大氣物理學

全書共分5篇：大氣概論；大氣物理基礎，包括大氣輻射、大氣熱力學、大氣動力學；大氣邊界層物理；雲和降水物理學基礎與大氣電學；大氣光學、GPS氣象和大氣聲學。本書中的大氣動力學部分相對精鍊，是從全書的完整性和系統性考慮而設。大氣光學和聲學部分在目前國內同類教材中比較有特色，不但介紹了大氣光、聲的現象，還比較深入地討論了大氣光學和聲散射的基本理論，便於讀者進行進一步的研究工作。GPS氣象是近年來發展的比較新的領域。本書是為高等院校大氣科學系本科生編寫的專業課教材，也可供相關專業的本科生和研究生以及從事大氣科學和大氣環境工作的人員學習和參考。

第一篇 大氣概論

第一章 行星大氣和地球大氣的演化

1.1 行星大氣

1.2 地球大氣的演化

第二章 地球大氣的成分及分佈

2.1 干潔大氣

2.1.1 干空氣的狀態方程

2.1.2 臭氧

2.1.3 碳的化合物

2.1.4 硫的化合物

2.1.5 氮的化合物

2.1.6 氫、氦和氣體的逃逸

2.2 大氣中的水汽

2.2.1 大氣濕度的表示方法

2.2.2 濕空氣的狀態方程

2.2.3 水汽的分佈

2.3 大氣氣溶膠

2.3.1 氣溶膠粒子的譜分佈

2.3.2 氣溶膠粒子的來源

2.3.3 氣溶膠粒子在大氣過程中的作用習題

第三章 大氣壓力

3.1 大氣靜力學方程和氣壓－高度公式

3.1.1 大氣靜力學方程

3.1.2 氣壓－高度公式

3.1.3 大氣標高

3.2 大氣模式

3.2.1 均質大氣

3.2.2 等溫大氣

3.2.3 多元大氣

3.3 氣壓－位勢高度公式

3.4 標準大氣

3.5 氣壓的時空分佈

3.5.1氣壓系統及其隨高度的變化

3.5.2全球海平面氣壓分佈

3.5.3高空等壓面圖

3.5.4氣壓隨時間的變化習題

第四章 大氣分層和結構

4.1 大氣分層

4.1.1 按溫度結構分層

4.1.2 按成分結構分層

4.1.3 外大氣層

4.1.4 按電離結構分層

4.2 大氣質量及其垂直分佈

4.3 大氣的主要下邊界面-海洋

4.3.1 海洋的物理特性

4.3.2 海流習題參考文獻

第二篇大氣物理基礎

第五章地面和大氣中的輻射過程

5.1 輻射的基本概念

5.1.1 電磁輻射

5.1.2 描述輻射場的物理量

5.2 輻射的物理規律

5.2.1 吸收率、反射率和透射率

5.2.2 平衡輻射的基本規律

5.2.3 太陽輻射和地球輻射的區別

5.3 地球大氣與輻射的相互作用

5.3.1 大氣對輻射吸收的物理過程

5.3.2 大氣吸收光譜

5.3.3 大氣對輻射的散射

5.3.4 輻射能在介質中的傳輸

5.4 太陽輻射在大氣中的傳輸

5.4.1 太陽和太陽輻射

5.4.2 大氣上界的太陽輻射能

5.4.3 太陽的直接輻射

5.4.4 天空的散射輻射

5.4.5 地面對太陽輻射的反射和吸收

5.5 地球-大氣系統的長波輻射

5.5.1 地面的長波輻射特性

5.5.2長波輻射在大氣中的傳輸

5.5.3大氣頂部射出的長波輻射

5.6 地面、大氣及地氣系統的輻射平衡

5.6.1 地―氣系統的輻射平衡

5.6.2 地球大氣的溫室效應

5.6.3 輻射差額沿緯度的變化

5.6.4 地面、大氣和地氣系統的輻射差額

5.6.5 觀測到的輻射平衡習題參考文獻

第六章 大氣熱力學基礎

6.1 熱力學定律在大氣物理中的應用

6.1.1 預備知識

6.1.2 熱力學第一定律

6.1.3 熱力學第二定律態函數

6.1.4 含液態水飽和濕空氣系統

6.2 大氣的干絕熱過程

6.2.1 干絕熱減溫率

6.2.2 位溫

6.2.3 干絕熱上升時的露點變化抬升凝結高度

6.3 可逆的飽和絕熱過程和假絕熱過程

6.3.1 濕絕熱減溫率

6.3.2 假相當位溫

6.3.3 焚風

6.4 大氣熱力學圖解

6.4.1 溫度對數壓力圖

6.4.2 溫度對數壓力圖的應用

6.4.3 斜T - lnP圖簡介

6.4.4 溫熵圖簡介

6.4.5 能量圖解的判斷方法

6.5 絕熱混合過程

