描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030225955
内容简介
随着人们对全球气候变化普遍关注的日益加强，以及大气科学学科的深入发展，大气科学已经成为一个重要的研究领域，并且产生了深远的科学与社会影响。本书是在版基础上进行补充和修改而成的，几乎涵盖了整个大气科学领域的内容。本书首先介绍了与大气科学领域相关的基础知识，然后分别重点介绍了地球系统、大气热力学、辐射传输、大气化学、云微物理学、大气动力学、天气系统、大气边界层和气候动力学等内容。此外，作者使用T-Inp图作为标示大气探测的首要形式，从而现代化地处理了大气热力学的内容。
目 录
目录
序言
译者前言
第二版前言
鸣谢
版前言
第1章 绪论 1
1.1 研究内容及近期的主要进展 1
1.2 相关概念及术语 3
1.3 大气的基础知识 6
1.3.1 光学特性 6
1.3.2 大气质量 7
1.3.3 大气化学成分 8
1.3.4 大气的垂直结构 9
1.3.5 风场 13
1.3.6 降水 20
1.4 第2章简介 22
习题 23
第2章 地球系统 25
2.1 地球系统的成员 25
2.1.1 海洋 25
2.1.2 冰雪圈 32
2.1.3 陆地生物圈 36
2.1.4 地壳和地幔 38
2.1.5 地球系统中各部分对气候的作用 39
2.2 水循环 40
2.3 碳循环 42
2.3.1 大气中的碳 44
2.3.2 生物圈中的碳 44
2.3.3 海洋中的碳 46
2.3.4 地壳中的碳 47
2.4 地球系统中的氧 48
2.4.1 氧的来源 48
2.5 气候和地球系统的历史 51
2.5.1 地球系统的形成和演变 51
2.5.2 1亿年前 54
2.5.3 100万年前 55
2.5.4 2万年前 58
2.6 地球：适合生物生存的星球 59
习题 61
第3章 大气热力学 65
3.1 气体定律 65
3.1.1 虚温 68
3.2 流体静力学方程 69
3.2.1 重力位势 71
3.2.2 标高和测高方程 72
3.2.3 等压面的厚度和高度 73
3.2.4 海平面气压换算 74
3.3 热力学定律 75
3.3.1 焦耳定律 76
3.3.2 比热 78
3.3.3 焓 79
3.4 绝热过程 80
3.4.1 气块的概念 80
3.4.2 干绝热温度递减率 80
3.4.3 位温 81
3.4.4 热力学图 82
3.5 空气中的水汽 83
3.5.1 湿度参数 84
3.5.2 潜热 88
3.5.3 饱和绝热和假绝热过程 89
3.5.4 饱和绝热递减率 89
3.5.5 相当位温和湿球位温 90
3.5.6 诺曼德定律 91
3.5.7 先上升后下沉的净效果 91
3.6 静力稳定度 93
3.6.1 未饱和空气 93
3.6.2 饱和空气 96
3.6.3 条件性不稳定和对流性不稳定 97
3.7 热力学第二定律及熵 98
3.7.1 卡诺循环 99
3.7.2 熵 101
3.7.3 克劳修斯克拉珀龙方程 103
3.7.4 热力学第二定律的一般化论述 106
习题 108
第4章 辐射传输 120
4.1 辐射波谱 120
4.2 辐射定量描述 121
4.3 黑体辐射 124
4.3.1 普朗克函数 124
4.3.2 维恩位移定律 125
4.3.3 斯蒂芬玻耳兹曼定律 125
4.3.4 实际物体的辐射特征 127
4.3.5 基尔霍夫定律 128
4.3.6 温室效应 128
4.4 散射、吸收和发射的物理意义 129
4.4.1 气体分子和粒子的散射作用 130
4.4.2 粒子吸收作用 133
4.4.3 气体分子的吸收和发射 134
4.5 行星大气中的辐射传输 137
4.5.1 比尔定律 137
4.5.2 大气层的反射和吸收 141
4.5.3 红外辐射的吸收和发射 142
4.5.4 辐射加热率的垂直廓线 145
4.5.5 卫星被动遥感 147
4.6 大气顶部的辐射平衡 151
习题 152
第5章 大气化学 159
5.1 对流层大气的组成 159
