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焦维新 著

图书标签:

• 空间天气
• 太阳活动
• 地球物理
• 大气科学
• 电离层
• 磁层
• 辐射带
• 空间环境
• 等离子体物理
• 地球空间相互作用

出版社： 气象出版社

ISBN：9787502935191

版次：1

商品编码：10779722

包装：平装

开本：16开

出版时间：2003-01-01

页数：286

正文语种：中文

内容简介

　　 空间天气学是应用广泛的一门新兴交叉学科，《空间天气学》系统地介绍了空间天气学研究的内容和新进展。全书分五章，第一章是概论，主要介绍了空间天气学的基本概念。第二章是太阳大气与行星际天气，重点介绍太阳耀斑、日冕物质抛射、太阳能量粒子事件和行星际激波。第三章介绍地球空间的天气系统与天气过程以及太阳活动影响气象过程的可能机制。第四章介绍空间天气对各种技术系统的效应。第五章介绍了空间天气建模和预报的基本情况和典型模式及预报方法。
　　 《空间天气学》可作为高等院校空间物理学、空间环境学和大气环境学等相关专业本科生和研究生的教材，也可作为空间科学、大气科学、天文学、环境科学、航天、通讯、军事、国防等部门研究人员和业务人员的参考用书。

内页插图

目录

前言
第一章 概论
1.1 空间天气及其效应
1.1.1 什么是空间天气
1.1.2 典型的空间天气效应
1.1.3 空间天气业务
1.2 新兴的交叉学科——空间天气学
1.2.1 空间天气学的基本概念
1.2.2 空间天气学的研究对象
1.2.3 空间天气学的研究方法
1.2.4 空间天气学与对流层天气学比较
1.2.5 空间天气学研究的利益
1.2.6 空间天气学当前的状况和展望

第二章 太阳大气与行星际天气
2.1 概述
2.1.1 太阳的结构与发电机理论
2.1.2 太阳大气中的天气系统与天气过程
2.2 强电磁辐射型天气——耀斑
2.2.1 耀斑的基本形态
2.2.2 X射线暴
2.2.3 射电暴
2.3 强的物质喷发型天气——CME
2.3.1 CME的形态特征
2.3.2 CME的结构与动力学
2.3.3 CME的能源
2.3.4 CME的直接驱动模式
2.3.5 CME存储和释放模式
2.3.6 CME与耀斑
2.4 太阳能量粒子事件(SEP)
2.4.1 SEP一般特征和分类
2.4.2 SEP的基本性质
2.4.3 CME激波与SEP
2.4.4 SEP事件的大小
2.4.5 SEP的空间分布特性
2.5 太阳活动的长期变化
2.5.1 太阳黑子与太阳黑子周
2.5.2 太阳活动区
2.5.3 太阳黑子数与地磁活动周期
2.5.4 总太阳辐照度的长期变化
2.6 行星际天气
2.6.1 行星际磁场、扇形结构与激波
2.6.2 行星际空间的太阳风
2.6.3 共转相互作用区
2.6.4 磁云——行星际空间的CME
2.6.5 行星际激波
2.6.6 宇宙线

第三章 地球空间的天气系统与天气过程
3.1 地球空间的天气系统概述
3.1.1 地球空间的基本结构
3.1.2 地球空间的主要天气系统
3.2 磁层天气
3.2.1 磁层环流
3.2.2 磁暴
3.2.3 磁层亚暴
3.2.4 辐射带的动态变化
3.2.5 高能电子暴
3.3 电离层与热层天气
3.3.1 电离层与热层天气系统的一般特征
3.3.2 突发电离层骚扰
3.3.3 电离层暴
3.3.4 高纬电离层天气
3.3.5 中纬天气
3.3.6 低纬天气
3.4 空间天气与对流层天气
3.4.1 太阳活动影响对流层天气的可能途径
3.4.2 空间天气与中性大气的电耦合
3.4.3 太阳活动影响气象过程的机制

