Atmospheric Radiative Transfer pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Lenoble, Jacqueline

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页数:0

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价格:94

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isbn号码:9780937194218

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• 大气辐射传输
• 辐射传输
• 大气物理
• 大气科学
• 遥感
• 气候学
• 大气光学
• 大气辐射
• 地球物理
• 环境科学

好的，这是一份关于《Atmospheric Radiative Transfer》一书的详细内容简介，完全聚焦于该主题，不包含您提供的书名： --- 《大气辐射传输》：深入探索地球气候系统的核心机制 引言：理解地球能量的往来 大气辐射传输是地球科学、气候学、气象学乃至遥感技术领域中一个至关重要的基础概念。它描述了太阳短波辐射（可见光和近红外）以及地球自身发出的长波辐射（红外线）在大气层中传播、吸收、散射和再发射的复杂物理过程。理解这些过程，是精确预测天气、模拟气候变化、解释行星大气结构以及开发高效遥感系统的基石。 本书旨在提供一个全面而深入的视角，详细剖析大气中辐射能量流动的基本原理、数学框架及其在真实世界环境中的应用。我们不仅关注理论模型的构建，更强调如何将这些模型应用于实际观测数据的解释和气候系统的长期模拟。 第一部分：辐射传输的基本物理原理 本部分奠定了理解大气辐射传输所需的物理学基础。 1. 辐射场与传输方程的建立 首先，我们引入辐射的基本概念，包括辐射强度、辐亮度、辐照度等关键量度。重点阐述了辐射传输的基本定律——朗伯-比尔定律（Lambert-Beer Law）在描述辐射衰减中的作用。在此基础上，我们构建了标准的一维、二维乃至三维辐射传输方程（Radiative Transfer Equation, RTE）。RTE是描述任意波长、任意方向上辐射强度如何随空间位置和路径变化的微分方程，是后续所有分析的核心。 2. 辐射源与吸收机制 大气辐射的来源主要包括太阳的入射和地球表面的发射。我们详细讨论了太阳光谱的特性及其随大气路径的变化。核心内容聚焦于吸收过程：气体分子（如水汽、二氧化碳、臭氧等）如何通过特定的吸收谱线（如高斯线型、洛伦兹线型）选择性地吸收能量。书中会详细介绍基于HITRAN等数据库的分子吸收截面数据及其在不同温度和压力条件下的调整方法。 3. 散射过程的物理机制 散射是辐射传输中最为复杂且影响深远的过程之一。我们区分了两种主要的散射类型： 分子散射（瑞利散射）： 主要由远小于入射波长的气体分子引起，其与波长的四次方成反比关系，是造成天空呈蓝色的主要原因。我们将推导出瑞利相函数，并讨论其对短波辐射的显著影响。 粒子散射（米氏散射）： 由大气中的气溶胶颗粒（如尘埃、硫酸盐、烟雾等）引起。米氏散射对波长的依赖性较弱，其特性高度依赖于颗粒的大小、形状和折射率。本书将详细介绍米氏散射的相函数，以及 Mie 理论在计算散射效率中的应用。 第二部分：数学模型与求解方法 本部分将理论方程转化为可操作的数值模型，这是进行实际计算的关键步骤。 1. 传输方程的数值求解策略 由于辐射传输方程通常没有简单的解析解，本书着重介绍几种主流的数值求解方法： 离散坐标法（Discrete Ordinate Method, DOM）： 将角度变量离散化，将偏微分方程转化为一组耦合的常微分方程组，适用于复杂的散射几何。 象限法（Doubling and Adding Method）： 特别适用于层状结构（如均匀或分层的大气模型），通过迭代将大气层分解并合并，高效处理反射和透射。 蒙特卡洛方法（Monte Carlo Method）： 利用随机抽样技术模拟单个光子的运动轨迹，能够处理高度复杂的非均匀辐射场和任意几何形状，是验证其他解析方法的“黄金标准”。 2. 辐射传输的参数化与简化模型 在气候模型等需要高计算效率的场景中，精确求解RTE的成本过高。因此，本书介绍了参数化方案，例如： Delta-Eddington 近似法： 一种广泛使用的简化方法，它将复杂的散射相函数分解为前向和后向的两个主要成分，极大地简化了计算，同时保持了对辐射通量的合理估计。 短波/长波分离模型： 讨论了如何针对太阳辐射（短波）和地球辐射（长波）的特性差异，采用不同的近似处理方法，例如使用有效路径长度等概念。 第三部分：大气辐射传输在特定领域的应用 辐射传输模型是连接微观物理过程与宏观地球系统观测的桥梁。 1. 气候变化与温室效应 这是辐射传输研究的核心应用领域之一。本书深入分析了温室气体（GHGs）对地球辐射平衡的净影响。通过计算不同气体浓度下的长波辐射收支变化，量化了辐射强迫（Radiative Forcing）的概念。详细探讨了云对辐射传输的复杂调制作用——云层既通过反照率增加（冷却效应）反射短波，又通过温室效应（变暖效应）阻止长波辐射逃逸。 2. 气象学与云层探测 在天气预报中，辐射传输模型用于解释和反演观测数据。例如，通过分析卫星获取的云顶亮温（Cloud Top Brightness Temperature），结合大气廓线数据，可以反演出云的物理属性，如云顶高度、有效温度和水汽含量。本书将介绍如何利用逆向算法，从观测辐射谱中提取大气状态参数。 3. 遥感技术与辐射校准 对于地表、大气和海洋观测卫星而言，传感器测得的信号是经过大气传输修正后的结果。本书详细讲解了大气校正（Atmospheric Correction）的必要性和方法。这包括如何精确地扣除或补偿瑞利散射、米氏散射以及气体吸收对目标地物反射率信号的干扰，从而获取真实的地表反射率（Surface Reflectance）。 结论：展望未来挑战 本书最后总结了当前大气辐射传输研究的前沿和挑战，包括对复杂气溶胶光学性质的精确描述、极端天气事件（如火山爆发、沙尘暴）下的辐射响应模拟，以及将辐射传输与化学、动力学过程更紧密地耦合，以推进下一代气候模型的精度。 ---

