大氣科學(xué)

前言

　　大氣科學(xué)是一門新興的、迅速發(fā)展的應(yīng)用性學(xué)科。從廣義的觀點(diǎn)看，它研究各種行星(如地球、金星、火星)大氣的結(jié)構(gòu)和演變及其中發(fā)生的各種大氣現(xiàn)象。從狹義的觀點(diǎn)看，它主要研究地球大氣。從這個(gè)意義講，大氣科學(xué)可看作地球科學(xué)的一個(gè)重要分支。由Wallace和Hobbs教授編著的這本《大氣科學(xué)》主要闡述地球大氣的特征、結(jié)構(gòu)、演變過程與預(yù)報(bào)等基本問題。它作為大學(xué)教學(xué)的一個(gè)入門教材十分適用于地球科學(xué)各相關(guān)分支學(xué)科的學(xué)生使用，對(duì)于大氣科學(xué)專業(yè)的學(xué)生和其他人員也有重要參考價(jià)值，因?yàn)樗喚毝ㄋ椎仃U述了大氣科學(xué)各部分的基本問題和主要成果。任何一個(gè)學(xué)生，如果能認(rèn)真地學(xué)完這本書，都會(huì)從中獲取很大的收益?！　晌痪幷撸琖allace和Hobbs教授，一位是國際著名的氣候?qū)W家，另一位是國際著名的云霧物理學(xué)家，他們合作寫作的這本大氣科學(xué)教材具有很高的科學(xué)水平和影響。第一版出版于30年前(當(dāng)時(shí)就受到許多學(xué)校的歡迎和重視(國內(nèi)有中譯本))。2006年出版的第二版在第一版基礎(chǔ)上做了大幅度的修改和增補(bǔ)。對(duì)于近30年來在大氣科學(xué)領(lǐng)域中出現(xiàn)的許多新進(jìn)展和新成果在本書中都有闡述，其中包括大氣化學(xué)、地球系統(tǒng)、氣候與氣候變化、大氣邊界層等。對(duì)于大氣動(dòng)力學(xué)、輻射傳輸、強(qiáng)風(fēng)暴以及溫室效應(yīng)和全球變暖等章節(jié)也做了重要修訂，增加了新的內(nèi)容，從而使本書涵蓋了大氣科學(xué)的大量最新成果和現(xiàn)代的科學(xué)原理和概念。這對(duì)于一個(gè)開始學(xué)習(xí)和接受大氣科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)生尤其重要，有了這些新知識(shí)，可以更快地過渡到相關(guān)的研究領(lǐng)域中去。除了內(nèi)容新這一個(gè)重要特點(diǎn)外，該書對(duì)于各部分理論問題的闡述做了精心選擇，選取的內(nèi)容大多是基礎(chǔ)性的和必需具備的。在闡述方式上深入淺出，通俗易懂，即便對(duì)于非大氣科學(xué)專業(yè)的學(xué)生也容易理解。此外該書還包括大量的思考題和計(jì)算題，并且有些直接置于所述的重要概念和理論之后，這對(duì)于加深理解基礎(chǔ)知識(shí)是十分重要的。一本好的教科書應(yīng)該包括這些部分。同時(shí)該書還附有大量注腳和知識(shí)性框欄。它們非常精煉而準(zhǔn)確地總結(jié)了在相關(guān)問題上關(guān)鍵科學(xué)家的貢獻(xiàn)和簡歷、氣象學(xué)的發(fā)展史以及關(guān)鍵科學(xué)概念或問題的深入解釋。這些對(duì)于吸引和增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有很大的作用。這種寫法在近代出版的其他教科書中也日漸明顯。總之，嶄新的內(nèi)容、精心的選材、深入淺出和生動(dòng)的闡述、大量的針對(duì)性習(xí)題以及許多科學(xué)家小傳和總結(jié)性的知識(shí)性框欄，共同構(gòu)成了這本教科書最重要的特點(diǎn)。我相信本書中文版的出版一定會(huì)受到廣大讀者的歡迎?！　”緯闹形淖g文由南京信息工程大學(xué)的教師完成。他們都是相關(guān)領(lǐng)域的教授和專家，因而譯文的質(zhì)量是高的。他們本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度對(duì)譯文做了多次修改。盡管如此，由于該書的內(nèi)容新穎，涉及面廣，有個(gè)別錯(cuò)誤或不當(dāng)之處在所難免，這也是任何一部譯著都難免發(fā)生的。何金海教授作為主要譯者，做了大量組織和協(xié)調(diào)工作，保證了本書能順利和及時(shí)出版，感謝他的重要貢獻(xiàn)!最后，我認(rèn)為還要感謝科學(xué)出版社對(duì)此書出版的重視和為此付出的勞動(dòng)，尤其是鄒凱和霍志國編輯。