第四章 空间天气效应
4.1 空间天气对航天器的效应
4.1.1 与航天器设计有关的空间天气领域
4.1.2 空间天气对航天器的效应概述
4.2 航天器表面充电
4.2.1 概述
4.2.2 航天器表面充电基础理论
4.2.3 LEO航天器表面充电问题
4.2.4 LEO航天器表面充电的统计特征
4.3 航天器内部充电
4.3.1 航天器内部充电及异常分析
4.3.2 内部充电的物理机制
4.3.3 结论和措施
4.4 单粒子事件
4.4.1 航天器与航空器中的单粒子事件
4.4.2 单粒子翻转发生率的计算方法
4.4.3 避免或减轻单粒子事件的措施
4.5 辐射效应
4.5.1 概述
4.5.2 空间辐射对宇航员的危害
4.6 电离层天气对通讯、导航和定位的效应
4.6.1 电离层中的电磁波传播概述
4.6.2 电离层对无线电系统的影响
4.6.3 电离层闪烁
4.7 地磁场变化对技术系统的效应
4.7.1 地磁场的组成及变化
4.7.2 磁暴对输电系统和地下管线的影响
4.7.3 地磁场对航天器工作状态的影响
4.8 高层大气变化对航天器的影响¨
4.8.1 大气密度对低轨卫星的气动阻力效应
4.8.2 原子氧对航天器表面的侵蚀
4.9 微流星体与空间碎片对航天器的影响
4.9.1 微流星体
4.9.2 空间碎片
4.9.3 微流星体及空间碎片建模
4.9.4 微流星体及空间碎片对航天器的危害
4.10 人工局部改变空间天气及其在军事上的应用
4.10.1 空间光学背景与航天器本身的发光现象
4.10.2 空间电磁干扰及其对军事的影响
4.10.3 电离层人工变态及其在军事上应用

第五章 空间天气建模与预报
5.1 空间天气建模
5.1.1 空间天气建模概况
5.1.2 太阳活动建模
5.1.3 太阳风建模
5.1.4 磁层建模
5.1.5 电离层建模
5.1.6 中性大气建模
5.1.7 效应模式
5.2 空间天气预报
5.2.1 空间天气预报的主要内容和方法
5.2.2 太阳活动预报
5.2.3 行星际磁场南向分量预报
5.2.4 地磁活动预报
5.2.5 相对论电子事件可预报的特征
5.2.6 电离层活动预报
5.2.7 大气活动预报
5.2.8 全球空间天气预报的自适应MHD方法
英文缩写与中文意义对照
主题词索引

精彩书摘

与空间天气直接有关的区域巨大而又复杂，空间科学所有传统领域都与空间天气的研究有关。例如，行星际大气和磁层的研究，在加深我们对支配地球环境的基本物理过程的理解方面是很重要的。类似的，等离子体和化学反应率的实验室研究，有助于提高我们观测和了解空间各种现象的能力。
空间天气变化开始在太阳表面。太阳是影响地球的电磁辐射和粒子辐射的能源。太阳活动性改变了太阳的辐射和粒子输出，在近地空间环境中以及地球表面产生相应的变化。就空间天气效应而言，最有影响的事件是太阳耀斑和日冕物质抛射。虽然太阳辐射的长期变化不会产生明显的空间天气效应，但它在帮助我们了解短期变化幕后的潜在效应方面是很重要的.太阳辐射输出的变化通过原子和分子的激发和电离直接影响高层大气和电离层的状态。太阳的粒子发射包括高能粒子和组成太阳风的低能粒子。粒子和场在从太阳外流时不断变化，特别是它们与行星际激波相互作用时。
太阳风从太阳向外流动并撞击地球。太阳风的等离子体和磁场与地球的大气层和地磁场相互作用产生泪珠状的、被称为磁层的区域。这个区域的表面，即磁层顶，在太阳向是5～10个地球半径，而在反太阳向扩展到月球轨道之外。磁层顶被认为是一个屏障，它防止除太阳风携带的－小部分能量之外的所有能量进入磁层。在正常条件下，这个能量以磁层粒子和场的形式存储，但在一定条件下，它脉动式地释放到地球的大气层。能量的脉动式释放归因于磁层亚暴。它表现为明亮的、变化的极光和强的电离层电流。在亚暴期间，磁层的磁场突然呈现新的位形，接着是长达许多小时的恢复时问。
亚暴描述了磁层对太阳风激励源相对短的响应，而地磁暴是对由强的、长时间（几天到几周）南向的行星际磁场的响应。这个状态产生相当大的环电流能量，因此，在低地磁纬度产生很大的地磁起伏。磁层粒子沉降到极盖，加热中性大气并激发电离层扰动。太阳风状态返回到未受扰动情况后，磁层和电离层需要几小时或几天才能恢复到原来状态。
由于地球的磁场穿过磁层，大多数磁层过程通过某种方式与电离层和热层性质的变化联系在一起。例如，电流、极光发射、摩擦加热、电离和闪烁。所有这些现象都是近地空间天气的组成单元。这些效应也受源于低高度的过程影响，例如重力波以及来自太阳辐射和宇宙线的直接能量沉降。空间天气效应也包括在地表面感应的电流，它是电离层电流变化的结果。
以上粗略地描绘了空间天气产生和变化的一般图像。归根结底，空间不是空的，太阳不是稳定的，空间环境对不断变化的太阳的响应就构成了空间天气。

