新書推薦：
《
土民嗷嗷：1441年的社会史（以新闻纪实般的笔触重现室町动荡之年，展现权力崩塌与民声沸腾的历史现场）
》
售價：HK$
72.6
《
安逸哲学：锦绣天府人生智慧“安逸四川”三部曲第一部 安逸是中华文明为世界贡献的人生智慧
》
售價：HK$
96.8
《
风月狩（全二册）
》
售價：HK$
71.5
《
大学问·改过自新：清代以来自首制度的表达与实践（以丰富案例生动还原清代以来自首制度在基层的运行图景，
》
售價：HK$
74.8
《
DK照亮未知的灯塔
》
售價：HK$
74.8
《
超越高绩效团队教练：实战篇（第3版）
》
售價：HK$
153.9
《
律师与权力（上下册）译文纪实系列
》
售價：HK$
129.8
《
全新借力赢利 负债翻盘副业变现新商机
》
售價：HK$
65.8
|
| 內容簡介： |
|
《光闪烁方法：理论与应用》*先对理解和应用光闪烁方法必需的“大气湍流”、“电磁波在湍流大气中的传播”，以及“微气象学”等领域的基础理论和研究方法，做简明扼要的阐述；进而分别对近30年来各种光闪烁仪的发展，特别是近年新发展的可在几百米到10km尺度上观测感热、潜热通量的双波段闪烁仪（OMS），以及其资料处理和质量控制方法，结合台站的应用做详细介绍。
|
| 目錄：
|
|
目录第1章 绪论 11.1 光闪烁方法通量观测发展简史 21.2 闪烁仪特征尺度参数及主要类型 41.3 光闪烁方法与涡动相关方法的比较 5第2章 大气边界层与大气湍流 82.1 大气边界层 82.1.1 基本结构及日变化特征 82.1.2 运动与能量–物质收支基本方程 92.2 大气湍流特征与湍流动能收支 122.2.1 大气湍流特征与柯尔莫果洛夫湍流基础理论 122.2.2 大气湍流动能的生成 142.2.3 湍流动能收支方程 152.2.4 温度方差收支方程 162.3 大气湍流的统计分析 172.3.1 时间序列与空间序列 172.3.2 统计矩 172.3.3 相关函数 192.3.4 结构函数与结构参数 202.3.5 傅里叶分析 222.3.6 湍流谱 24第3章 近地层大气的通量输送与相似理论 353.1 地表能量平衡 353.2 通量输送的K理论与波文比方法 373.2.1 K 理论？湍流扩散系数 383.2.2 波文比方法 393.3 涡动相关方法 403.3.1 原理与观测系统 413.3.2 数据处理中的几个关键问题 463.3.3 质量控制和质量评价 493.3.4 通量的误差和不确定性 503.4 莫宁–奥布霍夫相似理论（MOST）及其应用 523.4.1 大气稳定度 523.4.2 量纲分析与相似理论 543.4.3 莫宁–奥布霍夫相似理论 553.4.4 几个常用近地层统计量的相似关系 563.4.5 标量（温度、湿度等）相似性问题 623.4.6 基于通量梯度相似关系的一些推论及几个模式重要参数的导出 643.4.7 自由对流下的通量相似关系 683.5 掺混高度概念 70第4章 湍流大气中的波传播与光闪烁方法的基础理论 724.1 湍流大气中光的散射 724.2 折射指数的结构参数与功率谱 744.2.1 空气的折射指数 744.2.2 折射指数的空间结构参数 754.2.3 折射指数的功率谱 764.3 波传播方程与光闪烁基本公式的推导 784.3.1 折射指数的电磁学意义 784.3.2 麦克斯韦方程组及简化的电磁场波动方程 794.3.3 波动方程求解的平缓扰动（Rytov）方法 794.3.4 扰动场强方程的解——光闪烁基本公式 814.4 光闪烁基本公式的扩展分析 834.4.1 接收端对数光强方差 834.4.2 湍流内尺度的影响 844.4.3 空间权重函数 854.4.4 强湍流条件下对数光幅方差的饱和问题 874.4.5 孔径平均效应与大孔径闪烁仪 914.4.6 水汽吸收问题和对数光强时序谱 944.4.7 空气折射指数的结构参数及其与温度、湿度的结构参数的关系 1024.4.8 温度、湿度结构参数的相似关系——不同相似函数对通量计算的影响 1044.4.9 横风风速的确定 106第5章 几种主要光闪烁仪的系统配置及外场应用 1105.1 概述 1105.2 小孔径激光闪烁仪 1115.2.1 系统配置与技术规格 1115.2.2 相关理论与通量计算 1125.2.3 硬件与软件 1185.2.4 站点选择与安装 1195.2.5 质量控制要点 1195.3 大孔径闪烁仪 1215.3.1 大孔径闪烁仪的研发简史及几种主要类型 1215.3.2 基本理论与通量计算 1265.3.3 硬件与软件 1345.3.4 站点选择与安装 