大气声学(第二版)

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作为全球范围内迄今唯一的大气声学专著，本书系统全面而又简明扼要地阐述了该领域内最基本的概念、现象、理论和方法。从基本方程的推导开始，分别以波动声学和几何声学的观点讨论了大气中各种“经典”声现象(反射、折射、散射、衍射、吸收等)，以及重力和地球自转对包括声波在内的各种大气波行为的影响；介绍了几种数值计算方法在大气声学领域内的最新发展；“大气声遥感”一章则从“逆问题”的角度出发论述了大气声学的应用方面；在此第二版中新增加了“非线性大气声学”和“大气中的声源”两章，并重新改写了“计算大气声学”的前半部分，反映了这些方面研究的最新进展。
本书可供声学（特别是大气声学、次声学、水声学、物理声学）和大气物理、气象学等方面的高年级本科生、研究生以及相关方向的教师、科研人员使用。

第二版马序
第二版作者序
第一版魏序
第一版作者序
前言
第1章　绪论
1.1　学科范围和历史评述
1.2　大气结构及其声学特性
　　1.2.1　大气的分层结构
　　1.2.2　大气的湍流结构
　　1.2.3　大气的声学特性
　1.3　大气中的热力学关系
　　1.3.1　状态方程和绝热方程
　　1.3.2　气压计方程和标高、等温大气和等温度梯度大气
　　1.3.3　位温和Vaisala-Brunt频率
　1.4　大气动力学基本关系
　　1.4.1　运动方程
　　1.4.2　连续性方程、状态方程、张量形式
　　1.4.3　守恒定律
　　1.4.4　位势高度和Coriolis力

　　声学是物理学中颇具特色的一个分支。首先，它是最先得到发展的分支之一，早在古代(无论是东方的中国还是西方的希腊)人们就对声音的本质有了基本正确的认识而没有走什么弯路(这一点相对于其“姊妹学科”光学来说就幸运得多了)，而作为一门系统的分支学科，其基本理论在经典物理的“黄金时代”——19世纪中叶就已达到相当完善的地步；其次，它又是当前最活跃的分支之一，由于它与许多其他领域(不仅涉及包括生命科学在内的几乎所有主要基础自然学科，还在相当程度上涉及若干人文学科)犬牙交错的联系而形成相应的边缘学科，使其“亚分支”的数目已达到20个以上，并且还有新亚分支不断生长出来的趋势。这种态势不仅在物理学其他分支中，即使在整个自然科学中亦属罕见。.
　　在声学各亚分支中，大气声学又属于最古老和最重要者之一：早在18世纪初就已初步形成学科，一些重要的基本现象和相应的理论在19世纪已被陆续研究得相当成熟，后来这方面的研究一直未曾中断，近年来更有长足发展；作为人类赖以生存的物质空间和声波赖以传播的三大广袤介质之一的大气层(余者为海洋和地壳)，彻底研究并了解其中精彩纷呈的波动现象理应属于人类认识自然的一项基本任务。另一方面，由于这些现象与其他许多自然现象(特别是气象现象和其他一些地球物理现象)和人类活动紧密相关，使人类在认识它们之后有可能用来为其自身服务，这就决定了大气声学不但是一门重要的基础学科，同时也是一门重要的应用学科。
　　但令人感到困惑的是，对如此重要而富于特色的一门基础学科，长期以来竟然没有一本专著，1997年出版的本书第一版至今仍然是全世界范围内唯一的一本。在此之前，只有两本性质相近的书，即本书所引参考文献[32]和[208]；不要说专著，就是在一般的声学著作中也少有涉及大气声学方面的章节甚至内容。A．D．Pierce的书几乎是唯一例外。再就是一两篇综述性论文和散见于几种百科全书中的条文(特别应提到E．H．Brown，F．F．Hall．Jr．的杰出综述和H．E．Bass的条文[181])。以上这些资料对本书的写作都大有裨益，在若干章节中均有直接利用。
　　本书第一版出版以来本学科又有了长足发展，因此亟需对第一版做出补充、修订，使其能够充分反映当前水平，本书第二版正是在这一前提下问世的。本书宗旨在于为读者提供一幅系统而严谨的“图像”，尽可能充分地反映出该领域当今的最高学术水准。理论性与实用性兼顾但侧重于前者，尤其注重对基本概念和处理方法的论述，数学推导则“适可而止”，关键是指出来龙去脉而不拘泥于严格性。..
　　首先对大气作为声传播介质的结构特性和声学行为做出扼要描述；然后以流体动力学基本方程为基础，结合大气介质的实际来讨论声波的反射、折射、散射、衍射和吸收等一系列过程，其间按不同场合兼用了波动声学方法和几何声学方法；以对重力场和地球自转影响的论述为契机，从“经典大气声学”过渡到“现代大气声学”，表述了由于这两种效应而衍生出的、性质上有别于寻常声波的一系列大气波。为了体现叙述的连贯和完整，对一些基本的声学关系也做出必要的推导，通过这一过程的描述来建立对大气声学的系统理解。在“计算大气声学”一章中，通过对几种传统计算方法在大气声学领域中的推广，补充了对大气声学基本课题的进一步处理方法。在“大气声遥感”一章中，以“逆问题”的角度论述了大气声学的应用方面。非线性现象在大气声学中是一种不可回避的重要内容，第二版中新增加的“非线性大气声学”一章较为全面地讨论了这方面的问题。大气中的声源问题也是多年来受到广泛关注的课题，新增加的第10章反映了这方面的研究进展。
　　本书采用一种简明的数学符号(详见14页脚注)。对参考文献的列出方式是：凡与正文叙述直接有关、或被直接利用、或与为进一步探讨书中因篇幅所限而被略去的细节有关的参考文献，以引用的先后为序编号列于书末；对于只涉及较次要问题(如关系到某一较不重要方程的数学推导等)的参考文献，则以加脚注的方式说明出处。
　　本书有不少材料(包括内容、公式、图表、脚注等)均系直接采自公开发表的书刊文献，所有被采用的文献都在相关章节中总体明确标出(个别未经发表的也注明来源)；而为了避免过于繁琐，在具体引用(如图表等)时就不再一一标明出处，特此声明。...