內(nèi)容概要

　　隨著人們對(duì)全球氣候變化普遍關(guān)注的日益加強(qiáng)，以及大氣科學(xué)學(xué)科的深入發(fā)展，大氣科學(xué)已經(jīng)成為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，并且產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的科學(xué)與社會(huì)影響。本書是在第一版基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充和修改而成的，幾乎涵蓋了整個(gè)大氣科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容。本書首先介紹了與大氣科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后分別重點(diǎn)介紹了地球系統(tǒng)、大氣熱力學(xué)、輻射傳輸、大氣化學(xué)、云微物理學(xué)、大氣動(dòng)力學(xué)，天氣系統(tǒng)、大氣邊界層和氣候動(dòng)力學(xué)等內(nèi)容。此外，作者使用T-Inp圖作為標(biāo)示大氣探測的首要形式，從而現(xiàn)代化地處理了大氣熱力學(xué)的內(nèi)容。　　大氣科學(xué)是一門新興的、迅速發(fā)展的應(yīng)用性學(xué)科。從廣義的觀點(diǎn)看，它研究各種行星(如地球、金星、火星)大氣的結(jié)構(gòu)和演變及其中發(fā)生的各種大氣現(xiàn)象。從狹義的觀點(diǎn)看，它主要研究地球大氣。從這個(gè)意義講，大氣科學(xué)可看作地球科學(xué)的一個(gè)重要分支。 由Wallaee和Hobbs教授編著的這本《大氣科學(xué)》主要闡述地球大氣的特征、結(jié)構(gòu)、演變過程與預(yù)報(bào)等基本問題。它作為大學(xué)教學(xué)的一個(gè)人門教材十分適用于地球科學(xué)各相關(guān)分支學(xué)科的學(xué)生使用，對(duì)于大氣科學(xué)專業(yè)的學(xué)生和其他人員也有重要參考價(jià)值，因?yàn)樗喚毝ㄋ椎仃U述了大氣科學(xué)各部分的基本問題和主要成果。任何一個(gè)學(xué)生，如果能認(rèn)真地學(xué)完這本書，都會(huì)從中獲取很大的收益。

作者簡介

　　盛芝義，南京信息工程大學(xué)(原南京氣象學(xué)院)英語教授，氣象界著名翻譯專家，長期從事科技英語翻譯實(shí)踐，曾主持翻譯了國家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的《中國氣候藍(lán)皮書》、《中國氣候十年綱要》等，并出版了《科技英語900句》一書。多年從事研究生英語教學(xué)，出版多部大氣科學(xué)學(xué)科專業(yè)英語讀物，翻譯大氣科學(xué)學(xué)科專業(yè)英語文獻(xiàn)兩千萬言以上。