5.2 微量气体的源、输送和汇 163
5.2.1 源 163
5.2.2 输送 166
5.2.3 汇 169
5.3 对流层中的一些重要的微（痕）量气体 169
5.3.1 氢氧自由基 169
5.3.2 部分活性氮化合物 171
5.3.3 有机化合物 172
5.3.4 氧化碳 172
5.3.5 臭氧 172
5.3.6 氢化合物 176
5.3.7 含硫气体 176
5.4 对流层气溶胶 177
5.4.1 源 178
5.4.2 化学组成 181
5.4.3 输送 182
5.4.4 汇 182
5.4.5 浓度和尺度分布 183
5.4.6 停留时间 185
5.5 空气污染 185
5.5.1 污染源 185
5.5.2 烟雾 188
5.5.3 区域和全球污染 190
5.6 对流层化学循环 191
5.6.1 氮循环 192
5.6.2 硫循环 193
5.7 平流层化学 194
5.7.1 未扰动的平流层臭氧 194
5.7.2 人类活动对平流层臭氧的影响：臭氧洞 200
5.7.3 平流层气溶胶、平流层中的硫 206
习题 209
第6章 云微物理学 218
6.1 水汽的凝结核化 218
6.1.1 凝结核化原理 219
6.1.2 云凝结核 223
6.2 暖云的微结构 225
6.3 云液水含量及夹卷 228
6.4 暖云中云滴的增长 232
6.4.1 凝结增长 232
6.4.2 碰并增长 234
6.4.3 云滴凝结增长和碰并增长之间的过渡 240
6.5 冷云微物理学 244
6.5.1 冰质粒的核化；冰核 244
6.5.2 云中的冰质粒浓度；冰晶繁生 249
6.5.3 云中冰质粒的增长 252
6.5.4 冷云中降水的形成 258
6.5.5 固体降水的分类 260
6.6 人工影响云和降水 261
6.6.1 人工影响暖云 262
6.6.2 人工影响冷云 262
6.6.3 无意识人工影响 266
6.7 雷暴与起电 267
6.7.1 电荷的产生 268
6.7.2 闪电和雷声 270
6.7.3 全球电路 272
6.8 云和降水化学 276
6.8.1 总论 276
6.8.2 质粒和气体的传输 276
6.8.3 核化清除 277
6.8.4 气体在云滴中的溶解 277
6.8.5 液相化学反应 278
6.8.6 降水清除 279
6.8.7 降水中硫酸盐的来源 279
6.8.8 雨水的化学组分 279
6.8.9 由云生成的气溶胶 279
习题 281
第7章 大气动力学 287
7.1 大尺度水平气流运动学 287
7.1.1 气流的基本运动学特征 287
7.1.2 涡度和散度 288
7.1.3 形变 290
7.1.4 流线与轨线 291
7.2 水平流体动力学 292
7.2.1 视示力 292
7.2.2 真实力 296
7.2.3 水平运动方程 297
7.2.4 地转风 297
7.2.5 摩擦效应 298
7.2.6 梯度风 299
7.2.7 热成风 300
7.2.8 行星旋转下的垂直运动 302
7.2.9 涡度守恒原理 303
7.2.10 位涡 305
7.3 原始方程 307
7.3.1 气压垂直坐标 307
7.3.2 静力平衡 308
7.3.3 热力学能量方程 308
7.3.4 垂直运动场的推导 310
7.3.5 原始方程组的解 312
7.3.6 原始方程组的一个应用 313
7.4 大气环流 315
7.4.1 动能循环 316
7.4.2 大气热机 318
7.5 数值天气预报 318
习题 321
第8章 天气系统 330
8.1 温带气旋 330
8.1.1 概述 331
8.1.2 锋和地面天气 335
8.1.3 垂直结构 344
8.1.4 空气轨迹 351
8.1.5 寻找完美风暴 353
8.1.6 向上而下的影响 355
8.1.7 潜热释放的影响 356
8.2 地形作用 357
8.2.1 背风坡锋生和背风坡槽 357
8.2.2 罗斯贝波沿倾斜地形传播 358
8.2.3 冷空气堆积 359