1355.3.5 质量控制要点 1355.4 微波闪烁仪及双波段光闪烁仪（OMS）系统 1365.4.1 微波闪烁仪及光学–微波双波段闪烁仪系统的早期研发 1365.4.2 微波闪烁仪研制的主要难点及波段的选择 1375.4.3 RPG-MWSC微波闪烁仪及双波段闪烁仪（OMS）系统 1385.4.4 RPG-MWSC-160的硬件配置 1395.4.5 RPG MWSC软件 1405.4.6 RPG MWSC的数据输出 142第6章 双波段闪烁仪的数据处理 1446.1 概述 1446.2 原始数据预处理 1456.2.1 RPG-OMS的原始数据时间序列 1456.2.2 数据缺失判别 1466.2.3 数据离群值如“野点”及“掉包”的剔除 1476.2.4 原始光强数据的高通（或带通）滤波 1506.3 双波段闪烁仪通量计算原理与基本步骤 1536.3.1 加高通滤波的对数光强方差计算 1536.3.2 由对数光强方差与协方差计算折射指数结构参数 1536.3.3 温度结构参数CTT和湿度结构参数Cqq的推算 1556.3.4 温、湿度结构参数的相似关系 1606.3.5 感热通量和潜热通量的计算 1626.3.6 自由对流条件下的湍流通量估算 1636.3.7 光程有效高度 1646.4 由观测到通量计算的质量控制 169第7章 闪烁仪通量观测的足迹分析 1727.1 概念与定义 1727.1.1 通量足迹的基本概念 1727.1.2 影响通量足迹（footprint）的主要因子 1747.1.3 通量的气候学足迹 1767.1.4 光闪烁仪的通量足迹 1777.2 通量足迹模式 1787.2.1 概述 1787.2.2 解析模式 1807.2.3 拉格朗日随机模式及其参数化的解析模式 1857.2.4 基于纳维–斯托克斯方程的复杂模式 1917.2.5 足迹模式的比较与验证 1937.3 足迹模式在通量观测中的应用 1957.3.1 通量站点位置与观测高度等的选择 1957.3.2 通量观测的数据分析和质量控制 1957.3.3 基于通量足迹的闪烁仪与涡动相关通量观测的对比分析 1967.3.4 利用通量足迹做观测的尺度扩展 198第8章 光闪烁方法近30 年来的发展、应用与展望 2048.1 观测系统的主要发展 2048.1.1 光学小孔径闪烁仪 2048.1.2 大孔径闪烁仪和超大孔径闪烁仪 2058.1.3 微波闪烁仪 2058.2 基础理论研究与数据处理方法的主要进展 2068.2.1 闪烁仪基本方程的更深入理解与成熟应用 2068.2.2 对莫宁–奥布霍夫相似理论的进一步理解及新的温湿度结构参数相似函数的拟合 2088.2.3 由双波段闪烁仪观测计算温、湿度结构参数的“双波长相关方法” 2098.2.4 光闪烁方法观测与分析中足迹函数的应用 2108.2.5 理论分析与数据处理的其它进展 2108.3 30 年来光闪烁方法在不同下垫面上的应用 2118.3.1 在较均匀下垫面上的应用及与涡动相关方法的比较 2118.3.2 非均匀陆面的应用 2138.3.3 城市复杂下垫面光闪烁仪的应用 2168.3.4 水面及水陆交界区光闪烁仪的应用 2178.3.5 遥感模式的地表“真值” 2198.4 结论与展望 221附录1 点光源对数光幅方差及折射指数结构参数等计算式的推导 225附录2 1990 年以来光闪烁方法的主要发展与应用研究 230致谢 234**阅读专著 235缩写与符号 236参考文献 240ContentsChapter 1 Introduction 11.1 A Brief History of Scintillometry in Flux Observations 21.2 Characteristic Scale Parameters and Main Types of Scintillometers 41.3 A Comparison of Scintillometry and Eddy-Covariance Method 5Chapter 2 Atmospheric Boundary Layer and Atmospheric Turbulence 82.1 Atmospheric Boundary layer 82.1.1 Basic Structure and Diurnal Variation Characteristics 82.1.2 Basic Equations of Motion and Energy-Mass Budget 92.2 Atmospheric Turbulence Characteristics