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目录1

第一章 大气概论1

1.1 地球大气的起源2

1.2 地球大气的成分和结构6

1.2.1 大气质量6

1.2.2 大气成分6

1.2.3 干空气状态方程12

1.2.4 大气成分随高度的变化14

1.2.5 较轻成分的逃逸15

1.3 气象要素17

1.3.1 气温17

1.3.2 气压20

1.3.3 湿度23

1.3.4 风30

1.4 湿空气的状态方程33

1.5 大气的垂直分层36

1.5.1 对流层38

1.5.2 平流层42

1.5.3 中层42

1.5.4 热层43

1.6 大气气溶胶粒子44

1.6.1 气溶胶粒子的谱分布特征45

1.6.2 气溶胶粒子的源和汇47

1.6.3 气溶胶粒子的大气效应49

1.7 热力学图表上湿度量的查算52

1.7.2 求相对湿度（f）54

1.7.1 求饱和比湿（qs）和实际比湿（q）54

1.7.3 求饱和水汽压E和实际水汽压e55

1.7.4 求虚温Tv（或tv）56

第二章 大气中辐射能的传输57

2.1 辐射概述57

2.1.1 辐射的基本概念57

2.1.2 辐射能的度量61

2.2 辐射的基本定律64

2.2.1 普朗克定律64

2.2.2 斯蒂芬——玻尔兹曼定律68

2.2.3 魏恩位移定律68

2.2.4 基尔霍夫定律69

2.3 太阳辐射71

2.4 大气对太阳辐射的吸收和散射77

2.4.1 大气对太阳辐射的吸收78

2.4.2 大气对太阳辐射的散射84

2.4.3 大气质量数89

2.5 到达地面的太阳辐射91

2.5.1 太阳直接辐射92

2.5.2 天空辐射93

2.5.3 总辐射93

2.5.4 地面对太阳辐射的反射95

2.6 地球辐射97

2.6.1 地面辐射97

2.6.2 大气辐射98

2.6.3 地面有效辐射101

2.6.4 长波辐射的传输102

2.6.5 长波辐射的变温率107

2.7 辐射平衡108

2.7.1 地面辐射差额108

2.7.2 地气系统辐射差额 行星反射率和OLR109

2.7.3 简单的全球辐射平衡模式111

2.7.4 地气系统的热量平衡114

第三章 大气热力学116

3.1 基本概念和基本定律116

3.1.1 系统116

3.1.2 过程117

3.1.3 功118

3.1.4 内能119

3.1.5 焓121

3.1.6 熵122

3.1.7 自由能和自由焓123

3.1.8 定容比热和定压比热125

3.1.9 热力学函数的计算128

3.1.10 克拉珀龙——克劳修斯方程130

3.2 干绝热过程134

3.2.1 干绝热方程134

3.2.2 位温135

3.2.3 干绝热温度递减率137

3.2.4 抬升凝结高度138

3.3 饱和湿空气的绝热过程140

3.3.1 含液态水的饱和湿空气的焓和熵140

3.3.2 湿绝热方程和假绝热方程145

3.3.3 湿绝热温度递减率146

3.3.4 假相当位温和假相当温度147

3.4 热力学图解150

3.4.1 温度——对数压力图151

3.4.2 温熵图154

3.4.3 面积等价变换156

3.5 热力过程及其温湿度参量159

3.5.1 等压冷却过程 露点和霜点160

3.5.2 绝热等压过程 湿球温度和相当温度164

3.5.3 温湿度参量概述168

3.6 大气中的混合过程170

3.6.1 水平混合过程170

3.6.2 垂直混合过程172

3.7 热力学图解的应用176

第四章 气压和气压场179

4.1 重力和重力位势179

4.2 气压的铅直分布规律184

4.2.1 静力平衡方程184

4.2.2 单位气压高度差185

4.2.3 压高公式186

4.2.4 均质（等密度）大气187

4.2.5 等温大气188

4.2.6 多元大气（等递减率大气）190

4.2.7 标准大气191

4.3 气压场192

4.3.1 等压面192

4.3.2 气压梯度194

4.3.3 气压场的基本形式196

4.3.4 气压系统的垂直结构198

4.4 气压的变化200

4.4.1 连续方程201