8.2.4 地形引起的暴风 359
8.2.5 地形对降水的影响 361
8.3 深对流 362
8.3.1 环境控制 362
8.3.2 对流风暴的结构和演变 366
8.3.3 与对流风暴有关的破坏性风 374
8.3.4 中尺度对流系统 381
8.4 热带气旋 384
8.4.1 结构、热力学以及动力学 384
8.4.2 生成和生命期 386
8.4.3 风暴潮 388
习题 388
第9章 大气边界层 391
9.1 湍流 392
9.1.1 涡旋和热泡 392
9.1.2 湍流的统计描述 394
9.1.3 湍流动能和湍流强度 396
9.1.4 湍流输送和通量 397
9.1.5 湍流闭合 399
9.1.6 湍流尺度和相似理论 400
9.2 地表能量平衡 402
9.2.1 辐射通量 402
9.2.2 地表能量平衡 402
9.2.3 整体空气动力学公式 404
9.2.4 全球地表能量平衡 407
9.3 垂直结构 408
9.3.1 温度 408
9.3.2 湿度 409
9.3.3 风 409
9.3.4 边界层结构的逐日变化和区域变化 412
9.3.5 层结对湍流和稳定性的非局地影响 413
9.4 演变 415
9.4.1 夹卷 415
9.4.2 边界层发展 416
9.4.3 陆面云盖下边界层 418
9.4.4 海洋边界层 419
9.4.5 风暴天气 422
9.5 特殊效应 423
9.5.1 地形作用 423
9.5.2 海陆风 425
9.5.3 森林冠层效应 427
9.5.4 城市效应 428
9.6 进展中的边界层气象学 429
习题 430
第10章 气候动力学 434
10.1 现代气候 434
10.1.1 年平均状况 434
10.1.2 与一天时间的依赖关系 438
10.1.3 与季节依赖的关系 438
10.2 气候变率 443
10.2.1 内部产生的气候变率 446
10.2.2 耦合气候变率 448
10.2.3 外强迫气候变率 457
10.3 气候的平衡、敏感性及反馈效应 463
10.3.1 瞬变响应与平衡响应 465
10.3.2 气候反馈效应 466
10.4 温室效应 470
10.4.1 温室气体的增长 471
10.4.2 人为引起的温室增暖效应是否明显？ 476
10.4.3 未来人类活动引
序言
译者前言
第二版前言
鸣谢
版前言
第1章 绪论 1
1.1 研究内容及近期的主要进展 1
1.2 相关概念及术语 3
1.3 大气的基础知识 6
1.3.1 光学特性 6
1.3.2 大气质量 7
1.3.3 大气化学成分 8
1.3.4 大气的垂直结构 9
1.3.5 风场 13
1.3.6 降水 20
1.4 第2章简介 22
习题 23
第2章 地球系统 25
2.1 地球系统的成员 25
2.1.1 海洋 25
2.1.2 冰雪圈 32
2.1.3 陆地生物圈 36
2.1.4 地壳和地幔 38
2.1.5 地球系统中各部分对气候的作用 39
2.2 水循环 40
2.3 碳循环 42
2.3.1 大气中的碳 44
2.3.2 生物圈中的碳 44
2.3.3 海洋中的碳 46
2.3.4 地壳中的碳 47
2.4 地球系统中的氧 48
2.4.1 氧的来源 48
2.5 气候和地球系统的历史 51
2.5.1 地球系统的形成和演变 51
2.5.2 1亿年前 54
2.5.3 100万年前 55
2.5.4 2万年前 58
2.6 地球：适合生物生存的星球 59
习题 61
第3章 大气热力学 65
3.1 气体定律 65
3.1.1 虚温 68
3.2 流体静力学方程 69
3.2.1 重力位势 71
3.2.2 标高和测高方程 72
3.2.3 等压面的厚度和高度 73
3.2.4 海平面气压换算 74
3.3 热力学定律 75
3.3.1 焦耳定律 76
3.3.2 比热 78
3.3.3 焓 79
3.4 绝热过程 80
3.4.1 气块的概念 80
3.4.2 干绝热温度递减率 80
3.4.3 位温 81
3.4.4 热力学图 82