and Turbulence Kinetic Energy Budget 122.2.1 Atmospheric Turbulence and Kolmogorov Turbulence Theory 122.2.2 Productions of Atmospheric Turbulence Kinetic Energy 142.2.3 Turbulence Kinetic Energy Budget Equation 152.2.4 Temperature Variance Budget Equation 162.3 Statistics of Atmospheric Turbulence 172.3.1 Time Series and Spatial Series 172.3.2 Statistical Moment 172.3.3 Correlation Function 192.3.4 Structure Function and Structure Parameter 202.3.5 Fourier Analysis 222.3.6 Turbulence Spectra 24Chapter 3 Flux Transport and Similarity Theory in Atmospheric Surface Layer 353.1 Surface Energy Balance 353.2 K-Theory and Bowen Ratio Method in Flux Transport 373.2.1 K-Theory-Turbulent Diffusion Coefficient 383.2.2 Bowen Ratio Method 393.3 Eddy-Covariance Method 403.3.1 Theory and Observation System 413.3.2 Several Key Issues in Data Processing 463.3.3 Quality Control and Quality Evaluation 493.3.4 Errors and Uncertainties in
|
| 內容試閱：
|
|
第1章绪论 光闪烁现象，若干世纪之前人们就注意到了，一个众所周知的例子就是地面看到的星光闪烁。早期的有关研究便是星光闪烁造成的图像模糊对天文观测的影响；近代的研究则更多地关注其对数字通讯、卫星导航，以及激光系统等的干扰。上世纪中后期人们更进一步认识到，对近地层大气的光闪烁分析还可应用于气象、水文、农业、生态、环境等科学领域。 一个恒定强度光源的光通过一段大气路径后，接收端测到的光强脉动，即所谓的“光闪烁”，主要由空气折射指数的起伏引起；后者则主要取决于光路上不同湍涡的温度和水汽浓度的变化。对此，太阳光谱段与微波谱段有明显不同。在可见光和近红外谱段（如闪烁仪常用的波长0.6～1μm），折射指数主要与温度相关；而在微波谱段（如常用的波长1～10mm），湿度脉动也起主要作用。 靠近地面的动量通量和感热通量驱动大气湍流的发展。加上地表的蒸发蒸腾，近地层大气中不同湍涡的温度湿度起伏造成折射指数的脉动，此脉动的强度与大气湍流输送的强度直接相关。从而，通过光闪烁强度的观测就可以推算近地层的湍流通量，包括动量通量、感热通量、潜热通量等（Wesely，1976）。这是本书将讨论的光闪烁方法的核心。 各种不同的光闪烁仪现已应用于全球多个地区，特别是地形起伏等复杂下垫面的地–气相互作用观测研究，并已在一些台站通过30多年的业务应用考验。各种有关杂志论文的发表近20年来逐年呈指数式增长。数以百计的台站观测研究已表明，光学波段的大孔径闪烁仪可以较准确地观测一些复杂下垫面上的面积平均感热通量；小孔径激光闪烁仪可以同时估算田块尺度上的动量通量和感热通量。对十分复杂的城市下垫面，全球数十个大中城市利用光闪烁仪进行的观测实验表明，一些其他方法很难确定的下垫面特征参数，由光闪烁仪的观测分析取得了许多很有意义的结果（Ward et al.，2015a，2017）。随着微波闪烁仪近十多年来的迅速发展，与普通大孔径闪烁仪并用的“光学+微波”双波长闪烁仪业已推出；其观测结果，在一些简单的下垫面上，与涡动相关仪所测的感热通量和潜热通量有非常好的一致性。这为较复杂下垫面1～10km尺度面积平均的水热交换研究及模式检验等提供了重要契机。 光闪烁方法的研究与应用，涉及大气、水文、生态、遥感、环境，以至国防科学等多个领域。本书希望给日益增多的相关科研人员、教师、研究生、工程师等，特别是已经将光闪烁仪用作基本观测设备的国内数十个通量台站提供一个基础性的参考，包括基本理论、国内外应用，以及资料处理与分析方法等。