前言/序言

　　空间天气学是研究各种空间天气现象发生、发展和变化规律，以及如何运用这些规律来进行空间天气预报的一门学科。同时，空间天气学还研究各种空间天气效应，以及避免和减轻空间天气灾害的方法和途径。
　　空间天气学是在太阳物理学、行星际物理学、磁层物理学、电离层物理学、高层大气物理学和气象学的基础上发展起来的一门新兴交叉学科，国外常用“science of space weather”来表示这门学科。一般认为，空间天气学是一门应用科学，但更确切地说，它是由纯粹科学和应用科学的交叉而形成的一门科学。
　　我是在1994年开始研究空间天气学的。使我对空间天气产生浓厚兴趣，并下决心钻研的是G.Soscoe等发表在EOS Trans（1994年8月2日）上的一篇论文。这篇文章深入浅出地论述了开展空间天气研究的意义、方针和措施；从气象业务中可借鉴的经验；空间物理学与空间天气研究的关系等，整篇文章给人以耳目一二新的感觉。正是在这篇文章的启发下，我开始收集有关空间天气的资料，并于1995年分别在北京大学地球物理学系学生会举办的“天·地·人文化月”报告会、北京市地球物理学会年会和中国地球物理学会年会上，做了关于空间天气的报告。1996年，北京大学空间物理学专业率先在国内为研究生开设了“空间天气学”课程。1998年初，北京大学使用了由我编写的讲义《空间天气学》。同年5月，国家基金委地学部和北京大学联合举办了空间天气学讲习班，这个讲义在讲习班中发挥了重要作用。由于空间天气学发展迅速，涉及的学科领域也不断扩大，许多部门希望能系统地了解空间天气学的内容，而北京大学发行的《空间天气学》讲义早已销售一空，况且内容也需要充实和更新。因此，在2001年全国第四次空间天气学研讨会期间，南京大学方成院士鼓励我正式出版《空间天气学》。在方院士的鼓励下，我开始修订原来的讲义。

