能的研究热点，如更精确的波动模型、非线性波动动力学的挑战、以及海洋大气耦合系统在气候变化背景下的新表现等。 《海洋与大气中的波动现象》是一次穿越物理学、气象学、海洋学等多学科边界的求索之旅。它旨在为读者提供一个全面、深刻且富有启发性的视角，去理解我们赖以生存的地球环境中那些看不见的、却又无处不在的“波”是如何运作的。通过对这些波动的深入研究，我们不仅能更好地认识地球的运行规律，也能为应对气候变化、保护地球家园提供更坚实的科学支撑。

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我特别欣赏这本书在理论构建中，对“近似”与“适用范围”的审慎态度。很多书籍在介绍一个理论模型时，往往会草草带过前提假设的局限性，但这本书在这方面做得非常到位。作者会清晰地指出，在哪些风速、水深或频率范围内，线化理论是有效的，一旦超过了这些限制，就需要引入更高阶的非线性修正。例如，在处理海浪中的群速与相速关系时，作者不仅给出了线性色散关系，还详细讨论了菲涅尔-克雷洛夫近似的推导过程，并对比了其与更高阶修正项的差异。这种对理论边界的敬畏感，恰恰是一名优秀物理学家所应具备的素质。它教会了我一个重要的道理：在科学中，知道“什么都不知道”比盲目相信一个简化模型要重要得多。这本书不是一本“给你答案”的书，而是一本“教你如何质疑现有答案”的书，这对于培养独立思考能力至关重要。

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读完这本关于海洋与大气波动的书，我最大的感觉是作者的“博学”与“执着”。这本书的覆盖面广得惊人，从海洋表面的米尺度毛细波，一直延伸到行星尺度的长波（如开尔文波和潮汐波），甚至还探讨了大气中的重力波和声波在不同介质中的传播特性。这种跨尺度的整合在同类书籍中并不多见，它强迫读者跳出单一学科的视角，用流体力学的通用语言去理解不同尺度下的物理机制。作者在介绍每一个波型时，都会追溯到其基本的运动方程，然后通过傅里叶变换和拉普拉斯变换等工具进行求解，展示了数学工具在解决实际物理问题中的强大威力。不过，这种追求完备性的做法也带来了一个小小的副作用：某些章节的叙述略显冗长和重复，尤其是在对相似数学模型的不同应用场景进行分析时，虽然严谨，但对时间有限的读者来说，阅读体验上稍显拖沓。总的来说，这是一部可以作为参考手册常备的典籍，适合需要深入查阅特定波动力学细节的研究人员。

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坦白讲，这本书的排版和图表质量，与它所包含的理论深度相比，显得有些“过时”了。虽然理论内容是无可挑剔的，但内页中的插图，特别是那些用于说明波形衰减或色散关系的示意图，感觉像是直接从几十年前的早期学术期刊中提取出来的，线条的清晰度和对比度都有待提高。这对于我们习惯了高清数字渲染图的当代读者来说，是一个小小的视觉障碍。不过，一旦你能够穿过这些略显陈旧的图示，你会发现作者在解释复杂现象时的独到之处。特别是在对浅水波的非线性演化，例如雅可比椭圆函数在描述驻波中的应用那部分，作者给出的解析解非常漂亮，展示了数学美感与自然现象的完美结合。这本书的价值不在于它的“包装”，而在于其内核——一套经过时间检验、内容扎实的理论框架，它足以支撑起未来数年的研究工作。

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这本《海洋与大气中的波》确实是一本硬核的专业著作，我花了很长时间才啃完第一遍，感受非常复杂。它不像那种入门级的科普读物，试图用生动的比喻来解释深奥的物理现象。相反，这本书采取了一种非常严谨的、自底向上的推导方式。对于流体力学和波动理论有扎实基础的读者来说，这简直是打开了一扇通往理论核心的大门。它对开尔文波、拉格朗日波以及重力波的线性理论分析达到了教科书级别的深度，每一个公式的推导都详尽无遗，毫不含糊。我尤其欣赏作者在处理非线性效应时所展现出的洞察力，特别是关于波浪破碎和波浪能量传输的章节，虽然计算量巨大，但一旦理解了背后的物理图像，那些复杂的偏微分方程突然就变得清晰起来了。然而，对于初学者来说，这本书的门槛无疑是高耸的，没有足够的数学准备，很容易在公式的海洋中迷失方向，只能望洋兴叹，抓不住作者想要传达的核心物理精髓。它的价值在于建立起一套无可挑剔的理论框架，而不是提供快速的工程应用指南。

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这本书的行文风格可以说是“古典的、学院派的典范”。它完全没有当代许多热门科学书籍那种刻意追求的“轻快感”或“故事性”。作者的语言极其精确，几乎每一个词语的选择都带有强烈的技术指向性。它更像是某位德高望重的教授在为他最优秀的研究生们准备的深度研讨会讲义，充满了精确的符号、边界条件和初始设定。例如，在讨论地转平衡和惯性波时，作者对科里奥利力的引入和处理是教科书式的标准流程，逻辑链条清晰得令人肃然起敬。然而，正因为这种极端的精确性，它在试图建立读者与波动现象之间的情感连接方面显得力不从心。我很难想象一个对物理仅仅抱有好奇心的人会因为阅读这本书而爱上海洋波浪。它的受众群体非常明确：已经掌握了基础流体力学和偏微分方程，正在寻求更高级、更系统化的波动力学理论体系的专业人士。

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挚爱的书。把大气和海洋中的波动过程讲解得清楚无比。

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