6.5.1 絕熱等壓混合

6.5.2 不同高度空氣的絕熱混合

6.6 等壓冷卻過程

6.7 溫濕參量

6.7.1 相當溫度和濕球溫度

6.7.2 假濕球溫度和假濕球位溫

6.7.3 假相當位溫和假相當溫度

6.8 大氣的靜力穩定度

6.8.1 靜力穩定度判據

6.8.2 條件性不穩定

6.8.3 關於薄層法和夾卷作用的討論

6.9 整層氣層升降時穩定度的變化

6.9.1 未飽和情況

6.9.2 對流性不穩定

6.10 逆溫層思考題習題參考文獻

第七章 大氣動力學基礎

7.1 大氣動力學基本方程組

7.1.1 旋轉坐標系中的牛頓定律

7.1.2 標準坐標系

7.1.3 運動方程的張量形式

7.1.4 連續方程

7.1.5 熱力學方程

7.1.6 大氣動力－熱力學方程組

7.2大氣運動的尺度分析及近似

7.2.1 大氣運動的尺度分析

7.2.2 淺環流近似和連續方程的簡化

7.2.3 水平運動方程的簡化和准地轉近似

7.2.4 垂直運動方程的簡化和准靜力近似

7.2.5空氣的狀態方程

7.2.6 熱力學方程

7.2.7 Boussinesq 方程組

7.2.8 大氣動力學方程組的另外形式

7.3大氣中的圓周運動

7.4大氣中的准地轉運動

7.4.1 氣壓坐標系

7.4.2 自由大氣中的風場和氣壓場

7.5風隨高度變化和熱成風

7.6環流與環流定理

7.6.1 渦度與環流

7.6.2 渦旋流

7.6.3 Kelvin環流定理和Bjerknes環流定理

7.7渦度方程 7.7.1 垂直渦度的標量方程 7.7.2 渦度方程的尺度分析 7.8重力波、聲波及Rossby波 7.8.1 波動方程與波動參數 7.8.2 表面重力波 7.8.3 不同密度流體界面上的波動 7.8.4 重力內波 7.8.5 運動大氣的重力內波 7.8.6 旋轉地球上的慣性重力內波 7.8.7 大氣中的聲波 7.8.8 Rossby波思考題習題參考文獻第三篇 大氣邊界層物理

第八章 大氣湍流基礎 8.1 大氣湍流 8.1.1湍流現象與雷諾實驗 8.1.2大氣湍流的基本特徵 8.1.3大氣湍流的產生和維持 8.1.4泰勒假設 8.2大氣湍流的統計描述 8.2.1．雷諾平均 8.2.2湍流宏觀統計參數 8.2.3湍流微觀能譜 8.3大氣湍流控制方程 8.3.1基本方程 8.3.2雷諾平均方程 8.3.3湍流動能方程 8.3.4平均運動能量方程 8.4大氣湍流運動和穩定度判據 8.4.1大氣湍流的平穩性、均勻性和各態歷經 8.4.2湍流閉合及混合長理論 8.4.3湍流通量和雷諾應力 8.4.4大氣湍流的穩定性判據 8.5科爾莫戈羅夫的局地均勻各向同性湍流理論與湍流動能的串級輸送參考文獻

第九章 大氣邊界層 9.1大氣邊界層特徵 9.1.1大氣邊界層結構和分類 9.1.2大氣邊界層演變規律及日變化特徵 9.1.3邊界層中的風和氣流 9.2近地面層規律 9.2.1近地面層的定義和厚度 9.2.2近地面層莫寧-奧布霍夫相似性理論 9.2.3近地面層廓線規律的實驗結果 9.2.4空氣動力學參數特徵--地表粗糙長度和零值位移的計算 9.2.5近地面層大氣湍流統計量 9.2.6近地面層大氣湍流能譜的相似規律 9.2.7近地面湍流通量與熱量平衡 9.3中性大氣邊界層 9.3.1埃克曼螺線 9.3.2埃克曼抽吸 9.3.3中性大氣邊界層的厚度 9.4不穩定邊界層（對流邊界層、混合層） 9.4.1對流邊界層的基本結構 9.5.2對流邊界層發展的預測模式 9.5穩定邊界層 9.5.1穩定邊界層的一般特徵 9.5.2穩定大氣邊界層的預測模式 9.5.3低空急流習題參考文獻

第十章 非均一下墊面對邊界層的影響 10.1內邊界層 10.1.1光滑流與粗糙流 10.1.2 動力內邊界層 10.1.3 熱內邊界層 10.1.4 內邊界層對擴散的影響 10.2 局地環流 10.2.1 山谷風 10.2.2 海陸風 10.3 過山氣流 10.3.1 中性層結條件下的過山氣流 10.3.2 穩定層結條件下的過山氣流 10.4 城市熱島參考文獻第四篇 雲和降水物理學與大氣電學基礎