3.5 空气中的水汽 83
3.5.1 湿度参数 84
3.5.2 潜热 88
3.5.3 饱和绝热和假绝热过程 89
3.5.4 饱和绝热递减率 89
3.5.5 相当位温和湿球位温 90
3.5.6 诺曼德定律 91
3.5.7 先上升后下沉的净效果 91
3.6 静力稳定度 93
3.6.1 未饱和空气 93
3.6.2 饱和空气 96
3.6.3 条件性不稳定和对流性不稳定 97
3.7 热力学第二定律及熵 98
3.7.1 卡诺循环 99
3.7.2 熵 101
3.7.3 克劳修斯克拉珀龙方程 103
3.7.4 热力学第二定律的一般化论述 106
习题 108
第4章 辐射传输 120
4.1 辐射波谱 120
4.2 辐射定量描述 121
4.3 黑体辐射 124
4.3.1 普朗克函数 124
4.3.2 维恩位移定律 125
4.3.3 斯蒂芬玻耳兹曼定律 125
4.3.4 实际物体的辐射特征 127
4.3.5 基尔霍夫定律 128
4.3.6 温室效应 128
4.4 散射、吸收和发射的物理意义 129
4.4.1 气体分子和粒子的散射作用 130
4.4.2 粒子吸收作用 133
4.4.3 气体分子的吸收和发射 134
4.5 行星大气中的辐射传输 137
4.5.1 比尔定律 137
4.5.2 大气层的反射和吸收 141
4.5.3 红外辐射的吸收和发射 142
4.5.4 辐射加热率的垂直廓线 145
4.5.5 卫星被动遥感 147
4.6 大气顶部的辐射平衡 151
习题 152
第5章 大气化学 159
5.1 对流层大气的组成 159
5.2 微量气体的源、输送和汇 163
5.2.1 源 163
5.2.2 输送 166
5.2.3 汇 169
5.3 对流层中的一些重要的微（痕）量气体 169
5.3.1 氢氧自由基 169
5.3.2 部分活性氮化合物 171
5.3.3 有机化合物 172
5.3.4 氧化碳 172
5.3.5 臭氧 172
5.3.6 氢化合物 176
5.3.7 含硫气体 176
5.4 对流层气溶胶 177
5.4.1 源 178
5.4.2 化学组成 181
5.4.3 输送 182
5.4.4 汇 182
5.4.5 浓度和尺度分布 183
5.4.6 停留时间 185
5.5 空气污染 185
5.5.1 污染源 185
5.5.2 烟雾 188
5.5.3 区域和全球污染 190
5.6 对流层化学循环 191
5.6.1 氮循环 192
5.6.2 硫循环 193
5.7 平流层化学 194
5.7.1 未扰动的平流层臭氧 194
5.7.2 人类活动对平流层臭氧的影响：臭氧洞 200
5.7.3 平流层气溶胶、平流层中的硫 206
习题 209
第6章 云微物理学 218
6.1 水汽的凝结核化 218
6.1.1 凝结核化原理 219
6.1.2 云凝结核 223
6.2 暖云的微结构 225
6.3 云液水含量及夹卷 228
6.4 暖云中云滴的增长 232
6.4.1 凝结增长 232
6.4.2 碰并增长 234
6.4.3 云滴凝结增长和碰并增长之间的过渡 240
6.5 冷云微物理学 244
6.5.1 冰质粒的核化；冰核 244
6.5.2 云中的冰质粒浓度；冰晶繁生 249
6.5.3 云中冰质粒的增长 252
6.5.4 冷云中降水的形成 258
6.5.5 固体降水的分类 260
6.6 人工影响云和降水 261
6.6.1 人工影响暖云 262
6.6.2 人工影响冷云 262
6.6.3 无意识人工影响 266
6.7 雷暴与起电 267
6.7.1 电荷的产生 268
6.7.2 闪电和雷声 270
6.7.3 全球电路 272
6.8 云和降水化学 276
6.8.1 总论 276
6.8.2 质粒和气体的传输 276
6.8.3 核化清除 277
6.8.4 气体在云滴中的溶解 277
6.8.5 液相化学反应 278
6.8.6 降水清除 279
6.8.7 降水中硫酸盐的来源 279
6.8.8 雨水的化学组分 279