好的，以下是《空间天气学》的图书简介，内容详实，旨在全面介绍该领域的核心概念、研究方法与实际应用，避免任何提及AI生成或与“空间天气学”主题无关的内容。 --- 《磁流体力学基础与行星际介质动力学》 本书简介 本书系统深入地探讨了宏观等离子体物理学的核心理论框架——磁流体力学（MHD），并以此为基础，构建了对太阳系内复杂多尺度的空间环境——行星际介质——的动力学理解。全书内容覆盖理论推导、观测证据与数值模拟方法，旨在为读者提供一个严谨且全面的理论视角，以解析太阳风的起源、传播及其在太阳系范围内的演化过程。 第一部分：磁流体力学基础与理论框架 本书的开篇聚焦于磁流体力学（MHD）的理论基石。MHD是将经典电磁学与牛顿流体力学相结合的理论，它被认为是描述宏观等离子体行为的有效工具。我们从流体力学和麦克斯韦方程组出发，详细推导了MHD的基本方程组，包括连续性方程、动量方程和能量方程，以及最重要的磁场演化方程——感应方程。 1.1 核心方程组的建立与简化 我们深入剖析了MHD方程组的各个组成部分。重点讨论了等离子体的本构关系，特别是零电阻近似（欧姆定律的简化）和冻结条件的物理含义。冻结条件不仅是理解磁场与等离子体相互作用的关键，也是解释磁场拓扑维持和演化的基础。此外，书中对磁压、磁张力和磁浮力等关键物理量进行了详细的数学表述和物理图像的阐释。 1.2 波的传播与稳定性分析 在MHD框架下，等离子体不再是静止的介质，而是能够支持复杂波动的介质。本书花费大量篇幅讨论了阿尔芬波（Alfvén Waves）的性质。阿尔芬波作为磁场扰动的固有模式，是太阳风中能量和动量传输的主要载体。我们不仅推导了其相速度和偏振特性，还探讨了在各向异性介质中，快慢阿尔芬波的相互作用。 此外，书中对MHD系统的稳定性进行了深入分析，涵盖了磁流体静力学不稳定性（如瑞利-泰勒不稳定性、开尔文-亥姆霍兹不稳定性）和磁场结构中的非线性不稳定性。这些不稳定性是驱动磁重联、能量耗散和湍流发展的内在机制。 1.3 磁重联的理论模型 磁重联（Magnetic Reconnection）是空间等离子体物理中最核心的非磁流体力学过程之一，它允许磁拓扑结构发生剧烈变化，释放巨大的能量。本书系统回顾了经典的磁重联模型，包括佩斯切内（Petschek）模型和非理想MHD模型，并介绍了电子尺度（如电子扩散区）对重联过程加速效率的影响。对磁重联的深入理解是解析太阳耀斑、日冕物质抛射（CME）和地球磁层亚暴等现象的关键。 第二部分：行星际介质的结构与动力学 基于MHD理论，本书将视角转向太阳系空间环境的主体——行星际介质（Interplanetary Medium）。该部分聚焦于太阳风的产生、演化及其与磁场、物质的复杂相互作用。 2.1 太阳风的起源与加速机制 太阳风是来自太阳日冕的持续等离子体流。本书从恒星风模型出发，详细阐述了太阳风的形成过程。重点分析了临界点（Critical Point）的物理条件，以及太阳风如何跨越临界点从次音速加速到超音速。 我们对比讨论了两种主要的太阳风类型：快速太阳风（源于日冕物质抛射的低纬度区域）和慢速太阳风（源于日冕物质的极区和活动区）。通过分析日冕中的磁场结构（如极向场和弓形结构），解释了不同区域太阳风速度的差异性。 2.2 太阳风中的湍流与能量耗散 太阳风是一个高度湍流的介质。本书深入探讨了等离子体湍流理论，特别是阿尔芬湍流的特性。我们引入了Kolmogorov理论的修正版本，讨论了磁场和速度场之间的非零交叉谱，并解释了磁化等离子体中的能量级联。湍流不仅是太阳风中能量传播的途径，也是驱动粒子加热和空间尺度扩张的根本原因。书中详细介绍了观测到的谱指数（如-5/3或-3/2）及其与局部MHD模型的对应关系。 