書籍目錄

序言譯者前言第二版前言鳴謝第一版前言第1章　緒論1.1　研究內(nèi)容及近期的主要進(jìn)展1.2　相關(guān)概念及術(shù)語1.3　大氣的基礎(chǔ)知識(shí)1.3.1　光學(xué)特性1.3.2　大氣質(zhì)量1.3.3　大氣化學(xué)成分1.3.4　大氣的垂直結(jié)構(gòu)1.3.5　風(fēng)場1.3.6　降水1.4　第2章簡介習(xí)題第2章　地球系統(tǒng)2.1　地球系統(tǒng)的成員2.1.1　海洋2.1.2　冰雪圈2.1.3　陸地生物圈2.1.4　地殼和地幔2.1.5　地球系統(tǒng)中各部分對(duì)氣候的作用2.2　水循環(huán)2.3　碳循環(huán)2.3.1　大氣中的碳2.3.2　生物圈中的碳2.3.3　海洋中的碳2.3.4　地殼中的碳2.4　地球系統(tǒng)中的氧2.4.1　氧的來源2.5　氣候和地球系統(tǒng)的歷史2.5.1　地球系統(tǒng)的形成和演變2.5.2　1億年前2.5.3　100萬年前2.5.4　2萬年前2.6　地球：適合生物生存的星球習(xí)題第3章　大氣熱力學(xué)3.1　氣體定律3.1.1　虛溫3.2　流體靜力學(xué)方程3.2.1　重力位勢3.2.2　標(biāo)高和測高方程3.2.3　等壓面的厚度和高度3.2.4　海平面氣壓換算3.3　熱力學(xué)第一定律3.3.1　焦耳定律3.3.2　比熱3.3.3　烙3.4　絕熱過程3.4.1　氣塊的概念3.4.2　干絕熱溫度遞減率3.4.3　位溫3.4.4　熱力學(xué)圖3.5　空氣中的水汽3.5.1　濕度參數(shù)3.5.2　潛熱3.5.3　飽和絕熱和假絕熱過程3.5.4　飽和絕熱遞減率3.5.5　相當(dāng)位溫和濕球位溫3.5.6　諾曼德定律3.5.7　先上升后下沉的凈效果3.6　靜力穩(wěn)定度3.6.1　未飽和空氣3.6.2　飽和空氣3.6.3　條件性不穩(wěn)定和對(duì)流性不穩(wěn)定3.7　熱力學(xué)第二定律及熵3.7.1　卡諾循環(huán)3.7.2　熵3.7.3　克勞修斯-克拉珀龍方程3.7.4　熱力學(xué)第二定律的一般化論述習(xí)題第4章　輻射傳輸4.1　輻射波譜4.2　輻射定量描述4.3　黑體輻射4.3.1　普朗克函數(shù)4.3.2　維恩位移定律4.3.3　斯蒂芬一玻耳茲曼定律4.3.4　實(shí)際物體的輻射特征4.3.5　基爾霍夫定律4.3.6　溫室效應(yīng)4.4　散射、吸收和發(fā)射的物理意義4.4.1　氣體分子和粒子的散射作用4.4.2　粒子吸收作用4.4.3　氣體分子的吸收和發(fā)射4.5　行星大氣中的輻射傳輸4.5.1　比爾定律4.5.2　大氣層的反射和吸收4.5.3　紅外輻射的吸收和發(fā)射4.5.4　輻射加熱率的垂直廓線4.5.5　衛(wèi)星被動(dòng)遙感4.6　大氣頂部的輻射平衡習(xí)題第5章　大氣化學(xué)5.1　對(duì)流層大氣的組成5.2　微量氣體的源、輸送和匯5.2.1　源5.2.2　輸送5.2.3　匯5.3　對(duì)流層中的一些重要的微（痕）量氣體5.3.1　氫氧自由基5.3.2　部分活性氮化合物5.3.3　有機(jī)化合物5.3.4　一氧化碳5.3.5　臭氧5.3.6　氫化合物5.3.7　含硫氣體5.4　對(duì)流層氣溶膠5.4.1　源5.4.2　化學(xué)組成5.4.3　輸送5.4.4　匯5.4.5　濃度和尺度分布5.4.6　