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更新日期 : 2006.2.24

大氣科學中的反問題 曾忠一著, 2006年, 國立編譯館主編出版, 1288頁.總共15章, 10附錄, 120萬字, 47 MB (WORD), 分為上下兩冊, 20開(23cm x 17cm). 目次 本書有系統的討論大氣科學中反問題的主要成分，包括四維變分同化、卡爾曼濾波器以及GPS、雷達和衛星資料的變分同化。本書首先介紹氣象學中反問題的全貌和變分最佳分析原理，然後以基本大氣模型方程為例引進四維變分同化、參數估計、敏感性和穩定性分析的觀念，接著闡述估計理論，並且應用在三維資料分析和卡爾曼濾波器平滑器，最後討論空基和地基GPS、雷達和衛星等資料的變分同化。書後還有附錄、習題、參考文獻和標題索引，以供讀者參考。本書充分反映出過去十年來包括變分同化在內的反方法的最新進展。本書的對象是大學大氣科學系高年級學生和研究生，對於氣象、海洋、環境、地球科學研究人員和實際工作者，本書也是一本有用的參考書。本書可做為氣象資料同化和GPS氣象學的教材之用。 關鍵字：反問題、資料同化、Kalman濾波器、GPS氣象學 本書將在2006年4月底由國立編譯館出版，全書15章10附錄， 分為上下兩冊，1288頁， 總計120萬字。 　 大氣遙測原理與應用 Remote Sensing of the Atmosphere: Principles and Applications           曾忠一著, 1983年, 中央氣象局, 287頁, 13開平裝, 現已絕版. 　　本書有系統的講述一些利用衛星觀測來決定大氣狀態的方法，重點主要放在氣溫和氣體成分的紅外和微波遙測技術。書中首先介紹遙測的原理和氣象衛星概況，並詳細敘述輻射傳遞方程和大氣光譜。接著討論海面溫度和氣溫垂直分布的遙測原理。然後講述一些有用的數學方法，討論氣溫垂直分布的反演技術，說明雲、地表以及陽光的效應。最後探討了一些微波遙測的主要方面。本書可供氣象業務人員、研究工作者以及大專院校大氣科學學生參考。 ▲TOP 動力預報的基本方程 Basic Equations of Dynamic Prediction           曾忠一著, 1984年, 中央研究院物理研究所（台北市南港區）, 122頁, 16開平裝. 　　本書系統地講述數值天氣預報的基本方程。首先介紹向量分析和正交曲線坐標。接著討論地圖投影法，並指出氣象文獻上有關地圖投影的若干錯誤觀念。然後導出動力方程，並建立正交曲線坐標中的基本方程組。最後講述數值天氣預報模式中常用的垂直坐標系。本書可供數值天氣預報工作人員參考，也適合大專院校大氣科學系的師生閱讀。 ▲TOP 氣象與遙測資料的客觀分析 Objective Analysis of Meteorological and Remote Sensing Data           曾忠一著, 1987年, 中央研究院物理研究所（台北市南港區）, 410頁, 16開精裝, 現已絕版. 　　本書有系統的討論客觀分析的主要方面，包括逐次訂正法、最佳內插法、變分最佳分析以及初始化。本書首先介紹地圖投影法。接著討論氣象資料的檢定和逐次訂正法。然後闡述氣象場的統計結構、最佳內插法及經驗正交展開。最後講述變分學、變分最佳分析以及初始化。八個附錄主要提供書中所需的數學背景。本書的對象是大專院校大氣科學系高年級學生和研究生，對於氣象科技研究人員和數值天氣預報實際工作者，本書也是一本有用的參考書。 ▲TOP 大氣輻射 Atmospheric Radiation                                                     曾忠一著﹐1988年﹐ 聯經出版事業公司﹐18開360頁. 　　人類的活動已經擾亂了氣候系統的平衡，並且無意中改變了氣候。近年來科學家對氣候問題的興趣和關注，已經擴大了大氣科學原有的領域，使得一些分支學科重新獲得重視，大氣輻射學就是其中之一。除了氣候學之外，大氣輻射學還和大氣環流，衛星遙測，能量收支等問題有密切的關係。本書有系統地為下一代的大氣科學學生介紹有關大氣輻射學的基本知識，希望能吸引更多人加入這方面的研究工作。全書分為五章，介紹了輻射基本原理，大氣層外的太陽輻射，氣體的吸收帶和透射率以及大氣中的 短波和長波輻射傳遞。書後並有參考文獻及索引，以供讀者參考。本書可做為大專院校大氣物理學或大氣輻射學的教材。 ▲TOP 　 大氣輻射續篇 Atmospheric Radiation II  曾忠一著, 1988年, 中央研究院物理研究所（台北市南港區）, 18開289頁. 　　本書是大氣輻射（聯經，1987）的續篇。書中介紹了平行平面大氣中多次散射的原理、能量平衡與輻射收支以及氣候模式。七個附錄主要提供基本數學方法與其他背景資料。本書適合大專院校大氣科學系高年級學生與研究生閱讀。 　 ▲TOP 大氣衛星遙測學 Remote Sounding of the Atmosphere                        曾忠一著，1988年，國立編譯館主編，渤海堂出版，平裝25開630頁。 　　本書闡述大氣衛星遙測的原理和方法。本書總共有十三章。可分為兩部分，前六章主要介紹遙測的基本觀念，包括氣象衛星系統，輻射傳遞原理，大氣的吸收，衛星軌道力學，雲圖的定位以及衛星輻射計。後七章主要討論氣象要素的遙測原理，包括雲分析，海面溫度，氣溫與氣體成分，地球輻射收支以及被動微波遙測的主要內容。本書適合大專院校大氣科學系高年級學生或研究生閱讀。 ▲TOP