2.3 日球层和终端激波 随着太阳风向外传播，它最终会与星际介质（ISM）相互作用，形成一个巨大的“等离子体气泡”——日球层（Heliosphere）。本书描述了日球层边界的结构，包括太阳风终止激波（Termination Shock）、日球层外层（Outer Heliosphere）和日球层顶（Heliopause）。我们利用航天器（如Voyager系列）的探测数据，分析了激波处等离子体参数的突变，以及粒子在日球层内外的加速机制。 2.4 磁场结构的演变与赫利俄斯磁层 行星际磁场（IMF）是太阳风中的一个重要组分。本书详细分析了IMF的布拉菲（Parker）螺旋结构，并解释了该结构是如何由太阳自转和太阳风的径向膨胀共同决定的。书中还讨论了IMF的周期性变化，如太阳偶极场翻转对整个行星际磁场拓扑的影响，以及如何利用IMF的演变来预测地球磁场的扰动。 第三部分：数值方法与计算模拟 理解如此复杂的非线性动力学系统，离不开先进的数值计算工具。本书的最后一部分重点介绍了用于解决MHD方程组的数值方法。 3.1 差分与有限体积法 书中详细介绍了用于求解MHD方程的几种主流数值格式，包括有限差分法、有限体积法和谱方法。对于涉及激波和强梯度问题的求解，我们重点介绍了高分辨率迎风格式（如TVD、MUSCL格式）在保持解的稳定性和精度的方面的优势。 3.2 处理磁场约束的算法 在数值模拟MHD时，保持磁场的无散性条件（$ abla cdot mathbf{B} = 0$）至关重要。本书系统地回顾了维持此约束的各种技术，包括散度清除技术（如扩散项或修正项）和投影法。 3.3 湍流模拟与多尺度耦合 针对太阳风湍流的特性，书中介绍了全能模拟（Global MHD Simulation）和尺度受限模拟（局部回馈模拟）的结合。讨论了如何利用嵌套网格技术或非均匀网格来捕捉从日冕到行星际尺度的巨大尺度差异，从而更真实地再现太阳风的加速和能量耗散过程。 --- 本书是研究太阳物理、行星科学、空间物理学以及等离子体物理学专业人士和高年级学生的理想参考书。它不仅提供了扎实的理论基础，还结合了现代空间探测的最新成果，是理解太阳系动力学不可或缺的工具。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开这本书，我被它深邃的标题吸引住了——《空间天气学》。光是这个名字，就足以勾起我对宇宙奥秘的无限好奇。我一直对我们头顶那片神秘的星空充满敬畏，也对那些我们肉眼看不见却又实实在在影响着我们生活的天体活动感到着迷。想象一下，太阳的爆发，磁场的扰动，这些无形的“风暴”究竟能对地球产生怎样的影响？书中会不会探讨那些科幻小说中经常出现的“太阳耀斑摧毁文明”的场景，或者更现实地，空间天气对我们日常通讯、卫星导航、甚至电网运行的潜在威胁？我特别期待书中能有详实的案例分析，比如历史上发生的几次重大空间天气事件，它们是如何被观测和预测的，又给人类社会带来了哪些教训和启示？另外，作为一名普通读者，我并不希望看到过于艰涩难懂的专业术语堆砌，而是希望作者能够用生动形象的语言，将复杂的科学原理层层剥开，让我这个门外汉也能窥探到空间天气学的迷人之处。我设想，书中或许会有一章专门讲述空间天气的“观测员”们，他们是如何利用各种先进的仪器，如同哨兵一样24小时不间断地监测着来自宇宙的信号，并将这些信息转化为我们能理解的“天气预报”。总而言之，这本书对我而言，不仅仅是一本科普读物，更是一扇通往未知宇宙的窗口，我渴望借此机会，去了解那些隐藏在星辰大海深处的，关于我们赖以生存的地球所面临的，那些不为人知的“宇宙天气”的故事。

