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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e 55

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OLR 109

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