大氣模式的數值方法 Numerical Mehods in Atmospheric Models                              曾忠一著，1993年，國立編譯館主編，渤海堂出版，25開695頁。 　　本書討論大氣模式及其他偏微分方程的數值解法，包括有限差分法波譜法和有限元法，主要模型方程為平流方程，正壓渦度方程，淺水方程和斜壓原始方程。本書總共有十五章，第一章簡述大氣模式及其數值解法，第二章到第九章主要討論有限差分法，包括有限差分格式，時間差分格式以及平流方程，淺水方程，斜壓模式和橢圓型方程的有限差分法。第十章到第十五章主要介紹波譜法和有限元法的基本原理及其在大氣模式上的應用。本書適合大氣科學系和海洋學系高年級生和研究生閱讀，對於從事計算流體力學的科研人員也是一本有用的參考書。         本書榮獲行政院新聞局81年度重要學術專門著作出版補助 　 　 "大氣模式的數值方法"自序 　　由於過去四十年來計算機和觀測技術的長足進步，再加上氣象學理論和數值方法的飛躍發展，現在數值預報方法已在許多國家的例行天氣預報中扮演關鍵性的角色。不但如此，各種不同的數值模式也被廣泛應用於大氣環流、中小尺度的天氣現象、雲微物理過程以及湍流等的數值模擬。除了這些之外，數值模式也用來進行氣候變遷和大氣中污染物輸送的研究，這兩方面近來一直是大眾臆測和爭論的主題，吸引全世界的興趣和關注。 　　本書主要討論大氣模式的數值解法。大氣模式和其他偏微分方程的數值解法，一般說來有三種：有限差分法、波譜法和有限元法。由於現在世界各國的例行數值天氣預報模式大都使用前二種，這兩種方法較為氣象學家所熟知。有限元法原來是結構工程師發展出來的，起先只能用於結構分析，但經過多年的改進後現在適用範圍很廣，幾乎所有的微分方程都可用這個方法求解。本書討論有限差分法、波譜法和有限元法的基本原理，並以平流方程、慣性重力波方程、淺水方程、正壓渦度方程和斜壓方程做為模型方程，來詳細說明這三種數值方法的應用。 　　本書總共有十五章。第一章介紹大氣動力學的基本方程和三種數值方法的大要。第二章簡單地說明有限差分法的基本概念。大致而言，不論使用何種數值方法，時間離散化總是採用有限差分法，這是第三章的主題。第四章到第六章分別討論平流方程、淺水方程和正壓渦度方程的有限差分解法。1980年以來，半拉格朗日法的發展，為數值模擬帶來嶄新的技術，這是第七章的主要內容。第八章說明垂直差分和斜壓模式，斜壓模式雖然很複雜，但經過適當的垂直變換後就變為淺水方程，因此在這章中討論了垂直結構函數的概念。第九章的主題是橢圓型方程的數值解法，包括直接法和鬆弛法。 　　波譜法和有限元法，表面上看起來大不相同，但基本原理卻是一樣的，都是由級數展開法發展出來的。因此，在第十章和第十一章中闡釋這兩個方法的共同原理，並以平流方程為例說明它們的特性。第十二章是波譜法預報模式，包括正壓渦度方程、淺水方程和斜壓方程的波譜模式。最後三章的主要內容是有限元法，包括形狀函數、 預報模式和計算機執行。 　　本書根據過去十五年來的教學資料編寫而成，當年在台大選修高等應用數學、大氣模式之數值方法和氣象應用數學的學生中，已有多人學成回國，在氣象界工作，表現極為優異，這是令人欣慰的事。 　　在本書的編寫和出版過程中，著者獲得許多人的協助。劉英宗、郭廷新和洪景山等人進行校對工作，並提出寶貴的意見。我班上的學生賈新興和林慧娟還費心地找出不少的錯誤。最後要感謝國立編譯館的協助，本書才得以早日問世。 　　在過去四個月中，雖然花費極大的心力進行改寫和校對工作，但一定還有講得不夠清楚的地方，甚至有不少缺點和錯誤，熱誠希望國內外氣象界廣大華文讀者批評指教。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1993年5月23日 ▲TOP