4.4.2 气压倾向方程208

4.4.3 气压的周期变化211

第五章 大气层结的稳定度213

5.1 判断层结稳定度的气块法215

5.1.1 未饱和气层的静力稳定度判据217

5.1.2 饱和湿空气静力稳定度判据219

5.1.3 稳定气层中的振荡221

5.2 厚气层的层结稳定度222

5.2.1 气层的不稳定能量223

5.2.2 厚气层的静力稳定度分型224

5.2.3 对流凝结高度226

5.3 位势稳定度228

5.3.1 无水汽凝结时，气层升降过程中温度递减率的变化规律228

5.3.2 未饱和气层在整层上升达到饱和时温度递减率的变化规律230

5.4 判别层结稳定度的簿层法233

5.4.1 上升下沉气流都是干绝热过程236

5.4.2 上升下沉气流都是湿绝热过程238

5.4.3 上升是湿绝热过程，下沉是干绝热过程238

5.5 夹卷作用的影响240

5.5.1 夹卷过程的图解分析240

5.5.2 夹卷过程中上升气块的温度变化243

5.5.3 一种夹卷过程的理论模式244

5.5.4 积云的含水量247

6.1 大气运动方程249

第六章 大气动力学249

6.1.1 旋转参考系中的运动方程250

6.1.2 表观力254

6.1.3 真实力257

6.1.4 大气运动方程的标量形式260

6.2 自由大气中的平衡运动266

6.2.1 水平运动方程267

6.2.2 地转风270

6.2.3 梯度风273

6.2.4 旋衡风278

6.2.5 惯性风280

6.3.1 P坐标系中的热成风方程281

6.3 地转风随高度的变化——热成风281

6.3.2 Z坐标系中的热成风方程284

6.3.3 地转风随高度的变化与温度平流的关系286

6.4 非地转运动——偏差风290

6.4.1 偏差风的概念291

6.4.2 偏差风的作用292

6.4.3 偏差风的分解295

6.4.4 摩擦层中的偏差风298

6.5 大气运动封闭方程组300

6.6 大气流场的特征304

6.6.1 典型流场形式和流函数304

6.6.2 垂直运动方程的简化306

6.6.3 环流和涡度308

6.6.4 环流定理和海陆风313

6.6.5 大气环流的基本模型320

6.7 大气能量323

6.7.1 大气中内在能量的种类323

6.7.2 常用的几种能量组合形式325

6.7.3 大气能量方程329

第七章 海洋气象332

7.1 海气界面的物理状况333

7.1.1 大气湍流概述333

7.1.2 海洋大气边界层风廓线346

7.1.3 海洋的物理状况353

7.1.4 海水的热传导355

7.2 海气间物质和能量的输送357

7.2.1 海面湍流通量357

7.2.2 水分和二氧化碳的循环364

7.3 海气相互作用366

7.3.1 海水对大气运动的响应367

7.3.2 海流与大气的相互作用372

7.3.3 海温异常和大气环流374

7.3.4 海冰对天气气候的影响379

7.4 海洋天气与气候381

7.4.1 海陆风381

7.4.2 海雾385

7.4.3 爆发性气旋391

7.4.4 台风393

7.4.5 季风400

7.4.6 海洋性气候和大陆性气候402

8.1 水汽的相变核化404

第八章 云物理学404

8.1.1 平面水面或冰面相平衡水汽压405

8.1.2 纯水滴相平衡水汽压407

8.1.3 溶液面上的平衡水汽压411

8.1.4 凝结核化过程413

8.2 云的形态学416

8.2.1 云的形成机制416

8.2.2 云的分类417

8.2.3 对流云418

8.2.4 层状云和云雾光学现象423

8.2.5 地形云426

8.3 云和降水的微观特征427

8.3.1 水云的微结构427

8.3.2 冰雪晶的微结构432

8.3.3 降雨的微观特征434

8.3.4 冰雹的结构特征和生成理论437

8.4 降水机制442

8.4.1 暖云降水443

8.4.2 冷云降水450

8.5 积云的数值模拟452

8.5.1 基本方程组453

8.5.2 微物理过程处理455

8.6 雷暴459

8.6.1 雷暴云起电机制459

8.6.2 闪电和雷声463

主要参考文献466