大氣科學

前言

　　大氣科學是一門新興的、迅速發(fā)展的應用性學科。從廣義的觀點看，它研究各種行星(如地球、金星、火星)大氣的結構和演變及其中發(fā)生的各種大氣現(xiàn)象。從狹義的觀點看，它主要研究地球大氣。從這個意義講，大氣科學可看作地球科學的一個重要分支。由Wallace和Hobbs教授編著的這本《大氣科學》主要闡述地球大氣的特征、結構、演變過程與預報等基本問題。它作為大學教學的一個入門教材十分適用于地球科學各相關分支學科的學生使用，對于大氣科學專業(yè)的學生和其他人員也有重要參考價值，因為它簡練而通俗地闡述了大氣科學各部分的基本問題和主要成果。任何一個學生，如果能認真地學完這本書，都會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學家，另一位是國際著名的云霧物理學家，他們合作寫作的這本大氣科學教材具有很高的科學水平和影響。第一版出版于30年前(當時就受到許多學校的歡迎和重視(國內有中譯本))。2006年出版的第二版在第一版基礎上做了大幅度的修改和增補。對于近30年來在大氣科學領域中出現(xiàn)的許多新進展和新成果在本書中都有闡述，其中包括大氣化學、地球系統(tǒng)、氣候與氣候變化、大氣邊界層等。對于大氣動力學、輻射傳輸、強風暴以及溫室效應和全球變暖等章節(jié)也做了重要修訂，增加了新的內容，從而使本書涵蓋了大氣科學的大量最新成果和現(xiàn)代的科學原理和概念。這對于一個開始學習和接受大氣科學基礎知識的學生尤其重要，有了這些新知識，可以更快地過渡到相關的研究領域中去。除了內容新這一個重要特點外，該書對于各部分理論問題的闡述做了精心選擇，選取的內容大多是基礎性的和必需具備的。在闡述方式上深入淺出，通俗易懂，即便對于非大氣科學專業(yè)的學生也容易理解。此外該書還包括大量的思考題和計算題，并且有些直接置于所述的重要概念和理論之后，這對于加深理解基礎知識是十分重要的。一本好的教科書應該包括這些部分。同時該書還附有大量注腳和知識性框欄。它們非常精煉而準確地總結了在相關問題上關鍵科學家的貢獻和簡歷、氣象學的發(fā)展史以及關鍵科學概念或問題的深入解釋。這些對于吸引和增加學生的學習興趣有很大的作用。這種寫法在近代出版的其他教科書中也日漸明顯?？傊?，嶄新的內容、精心的選材、深入淺出和生動的闡述、大量的針對性習題以及許多科學家小傳和總結性的知識性框欄，共同構成了這本教科書最重要的特點。我相信本書中文版的出版一定會受到廣大讀者的歡迎。　　本書的中文譯文由南京信息工程大學的教師完成。他們都是相關領域的教授和專家，因而譯文的質量是高的。他們本著認真負責的態(tài)度對譯文做了多次修改。盡管如此，由于該書的內容新穎，涉及面廣，有個別錯誤或不當之處在所難免，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)調工作，保證了本書能順利和及時出版，感謝他的重要貢獻!最后，我認為還要感謝科學出版社對此書出版的重視和為此付出的勞動，尤其是鄒凱和霍志國編輯。

內容概要

　　隨著人們對全球氣候變化普遍關注的日益加強，以及大氣科學學科的深入發(fā)展，大氣科學已經成為一個重要的研究領域，并且產生了深遠的科學與社會影響。本書是在第一版基礎上進行補充和修改而成的，幾乎涵蓋了整個大氣科學領域的內容。本書首先介紹了與大氣科學領域相關的基礎知識，然后分別重點介紹了地球系統(tǒng)、大氣熱力學、輻射傳輸、大氣化學、云微物理學、大氣動力學，天氣系統(tǒng)、大氣邊界層和氣候動力學等內容。此外，作者使用T-Inp圖作為標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的內容。　　大氣科學是一門新興的、迅速發(fā)展的應用性學科。從廣義的觀點看，它研究各種行星(如地球、金星、火星)大氣的結構和演變及其中發(fā)生的各種大氣現(xiàn)象。從狹義的觀點看，它主要研究地球大氣。從這個意義講，大氣科學可看作地球科學的一個重要分支。 由Wallaee和Hobbs教授編著的這本《大氣科學》主要闡述地球大氣的特征、結構、演變過程與預報等基本問題。它作為大學教學的一個人門教材十分適用于地球科學各相關分支學科的學生使用，對于大氣科學專業(yè)的學生和其他人員也有重要參考價值，因為它簡練而通俗地闡述了大氣科學各部分的基本問題和主要成果。任何一個學生，如果能認真地學完這本書，都會從中獲取很大的收益。