　

　

氣象資料同化 Meteorological Data Assimilation                            曾忠一著，1997年，國立編譯館主編，渤海堂出版，25開594頁。         本書有系統地討論氣象資料同化的主要成分，包括客觀分析，初 始化和四維資料同化。本書首先介紹氣象資料及初步處理，地圖投影 和動力方程以及逐步訂正法，然後闡述氣象場的統計結構，統計內插 法和經驗正交函數，接著說明變分學和變分最佳分析，最後探討各種 靜態和動態初始化法，連續資料同化以及變分資料同化。書後還有附 錄，習題，參考文獻和標題索引，以供讀者參考，本書改編自舊版客 觀分析，新內容佔一半以上。新的材料包括Laplace變換初始化，隱式 正模初始化，數位濾波初始化，Kalman濾波器，變分資料分析以及變 分資料同化等，充分反映出過去十年來氣象資料同化的新進展，本書 的對象是大學大氣科學系高年級學生和研究生，對於氣象科學研究人 員和數值天氣預報實際工作者，也是一本有用的參考書。 　 "氣象資料同化"自序 　　現在數值預報已成為最有效、最準確的天氣預報法，全世界各主要氣象中心每天都在進行業務預報，我國氣象單位也不例外。在進行數值預報時一定會遭遇到資料同化問題。所謂資料同化是指結合數值預報值和觀測值來改進分析場，以做為繼續預報的初始值之用。資料同化大致包括客觀分析、初始化和四維資料同化等三個成分，本書將詳細說明它們的主要內容。 　　客觀分析是把分布不規則的測站上觀測到的資料內插到規則的格點上，它的任務除了空間內插之外，還需使分析場保持一定的內在一致，例如滿足流體靜力平衡和準地轉平衡。此外，一個完善的客觀分析法也必須具有除錯的能力。 　　初始化的目的在於控制慣性重力波的振幅。在預報模式中這種被視為噪聲的波動會由於初始場的不平衡而被激發出來，它們是虛假的，還會帶來若干負面的影響，必須加以抑制。要如何調整初始場，使它們保持一定的平衡，就是初始化問題。 　　1957年人類正式進入太空時代，隨後由衛星提供的雲圖和數據，可用來改進天氣分析和預報。人類終於可以從外太空往下觀測大氣現象，實現了多年的夢想。這就像我們多麼希望有機會從飛機上禮讚先民凱達格蘭人的三座靈山：荖蘭山（387m）、草山（729m）和七星山（1120m）。這種大量衛星等非定時資料的出現，帶給客觀分析技術新的挑戰，並且使得四維資料同化蓬勃發展。要如何決定一個既和動力模式相協調，又按某個準確度接近觀測值的分析場，以做為下一步預報的初始場之用，就是四維資料同化問題。 　　從另一個觀點來看，本書主要說明幾個反問題及其解法，雖然有些還不夠詳盡。第一個反問題是大氣遙測問題，也就是由衛星資料決定氣溫等的垂直分布。相應的正問題是輻射傳遞模式，也就是由已知的氣溫垂直分布計算衛星所應觀測到的輻射強度。第二個是客觀分析，相應的正問題稱為向前內插，也就是將格點上的氣象變數值內插到觀測點上。第三個是四維資料同化，也就是由動力模式的解和觀測值決定最佳的初始場。相應的正問題是數值預報，由給定的初始場按動力模式進行向前預報。假如直接將衛星資料應用在同化模式，那麼第三個反問題也包含了前兩個。