Waves in Plasmas pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Stix, T.

出品人:

页数:584

译者:

出版时间:1992-12

价格:$ 129.95

装帧:HRD

isbn号码:9780883188590

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• Plasma physics
• Waves
• Electromagnetism
• Plasma waves
• Space physics
• Astrophysics
• Fusion
• Nonlinear phenomena
• Computational physics
• Fluid dynamics

好的，以下是一份关于一本名为《Waves in Plasmas》的书籍的详细简介，其内容不涉及等离子体波的物理学，而是聚焦于海洋动力学、声学传播以及复杂介质中的波行为： --- 海洋深处的脉动与回响：《复杂介质中的波动力学》 （A Deep Dive into Complex Media: Dynamics of Waves in Geophysical and Synthetic Environments） 导言：超越理想模型的边界 在物理学的宏大叙事中，波是信息、能量和动量传递的基本载体。然而，我们习以为常的教科书模型——无论是线性、均匀介质中的平面波，还是简单的自由空间传播——往往无法捕捉真实世界中波传播的复杂性与精妙。《复杂介质中的波动力学》 并非探索电离气体中的波动现象，而是将研究焦点投向地球上最广袤、最不规则的介质：海洋、地壳深层以及具有高度非线性特性的合成材料结构。 本书旨在为研究人员、高级工程师和研究生提供一个坚实的理论框架与丰富的应用案例，用以理解和预测波在高度非均匀、色散性强且可能包含非线性效应的环境中如何演化、散射与耦合。我们将深入探讨声波在分层海洋中的传播机制、地震波在复杂地质结构中的响应，以及光波在模拟生物组织中的散射行为，提供一套统一的数学工具来应对这些截然不同但本质上都属于“复杂介质”的挑战。 第一部分：海洋声学与环境耦合 本书的第一部分将海洋环境视为一个典型的、具有强边界条件和环境梯度影响的复杂介质。海洋不是一个均匀的流体，它具有温度层（温跃层）、盐度梯度、海底地形变化和海面粗糙度等特性，这些因素共同决定了声波的传播路径和衰减特性。 章节 1：海洋声速场建模与梯度效应 我们从描述海洋声速剖面的精细建模开始。这包括对影响声速的三个关键因素——温度、压力（深度）和盐度——的耦合方程的求解。重点分析了斯奈尔定律在声学中的应用，特别是当声速随深度呈梯度变化时，声线（ray paths）如何弯曲，形成“波导”现象。我们将详细讨论在不同水文条件下（如浅水区、深水区以及存在反向温跃层时）声能聚焦与发散的机制。 章节 2：海底界面散射与地声波 海洋声学绝非孤立的体波问题，底部的散射和吸收是能量损耗的主要来源。本章详述了声波在柔性泥质海底、坚硬基岩以及多层沉积物结构上的反射与透射理论。我们引入了“地声模型”（Bottom-Interacting Acoustics），通过切片方法（如波数积分或特征线法）来精确计算声能在海底的能量分配。重点分析了“波导效应”对长距离传播的影响，以及如何利用这些效应进行深海探测。 章节 3：海浪与湍流对声波的调制 真实海面并非平静如镜。海浪（表面重力波）的存在导致声波在入射和出射时发生随机散射。我们使用统计声学方法，如“微扰理论”和“随机矩阵理论”，来量化海面粗糙度对信号的展宽、衰减和多路径效应的影响。此外，湍流引起的瞬时声速涨落如何导致声束的“漂移”和“闪烁”也被系统地探讨。 第二部分：地球物理中的波传播与成像 本书的第二部分转向固体介质，特别是地球物理中的地震波传播问题。这里的“复杂性”主要来源于地下介质的非均匀性、各向异性以及巨大的压力梯度。 章节 4：弹性波的广义本构关系与各向异性 固体介质中的波传播由弹性波方程描述，其核心在于描述介质对形变的响应，即本构关系。我们超越了传统的各向同性弹性体模型，深入研究了具有横向各向异性（如沉积岩层）和全三维各向异性（如结晶岩石）介质中的P波和S波耦合与分离现象。重点阐述了Christoffel方程在描述波速与传播方向依赖关系中的关键作用。 章节 5：地震波在不规则地质构造中的散射 当地震波穿越断层带、岩体空洞或侵入岩体时，会发生显著的多次散射。本章利用有限差分法（FDM）和有限元法（FEM）等数值技术，模拟了复杂三维地质模型中的波场快照。我们探讨了“局部共振”和“波能陷获”现象，这些现象在近场地震工程评估中至关重要。 章节 6：全波形反演（FWI）中的数据适应性 在地球物理成像中，我们需要根据接收到的波形数据来重建地下介质的参数。全波形反演（FWI）是当前最先进的反演技术，它要求将理论模型计算结果与实际观测波形进行精确匹配。本章详细分析了在模型初始猜测误差较大或数据信噪比低的情况下，FWI算法如何陷入局部极小值，并介绍了如何利用高阶敏感性分析和波形分解技术来提高反演的鲁棒性和收敛性。 第三部分：非线性与多尺度效应 在极端条件下，波的传播不再是简单的叠加。本部分的重点是分析那些波的振幅与介质响应不再线性相关的系统，以及跨越多个尺度（从微观结构到宏观现象）的波耦合问题。 章节 7：非线性声学：自聚焦与波形畸变 当声压级足够高时，介质的压缩性和膨胀性响应会发生偏离，导致波速依赖于其自身的振幅。本章研究了 Burgers 方程及其在水下和岩石中的应用，特别是“自聚焦”（Self-focusing）现象，即高强度波束在传播过程中自身聚焦的机制。我们还分析了方波在非线性介质中如何演化为冲击波（Shock Wave）的过程。 章节 8：多孔介质中的波与流体耦合 多孔介质（如饱和土壤或渗透性岩石）中的波传播是流体和固体骨架相互作用的结果。Biot理论提供了一个强大的框架来描述这种耦合。本章区分了快P波（骨架和流体共同运动）和慢P波（流体在孔隙中相对骨架运动），并讨论了这些慢波如何用于评估地下的渗透性和流体饱和度，这在油气勘探和环境修复中具有直接价值。 章节 9：随机共振与介质激活 本书以对系统噪声的重新审视作结。在某些非线性系统中，适度的随机噪声非但不会破坏信号，反而可以增强系统对微弱周期性输入的响应能力，即“随机共振”（Stochastic Resonance）。我们分析了这种现象在高度耗散、非线性环境中的存在性，并将其视为一种介质“激活”机制，为理解极端环境下的信号增强提供了新的视角。 结语 《复杂介质中的波动力学》 是一次对波的适应性、鲁棒性和内在耦合机制的全面探索。它超越了单一学科的界限，将海洋声学、地球物理勘探和非线性物理学的关键概念整合在一个统一的动力学框架之下。通过深入理解这些“复杂性”的来源，读者将能够设计出更精确的探测系统，建立更可靠的预测模型，并最终揭示隐藏在地球深处和广阔海洋中的动态秘密。

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