作为引言，这里先对“光闪烁法通量观测发展简史”“闪烁仪特征尺度参数及主要类型”和“光闪烁方法与涡动相关方法的比较”等几个问题分别做简要介绍。 1.1光闪烁方法通量观测发展简史 光闪烁方法，涉及大气湍流、电磁波在随机介质中的传播和微气象学等几个学科。大气湍流的性质和波在大气湍流中的传播，是两个十分复杂又相互交织的研究领域。微气象学则重点研究近地层大气与地表（包括土壤、植被、水面等）之间的相互作用，主要是动量、能量和水分等物质的通量交换规律，也涉及大气边界层和大气湍流的许多理论和应用问题。 电磁波在湍流大气中的传播理论，主要是在20世纪60～80年代建立的。由于有关理论的复杂性，本书只能在后面第4章做扼要介绍。有兴趣的读者可参看Tatarskii(1961)的开创性著作、Monin和Yaglom(1975)的专著、Lawrence和Strohbehn(1970)的综述、Hill和Clifford(1978)关于湍流谱等的研究，以及Andreas(1990)编辑的有关论文集等。需要指出，20世纪70～80年代国际上有关光闪烁方法的许多重要工作都是在美国Boulder[美国国家海洋与大气管理局(NOAA)等机构]进行的，包括一些基础理论研究，早期的激光闪烁仪（如Ochs and Hill，1985）、大孔径闪烁仪（如Wang et al.，1978）和微波闪烁仪（如McMillan et al.，1983）的研制等。遗憾的是，这方面的论文多数在光学杂志或内部刊物上发表，气象界迟迟没有关注到光闪烁方法在通量观测中的可行性。而且，随着20世纪90年代初美苏之间冷战的结束，Boulder的有关工作也基本上停下来了（Moene et al.，2009）。 光闪烁方法的再次发展，需要提及荷兰皇家气象研究所(KNMI)WimKohsiek的重要贡献。Kohsiek曾于20世纪80年代初在Boulder工作过一段时间，回国时带回了一个大孔径闪烁仪（Large Aperture Scintillometer，LAS）的设计，并于20世纪80年代中在KNMI研制成功欧洲**台大孔径闪烁仪。1991年，他应Wageningen大学Henk de Bruin（本书第二作者）的邀请，参加了在西班牙进行的EFEDA陆面过程观测实验（Bolle et al.，1993），用其大孔径闪烁仪观测干旱区稀疏葡萄园上的感热通量。LAS的观测结果与*立进行的涡动相关仪30min通量观测的惊人的一致性，令实验参加者大开眼界（DeBruin et al.，1995）。这一成功观测，促使deBruin及其研究团队，在Kohsiek的协助下，集中力量和经费研制新型闪烁仪，即后来的“Wageningen大学LAS”（这里简称“WagLAS”）。由于de Bruin和Kohsiek等Wageningen研究集体的倾力推动，WagLAS从20世纪90年代后期起，在世界多地的气象、水文、农业、水资源管理等应用领域得到大力推广（包括1999年起由deBrein亲自推动赠予中国的5套WagLAS系统，安装在吉林乾安、河南郑州等台站上）；并促成了Kipp & Zonen LAS等商用闪烁仪的生产，1996年荷兰Eindhoven理工大学微波闪烁仪的研制及其在新西兰的观测检验等。与此同时，Volke Thiermann(1992)在德国*立研制成功红光波段的位移光束激光闪烁仪（DBLS，或称位移光束小孔径闪烁仪DBSAS），可同时观测动量通量（或摩擦风速u*）和感热通量；他在德国建立了Scintec公司，除DBLS即后来的SLS闪烁仪系列外，还逐步推出了BLS系列大孔径闪烁仪等。 20世纪90年代后期光闪烁法的蓬勃发展，Henk de Bruin称之为“光闪烁方法的中兴”（“The Renaissance of Scintillometry”）（deBruin，2002；Moene et al.，2009）；除多种新型闪烁仪的涌现及大量应用外，也包括有关理论及资料处理和分析方法的成熟等。 上已述及，可见光（VIS）和近红外（NIR）波段的光闪烁主要受空气温度脉动的影响；有关闪烁仪，技术上较为简单，器件也相对便宜。随着WagLAS的研制成功，以及荷兰的Kipp & Zonen和德国的Scintec两家公司的LAS等商用产品的推出，还推出了探测距离达到10km的超大孔径闪烁仪（XLAS）等。相对来说，微波波段（早期称无线电波段RWS或毫米波段MWS）的光闪烁，同时受空气温度和湿度起伏的影响；相关技术，包括发射和接收两端工作的稳定性、大气中水汽等吸收影响的滤除，以及安装维护等，都更加复杂；有关器件也较为稀缺和昂贵。