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那深邃的星空蓝与细致的等值线交织在一起，透着一种既古典又现代的科学美感。初次翻阅时，我立刻被它那严谨的逻辑结构所吸引。作者显然在内容组织上下了极大力气，从最基础的辐射理论公设讲起，层层递进地引入了复杂的大气散射和吸收机制。特别是关于米氏散射和瑞利散射的数学推导部分，作者的处理方式极其清晰明了，即便是初次接触这个领域的读者，也能通过详细的步骤和辅助图示，逐步掌握其精髓。书中对于辐射传输方程的详尽剖析，绝非简单的公式罗列，而是融入了深刻的物理图像，让人仿佛能“看到”光子在大气层中的每一次碰撞与能量交换。这种教学上的匠心独运，使得原本枯燥的理论部分充满了探索的乐趣。我尤其欣赏其中穿插的那些历史背景介绍，它不仅丰富了知识的维度，更让读者明白了这些科学定律是如何在历史长河中被逐步构建和完善的，这种人文关怀让冰冷的物理显得有血有肉，极大地提升了阅读体验的厚度。

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这本书最让我感到惊喜的是其对未来发展趋势的远见卓识。在接近尾声的部分，作者并没有止步于现有的成熟理论框架，而是勇敢地触及了当前研究的前沿和挑战，比如高光谱分辨率下的辐射传输计算效率问题，以及如何将量子效应纳入经典传输模型等。这些章节虽然涉及的内容相对晦涩，但它们为有志于继续深造的读者指明了研究方向，提供了宝贵的思考起点。书中对计算资源限制的坦诚讨论，也展现了作者的务实精神，他没有夸大现有模型的完美性，而是清晰地指出了哪些环节是计算瓶颈，哪些是未来需要算法突破的地方。这种前瞻性的内容布局，使得这本书的价值不仅仅停留于对已知知识的总结，更在于它激励读者去探索未知领域，是连接当前知识与未来科学发现的一座坚实桥梁，非常值得拥有。

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这本书的写作风格非常独特，它不像教科书那样板着脸孔，反而带有一种老派学者的沉稳和睿智。语言精准，但又不失优雅，很少出现为了迎合初学者而刻意简化的倾向，这使得它在保持科学严谨性的同时，也维护了知识的完整性。我特别喜欢作者在阐述某些关键概念时所采用的类比手法，那些来自日常生活的比喻，巧妙地架起了宏观现象与微观物理之间的桥梁。例如，他描述大气“窗口”效应时所用的比喻，一下子就让那个复杂的概念变得直观可感。这本书的另一个亮点是它对实验观测结果的引用非常审慎和充分，每一项理论推导之后，作者都会对应地展示出不同实验平台（从地面站点到卫星平台）所获取的实际数据来佐证或讨论模型的局限性。这种理论与实践的紧密结合，避免了理论的空洞化，让读者感受到科学的真实力量和实验验证的重要性。读完后，我感觉自己不仅学到了知识，更掌握了一种科学的思考方式。

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坦率地说，这本书的阅读门槛是比较高的，它要求读者对高等数学和电磁学有扎实的背景知识。对于我这种在相关领域工作多年的专业人士来说，它提供了一种深入挖掘问题的工具箱，但对于跨学科的初学者可能会显得有些吃力。不过，正是这种对深度的坚持，让它区别于市面上许多浅尝辄止的读物。书中关于边界条件处理的讨论尤其值得称道，特别是对地表发射率和反射率的参数化处理，展示了作者对实际环境复杂性的深刻洞察。他没有简单地采用理想化的平面或均匀地表模型，而是深入探讨了植被冠层、冰雪覆盖等复杂地表对辐射传输的影响，这些细节的处理体现了作者深厚的专业积累和对前沿研究的关注。每一次翻阅，我都能发现一些先前忽略掉的细微之处，这些“细节”往往是解决实际工程难题的关键所在，它教会了我，在复杂的物理系统中，细节决定成败。

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这本书的深度和广度令人印象深刻，它绝非一本泛泛而谈的入门读物，更像是为专业研究人员准备的一本详尽的参考手册。我最欣赏的是它在处理非均匀介质和非标准大气条件时的那份细致入微。比如，书中对气溶胶辐射特性的多角度分析，考虑了颗粒大小分布、复折射率等多个变量对辐射场的影响，这在很多同类书籍中往往被一笔带过。作者不仅提供了扎实的理论模型，还通过大量的案例分析，展示了这些模型在实际遥感反演和气候模拟中的应用效果。特别是关于辐射传输数值计算方法的章节，简直就是一本实战指南，从离散纵向坐标到求解辐射传输方程的各种迭代算法，作者都给出了详尽的比较和优缺点分析，这对于我们进行模型开发和验证工作来说，是无价的宝贵资源。阅读过程中，我常常需要停下来，对照着计算器和笔，仔细推敲每一个参数的物理意义，这无疑加深了我对辐射传输复杂性的理解。

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