评分☆☆☆☆☆

初次接触《空间天气学》这本书，我脑海中浮现的是一个宏大而又神秘的画面：一片广袤无垠的宇宙，其中孕育着我们无法想象的巨大能量。我渴望这本书能够为我揭开这层神秘的面纱。我一直对那些能够影响地球运转的“看不见”的力量充满好奇。太阳，作为我们太阳系的核心，它究竟是如何产生如此强大的能量，又是如何将这些能量以各种形式（比如太阳风、太阳耀斑）释放出来的？我希望书中能够详细阐述这些过程，让我对太阳有一个更深刻的认识。更重要的是，我非常想了解这些来自太阳的“能量风暴”是如何跨越遥远的距离，最终抵达地球，并与我们赖以生存的地球磁场发生一系列复杂的相互作用。书中会不会介绍地磁暴、空间辐射等概念，以及它们对地球环境和人类活动可能造成的潜在影响？我期待书中能够有详细的案例分析，例如历史上发生的几次重大空间天气事件，它们是如何被观测和预测的，以及人类是如何应对这些挑战的。我希望这本书能够让我对宇宙有一个更全面、更科学的认识，并且理解我们与宇宙之间那深刻而又不可分割的联系。

评分☆☆☆☆☆

拿到《空间天气学》这本书，我的第一感觉是它仿佛是为那些对宇宙“看不见的”力量充满好奇的人们量身打造的。我一直对那些能够影响我们日常生活却又难以捉摸的现象深感着迷。比如，那些关于“太阳活动”的报道，总是让人心生敬畏，但具体到它们如何影响地球，我却知之甚少。我希望这本书能够深入浅出地解答我的疑惑。书中会不会详细介绍太阳的内部结构，以及它如何通过各种形式释放能量？我特别好奇“太阳风”这个概念，它究竟是什么？它又是如何穿越广袤的太空，最终抵达地球的？更重要的是，它如何与我们脆弱的地球磁场发生相互作用，进而引发那些令人惊叹的“极光”现象？我期待书中能够有详细的图解和模型，帮助我直观地理解这些复杂的物理过程。另外，我一直对“空间天气预报”这个概念很感兴趣，它和我们日常生活中的天气预报有何不同？又是如何实现的？书中是否会介绍那些监测和预测空间天气的先进技术和设备，例如卫星和地面观测站？我希望这本书能为我打开一扇了解宇宙规律的大门，让我不再对那些“看不见的”宇宙力量感到陌生和恐惧，而是能够以一种更科学、更宏观的视角来看待我们与宇宙之间的联系。

评分☆☆☆☆☆

《空间天气学》这本书，在我看来，更像是一部关于宇宙“情绪”的侦探小说。我一直对那些能够瞬间改变世界面貌的自然现象充满好奇，而空间天气，无疑是其中最令人着迷的一个。我希望这本书能够带领我深入探索太阳那颗巨型恒星的“脾气”，了解它那些“暴躁”的时刻，比如太阳耀斑和日冕物质抛射，究竟是如何发生的，以及它们是如何将巨大的能量和粒子流抛洒到太空中。我尤其想知道，这些来自太阳的“问候”在穿越数十亿公里的旅程后，是如何与地球的磁层产生激烈的“碰撞”，并引发一系列令人不安的“空间风暴”的。书中会不会详细描述这些风暴对我们的地球造成的影响？比如，它们是如何干扰我们赖以生存的通讯系统，让卫星信号时断时续，甚至让那些精密的导航系统陷入混乱？我脑海中常常会浮现出那些关于“地磁暴”的报道，它们究竟是怎样的力量，能够瞬间改变地球的电磁环境？我期待这本书能用生动形象的语言，为我揭示这些“宇宙天气”的真相，让我能够更好地理解这个我们生活其中的，既美丽又充满挑战的宇宙。

评分☆☆☆☆☆

读完《空间天气学》的目录，我心中涌起了层层涟漪。这本书给我的第一印象是——它似乎是一部宏大的宇宙交响曲的乐谱，而我，一个对音乐理论一知半解的听众，却渴望能从中听到那磅礴的旋律。我好奇书中是否会从最基础的物理概念入手，例如“等离子体”的奇妙性质，以及“太阳风”是如何孕育而生的。我希望它能像一位技艺精湛的指挥家，引导我理解那些宏观的宇宙现象，比如日冕物质抛射（CME）和太阳黑子活动的周期性变化，它们之间又存在怎样的千丝万缕的联系？当然，我更关注的是这些“宇宙现象”是如何与我们息息相关的地球发生互动的。书中会不会详细阐述地磁暴的形成机制，以及它们如何干扰无线电通讯、GPS信号，甚至对高纬度地区的电力系统造成冲击？我脑海中浮现出那些关于“极光”的壮丽景象，不知书中是否会揭示它们与空间天气的浪漫邂逅？此外，我也期待书中能够触及一些更前沿的研究方向，比如空间天气对载人航天任务和卫星寿命的影响，以及科学家们正在努力研发的各种“空间天气预警系统”。我希望这本书能够满足我对于宇宙宏观规律的好奇心，又能让我深刻认识到，我们生活在一个多么微妙而又充满挑战的宇宙环境中。它不仅仅是一本书，更像是一次心灵的宇宙漫游，带领我去探索那些遥远而又近在咫尺的未知。

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不错，正版

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此书还可以吧，值得一读。

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很不错的书，值得购买。

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书是正版，包装业很仔细

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书中间出现了裂纹