停留時(shí)間5.5　空氣污染5.5.1　污染源5.5.2　煙霧5.5.3　區(qū)域和全球污染5.6　對(duì)流層化學(xué)循環(huán)5.6.1　氮循環(huán)5.6.2　硫循環(huán)5.7　平流層化學(xué)5.7.1　未擾動(dòng)的平流層臭氧5.7.2　人類活動(dòng)對(duì)平流層臭氧的影響：臭氧洞5.7.3　平流層氣溶膠、平流層中的硫習(xí)題第6章　云微物理學(xué)6.1　水汽的凝結(jié)核化6.1.1　凝結(jié)核化原理6.1.2　云凝結(jié)核6.2　暖云的微結(jié)構(gòu)6.3　云液水含量及夾卷6.4　暖云中云滴的增長6.4.1　凝結(jié)增長6.4.2　碰并增長6.4.3　云滴凝結(jié)增長和碰并增長之間的過渡6.5　冷云微物理學(xué)6.5.1　冰質(zhì)粒的核化；冰核6.5.2　云中的冰質(zhì)粒濃度；冰晶繁生6.5.3　云中冰質(zhì)粒的增長6.5.4　冷云中降水的形成6.5.5　固體降水的分類6.6　人工影響云和降水6.6.1　人工影響暖云6.6.2　人工影響冷云6.6.3　無意識(shí)人工影響6.7　雷暴與起電6.7.1　電荷的產(chǎn)生6.7.2　閃電和雷聲6.7.3　全球電路6.8　云和降水化學(xué)6.8.1　總論6.8.2　質(zhì)粒和氣體的傳輸6.8.3　核化清除6.8.4　氣體在云滴中的溶解6.8.5　液相化學(xué)反應(yīng)6.8.6　降水清除6.8.7　降水中硫酸鹽的來源6.8.8　雨水的化學(xué)組分6.8.9　由云生成的氣溶膠習(xí)題第7章　大氣動(dòng)力學(xué)7.1　大尺度水平氣流運(yùn)動(dòng)學(xué)7.1.1　氣流的基本運(yùn)動(dòng)學(xué)特征7.1.2　渦度和散度7.1.3　形變7.1.4　流線與軌線7.2　水平流體動(dòng)力學(xué)7.2.1　視示力7.2.2　真實(shí)力7.2.3　水平運(yùn)動(dòng)方程7.2.4　地轉(zhuǎn)風(fēng)7.2.5　摩擦效應(yīng)7.2.6　梯度風(fēng)7.2.7　熱成風(fēng)7.2.8　行星旋轉(zhuǎn)下的垂直運(yùn)動(dòng)7.2.9　渦度守恒原理7.2.10　位渦7.3　原始方程7.3.1　氣壓垂直坐標(biāo)7.3.2　靜力平衡7.3.3　熱力學(xué)能量方程7 3.4　垂直運(yùn)動(dòng)場的推導(dǎo)7.3.5　原始方程組的解7.3.6　原始方程組的一個(gè)應(yīng)用7.4　大氣環(huán)流7.4.1　動(dòng)能循環(huán)7.4.2　大氣熱機(jī)7.5　數(shù)值天氣預(yù)報(bào)習(xí)題第8章　天氣系統(tǒng)8.1　溫帶氣旋8.1.1　概述8.1.2　鋒和地面天氣8.1.3　垂直結(jié)構(gòu)8.1.4　空氣軌跡8.1.5　尋找完美風(fēng)暴8.1.6　自上而下的影響8.1.7　潛熱釋放的影響8.2　地形作用8.2.1　背風(fēng)坡鋒生和背風(fēng)坡槽8.2.2　羅斯貝波沿傾斜地形傳播8.2.3　冷空氣堆積8.2.4　地形引起的暴風(fēng)8.2.5　地形對(duì)降水的影響8.3　深對(duì)流8.3.1　環(huán)境控制8.3.2　對(duì)流風(fēng)暴的結(jié)構(gòu)和演變8.3.3　與對(duì)流風(fēng)暴有關(guān)的破壞性風(fēng)8.3.4　