微波波段的选择，除对湿度的灵敏度要求较高（但水汽吸收仍较小）外，还涉及必要的频段许可证。所以微波闪烁仪的研制，尽管早在20世纪80年代初即有一些报道（如McMillan et al.，1983），较为成功的装置直到20世纪90年代末至21世纪初才出现。除以上提到的Eindhoven 27 GHzRWS外，应用较好的主要是21世纪初中期瑞士Bern大学研制的94GHz微波闪烁仪（应用于德国LITFASS-2003，LITFASS-2009观测实验）和英国卢瑟福-阿普尔顿实验室（Rutherford AppletonLaboratory）研制的94GHz微波闪烁仪（应用于2006、2007的Sheepdrove实验和LITFASS-2009实验等）（如Beyrich et al.，2012；Lüdi et al.，2005；Meijninger et al.，2006；Ward et al.，2015a）。2014年，在荷兰STW（Dutch Foundation for Applied Physics）项目支持下，德国Radiometer Physics公司（RPG，Meckenheim，Germany）推出了160GHz微波闪烁仪的商业产品，以及与大孔径闪烁仪并用的光学-微波双波长闪烁仪系统（Optical-Microwave Scintillometer，OMS）。 在各种闪烁仪的研制特别是商用闪烁仪的推出和大量应用的同时，采用不同方法对各种闪烁仪的检测和对比一直在进行。*先是在较均**坦下垫面上与公认最好的湍流通量观测方法--涡动相关方法（EC）的对比，其次是在通常光闪烁仪应用的一些非均匀下垫面上多台同类型或不同类型闪烁仪的平行对比。与前述**次在EFEDA实验中的应用类似，多数情况下，LAS与EC对比的结果是非常满意的；有些不一致，主要由二者的通量源区下垫面的差异引起（如王介民等，2009；Ward et al.，2015a）。各种闪烁仪的平行对比表明，WagLAS之间的一致性较好（如Lagouarde et al.，2006：折射指数结构参数的差异仅约为1.6%）。但早期的Kipp&Zonen（以下简称KZ）LAS之间的不一致性则较大，其所测感热通量与EC及WagLAS的结果比较也都明显偏大（Kleissl et al.，2009；Van Kesteren andHartogensis，2011）。后者促使KZLAS的大力改进，并于2012年推出了第2代产品LASMK-II。Sintec的BLS系列特别是BLS900大孔径闪烁仪总体表现较好。它的发射端是双光源，具有可进行水汽吸收订正的优势；此类设计，还可用于横向风速的观测。 对新推出的RPG-OMS系统，几个台站的初步检验，包括与EC所测感热通量和潜热通量的分别比较，结果也是满意的。由于其微波闪烁仪系统的复杂性，一些稳定性考验及相关资料的更仔细地分析还在进行中。 近10年来，各种闪烁仪除仪器的光学组件、数据采集等硬件外，相关的数据处理方法特别是OMS系统的数据处理方法，也有巨大改进并已趋于成熟。 1.2闪烁仪特征尺度参数及主要类型 如上所述，闪烁仪包括发射端与接收端。发射端发射一束波长为（或两束波长分别为）、强度恒定的光（电磁波），距离L以外的接收端接收到的则是经过大气湍流散射的强度起伏的光（图1.1）。光强的起伏主要由光路上空气折射指数的变化引起。如接收到的光强为，按湍流大气中的光传播理论（Tatarskii，1961），在所谓的“非饱和”情况下，对数光强的方差应与空气折射指数的结构参数成正比；后者则与温度和湿度的结构参数及最终的感热、潜热通量直接相关（详参第4章）。作为此过程的重要条件，是否“非饱和”，还与闪烁仪的另一个尺度参数--孔径D相关。大气湍流越强，光程越长，越容易出现“饱和”。但加大孔径D，就可能避免此问题；是为“大孔径闪烁仪”的由来。 图1.1光闪烁方法原理示意图发射端恒定光强的光束通过湍流大气后，接收端收到的是脉动光强，由之可了解近地层大气的湍流强度并进而推算感热通量和水汽通量 由此可见，闪烁仪的特征尺度参数主要是波长λ，光程长度L和孔径D。 但是接收端接收到的光，除由发射端直线传输来的一部分外，还可能因大气湍涡的散射而通过其他许多路径到达。按**光学的惠更斯-菲涅尔定律（参第4章），影响接收光强的主要路线是在所谓的**菲涅尔区内。后者是一个椭球体，其最大直径，是又一个非常重要的尺度参数。实际上，孔径D与**菲涅尔区尺度F的相对大小决定了影响测量的主要湍涡尺度。
|
|
購物車/收銀台(0) | 在線留言板
| 付款方式
| 運費計算
| 聯絡我們
| 幫助中心 |
加入書簽
HOME
新書上架