作者簡介

　　盛芝義，南京信息工程大學(原南京氣象學院)英語教授，氣象界著名翻譯專家，長期從事科技英語翻譯實踐，曾主持翻譯了國家科學技術委員會的《中國氣候藍皮書》、《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，出版多部大氣科學學科專業(yè)英語讀物，翻譯大氣科學學科專業(yè)英語文獻兩千萬言以上。

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　研究內容及近期的主要進展1.2　相關概念及術語1.3　大氣的基礎知識1.3.1　光學特性1.3.2　大氣質量1.3.3　大氣化學成分1.3.4　大氣的垂直結構1.3.5　風場1.3.6　降水1.4　第2章簡介習題第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題第3章　大氣熱力學3.1　氣體定律3.1.1　虛溫3.2　流體靜力學方程3.2.1　重力位勢3.2.2　標高和測高方程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)定和對流性不穩(wěn)定3.7　熱力學第二定律及熵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　熱力學第二定律的一般化論述習題第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　實際物體的輻射特征4.3.5　基爾霍夫定律4.3.6　溫室效應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)星被動遙感4.6　大氣頂部的輻射平衡習題第5章　大氣化學5.1　對流層大氣的組成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　對流層氣溶膠5.4.1　源5.4.2　化學組成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　對流層化學循環(huán)5.6.1　氮循環(huán)5.6.2　硫循環(huán)5.7　平流層化學5.7.1　未擾動的平流層臭氧5.7.2　人類活動對平流層臭氧的影響：臭氧洞5.7.3　平流層氣溶膠、平流層中的硫習題第6章　云微物理學6.1　水汽的凝結核化6.1.1　凝結核化原理6.1.2　云凝結核6.2　暖云的微結構6.3　云液水含量及夾卷6.4　暖云中云滴的增長6.4.1　凝結增長6.4.2　碰并增長6.4.3　云滴凝結增長和碰并增長之間的過渡6.5　冷云微物理學6.5.1　冰質粒的核化；冰核6.5.2　云中的冰質粒濃度；冰晶繁生6.5.3　云中冰質粒的增長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　無意識人工影響6.7　雷暴與起電6.7.1　電荷的產生6.7.2　閃電和雷聲6.7.3　全球電路6.8　云和降水化學6.8.1　總論6.8.2　質粒和氣體的傳輸6.8.3　核化清除6.8.4　氣體在云滴中的溶解6.8.5　液相化學反應6.8.6　降水清除6.8.7　降水中硫酸鹽的來源6.8.8　雨水的化學組分6.8.9　由云生成的氣溶膠習題第7章　大氣動力學7.1　大尺度水平氣流運動學7.1.1　氣流的基本運動學特征7.1.2　渦度和散度7.1.3　形變7.1.4　流線與軌線7.2　水平流體動力學7.2.1　視示力7.2.2　真實力7.2.3　水平運動方程7.2.4　地轉風7.2.5　摩擦效應7.2.6　梯度風7.2.7　熱成風7.2.8　行星旋轉下的垂直運動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7.3.2　靜力平衡7.3.3　熱力學能量方程7 3.4　垂直運動場的推導7.3.5　原始方程組的解7.3.6　原始方程組的一個應用7.4　大氣環(huán)流7.4.1　動能循環(huán)7.4.2　大氣熱機7.5　數(shù)值天氣預報習題第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　垂直結構8.1.4　空氣軌跡8.1.5　尋找完美風暴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　背風坡鋒生和背風坡槽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8.2.5　地形對降水的影響8.3　深對流8.3.1　環(huán)境控制8.3.2　對流風暴的結構和演變8.3.3　與對流風暴有關的破壞性風8.3.4　中尺度對流系統(tǒng)8.4　熱帶氣旋8.4.1　結構、熱力學以及動力學8.4.2　生成和生命期8.4.3　風暴潮習題第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)計描述9.1.3　湍流動能和湍流強度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　整體空氣動力學公式9.2.4　全球地表能量平衡9.3　垂直結構9.3.1　溫度9.3.2　濕度9.3.3　風9.3.4　邊界層結構的逐日變化和區(qū)域變化9.3.5　層結對湍流和穩(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　風暴天氣9.5　特殊效應9.5.1　地形作用9.5.2　海陸風9.5.3　森林冠層效應9.5.4　城市效應9.6　進展中的邊界層氣象學習題第10章　氣候動力學10.1　現(xiàn)代氣候10.1.1　年平均狀況10.1.2　與一天時間的依賴關系10.1.3　與季節(jié)依賴的關系10.2　氣候變率10.2.1　內部產生的氣候變率10.2.2　耦合氣候變率10.2.3　外強迫氣候變率10.3　氣候的平衡、敏感性及反饋效應10.3.1　瞬變響應與平衡響應10.3.2　氣候反饋效應10.4　溫室效應10.4.1　溫室氣體的增長10.4.2　人為引起的溫室增暖效應是否明顯？10.4.3　未來人類活動引起的溫室效應預估10.5　氣候監(jiān)測與預測習題

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

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