中尺度對(duì)流系統(tǒng)8.4　熱帶氣旋8.4.1　結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)8.4.2　生成和生命期8.4.3　風(fēng)暴潮習(xí)題第9章　大氣邊界層9.1　湍流9.1.1　渦旋和熱泡9.1.2　湍流的統(tǒng)計(jì)描述9.1.3　湍流動(dòng)能和湍流強(qiáng)度9.1.4　湍流輸送和通量9.1.5　湍流閉合9.1.6　湍流尺度和相似理論9.2　地表能量平衡9.2.1　輻射通量9.2.2　地表能量平衡9.2.3　整體空氣動(dòng)力學(xué)公式9.2.4　全球地表能量平衡9.3　垂直結(jié)構(gòu)9.3.1　溫度9.3.2　濕度9.3.3　風(fēng)9.3.4　邊界層結(jié)構(gòu)的逐日變化和區(qū)域變化9.3.5　層結(jié)對(duì)湍流和穩(wěn)定性的非局地影響9.4　演變9.4.1　夾卷9.4.2　邊界層發(fā)展9.4.3　陸面云蓋下邊界層9.4.4　海洋邊界層9.4.5　風(fēng)暴天氣9.5　特殊效應(yīng)9.5.1　地形作用9.5.2　海陸風(fēng)9.5.3　森林冠層效應(yīng)9.5.4　城市效應(yīng)9.6　進(jìn)展中的邊界層氣象學(xué)習(xí)題第10章　氣候動(dòng)力學(xué)10.1　現(xiàn)代氣候10.1.1　年平均狀況10.1.2　與一天時(shí)間的依賴關(guān)系10.1.3　與季節(jié)依賴的關(guān)系10.2　氣候變率10.2.1　內(nèi)部產(chǎn)生的氣候變率10.2.2　耦合氣候變率10.2.3　外強(qiáng)迫氣候變率10.3　氣候的平衡、敏感性及反饋效應(yīng)10.3.1　瞬變響應(yīng)與平衡響應(yīng)10.3.2　氣候反饋效應(yīng)10.4　溫室效應(yīng)10.4.1　溫室氣體的增長10.4.2　人為引起的溫室增暖效應(yīng)是否明顯？10.4.3　未來人類活動(dòng)引起的溫室效應(yīng)預(yù)估10.5　氣候監(jiān)測與預(yù)測習(xí)題

編輯推薦

　　《大氣科學(xué)(中文版)(第2版)》原著由世界頂級(jí)大氣科學(xué)家編撰而成，中文版由國內(nèi)大氣科學(xué)領(lǐng)域的知名學(xué)者何金海教授等翻譯，并由丁一匯院士審校?！洞髿饪茖W(xué)(中文版)(第2版)》可用作更寬泛的概論教材，讀者可選擇相應(yīng)的章節(jié)和材料使用。《大氣科學(xué)(中文版)(第2版)》圖文并茂，包含大量框欄（用來擴(kuò)展話題或認(rèn)證概念）和彩色插圖?！洞髿饪茖W(xué)(中文版)(第2版)》提供了大量習(xí)題，同時(shí)給出了多數(shù)習(xí)題的詳細(xì)解答。　　大氣科學(xué)是一門新興的、迅速發(fā)展的應(yīng)用性學(xué)科。從廣義的觀點(diǎn)看，它研究各種行星(如地球、金星、火星)大氣的結(jié)構(gòu)和演變及其中發(fā)生的各種大氣現(xiàn)象。從狹義的觀點(diǎn)看，它主要研究地球大氣。從這個(gè)意義講，大氣科學(xué)可看作地球科學(xué)的一個(gè)重要分支。

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