6.8.9 由云生成的气溶胶 279
习题 281
第7章 大气动力学 287
7.1 大尺度水平气流运动学 287
7.1.1 气流的基本运动学特征 287
7.1.2 涡度和散度 288
7.1.3 形变 290
7.1.4 流线与轨线 291
7.2 水平流体动力学 292
7.2.1 视示力 292
7.2.2 真实力 296
7.2.3 水平运动方程 297
7.2.4 地转风 297
7.2.5 摩擦效应 298
7.2.6 梯度风 299
7.2.7 热成风 300
7.2.8 行星旋转下的垂直运动 302
7.2.9 涡度守恒原理 303
7.2.10 位涡 305
7.3 原始方程 307
7.3.1 气压垂直坐标 307
7.3.2 静力平衡 308
7.3.3 热力学能量方程 308
7.3.4 垂直运动场的推导 310
7.3.5 原始方程组的解 312
7.3.6 原始方程组的一个应用 313
7.4 大气环流 315
7.4.1 动能循环 316
7.4.2 大气热机 318
7.5 数值天气预报 318
习题 321
第8章 天气系统 330
8.1 温带气旋 330
8.1.1 概述 331
8.1.2 锋和地面天气 335
8.1.3 垂直结构 344
8.1.4 空气轨迹 351
8.1.5 寻找完美风暴 353
8.1.6 向上而下的影响 355
8.1.7 潜热释放的影响 356
8.2 地形作用 357
8.2.1 背风坡锋生和背风坡槽 357
8.2.2 罗斯贝波沿倾斜地形传播 358
8.2.3 冷空气堆积 359
8.2.4 地形引起的暴风 359
8.2.5 地形对降水的影响 361
8.3 深对流 362
8.3.1 环境控制 362
8.3.2 对流风暴的结构和演变 366
8.3.3 与对流风暴有关的破坏性风 374
8.3.4 中尺度对流系统 381
8.4 热带气旋 384
8.4.1 结构、热力学以及动力学 384
8.4.2 生成和生命期 386
8.4.3 风暴潮 388
习题 388
第9章 大气边界层 391
9.1 湍流 392
9.1.1 涡旋和热泡 392
9.1.2 湍流的统计描述 394
9.1.3 湍流动能和湍流强度 396
9.1.4 湍流输送和通量 397
9.1.5 湍流闭合 399
9.1.6 湍流尺度和相似理论 400
9.2 地表能量平衡 402
9.2.1 辐射通量 402
9.2.2 地表能量平衡 402
9.2.3 整体空气动力学公式 404
9.2.4 全球地表能量平衡 407
9.3 垂直结构 408
9.3.1 温度 408
9.3.2 湿度 409
9.3.3 风 409
9.3.4 边界层结构的逐日变化和区域变化 412
9.3.5 层结对湍流和稳定性的非局地影响 413
9.4 演变 415
9.4.1 夹卷 415
9.4.2 边界层发展 416
9.4.3 陆面云盖下边界层 418
9.4.4 海洋边界层 419
9.4.5 风暴天气 422
9.5 特殊效应 423
9.5.1 地形作用 423
9.5.2 海陆风 425
9.5.3 森林冠层效应 427
9.5.4 城市效应 428
9.6 进展中的边界层气象学 429
习题 430
第10章 气候动力学 434
10.1 现代气候 434
10.1.1 年平均状况 434
10.1.2 与一天时间的依赖关系 438
10.1.3 与季节依赖的关系 438
10.2 气候变率 443
10.2.1 内部产生的气候变率 446
10.2.2 耦合气候变率 448
10.2.3 外强迫气候变率 457
10.3 气候的平衡、敏感性及反馈效应 463
10.3.1 瞬变响应与平衡响应 465
10.3.2 气候反馈效应 466
10.4 温室效应 470
10.4.1 温室气体的增长 471
10.4.2 人为引起的温室增暖效应是否明显？ 476
10.4.3 未来人类活动引
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