一般說來，反問題是不適定的，不存在唯一的解，故需由其他的附加條件決定一個最佳解。還有，在求解反問題時，也需要先求解正問題。 　　本書首先介紹氣象資料及其初步處理、地圖投影和動力方程以及逐步訂正法，然後闡述氣象場的統計結構、統計內插法以及經驗正交函數，接著說明變分學原理和變分最佳分析，最後探討靜態初始化、動態初始化、連續資料同化和變分資料同化。本書改編自1987年出版的〝客觀分析〞，新內容已佔一半以上。新材料包括拉普拉斯變換初始化、隱式正模初始化、數位濾波初始化、卡爾曼濾波器以及變分資料同化等，充分反映了過去十年來氣象資料同化的快速進展。 　　今年是我國氣象測報百年紀念。回想我國各族人民，有的祖先來自太平洋上不知名的小島，有的發源於東亞大陸沿岸，冒著千辛萬苦，來到這裡建立新的家園和國度，過去千百年來走過了艱苦困頓的歲月，直到前幾年才透過民主和平的程序重新找回快樂和希望。雖然這樣，我們仍然目睹了百年來我國氣象事業歷盡艱辛，最後到達蓬勃發展和飛躍進步的過程。 　　在本書編寫、排版和校對過程中，作者獲得許多朋友的鼓勵和協助。吳威勳、紀立偉、王旌熒和王詩豪等人協助繪製附圖，郭國新仔細進行校對工作，作者在這裡表達深摯的謝意。 　　以前寫的幾本書，刊印出來以後錯誤很少，平均每頁都在0.1個以下。這本書也同樣費盡心力去校對，希望能像以前一樣保持高品質。不過一定還有不少缺點和錯誤一時未能發現，希望國內外廣大氣象界華文讀者多多批評指教。 ▲TOP          以上幾本書，和其他有大量公式的書相比，可說排版校對第一流，錯誤絕少，平均每 頁0.1個以下。上課時曾讓學生找錯，找到一個，學期成績另加0.25分。由於錯誤實在很少，過去四年來找得到的學生屈指可數，額外加分總共不到10分。做為比較的標準，Holton那本大氣動力學的錯誤率是每頁0.32個。 　 渤海堂文化公司 電話：(02)2392-8516

　

　

錯誤率統計表　

出版社	書名	錯誤率
1.渤海堂(1988)	大氣衛星遙測學	36/630=0.06/頁
2.聯經(1988)	大氣輻射	13/360=0.04/頁
3.中研院(1988)	大氣輻射續篇	15/289=0.05/頁
4.渤海堂(1993)	大氣模式的數值方法	20/695=0.03/頁
5.渤海堂(1997)	氣象資料同化	22/594=0.04/頁
6.編譯館(1981)	大氣科學（譯）	不值得為此書找錯
7.正中(1982)	氣象學名詞三版	1200/302=4.00/頁
8.聯經(1990)	某書	3438/410=8.39/頁
9.編譯館(1995)	某書（譯）	290/332=0.87/頁
10.書泉(1995)	溫暖化的地球（譯）	110/216=0.51/頁
12.編譯館(1997)	大氣動力學（譯）	381/515=0.74/頁
13.洪葉(1998)	氣象學名詞四版	363/317=1.15/頁
14.Academic(1992)	Holton的大氣動力學 勘誤表1 勘誤表2	163/511=0.32/頁               眾多讀者可找到稍多印刷錯誤