大氣物理與人工影響天氣（上下）

前言

《國務院關于加快氣象事業(yè)發(fā)展的若干意見》（國發(fā)[2006]3號，以下簡稱“國務院3號文件”）明確要求，新時期氣象事業(yè)發(fā)展要以鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導，全面貫徹落實科學發(fā)展觀，堅持公共氣象的發(fā)展方向，按照一流裝備、一流技術(shù)、一流人才、一流臺站的要求，進一步強化觀測基礎，提高預報預測水平，加快科技創(chuàng)新，建設具有世界先進水平的氣象現(xiàn)代化體系，提升氣象事業(yè)對經(jīng)濟社會發(fā)展、國家安全和可持續(xù)發(fā)展的保障與支撐能力，為構(gòu)建社會主義和諧社會，全面建設小康社會提供一流的氣象服務。到2020年，建成結(jié)構(gòu)完善、功能先進的氣象現(xiàn)代化體系，使氣象整體實力接近同期世界先進水平，若干領域達到世界領先水平。發(fā)展現(xiàn)代氣象業(yè)務，是氣象現(xiàn)代化體系建設的中心任務。為此，中國氣象局黨組認真總結(jié)中國特色氣象事業(yè)發(fā)展改革的經(jīng)驗，深入分析我國經(jīng)濟社會發(fā)展對氣象事業(yè)發(fā)展的需求，堅持“公共氣象、安全氣象、資源氣象”發(fā)展理念，扎實推進業(yè)務技術(shù)體制改革，加快推進現(xiàn)代氣象業(yè)務體系建設，努力實現(xiàn)國務院3號文件提出的實現(xiàn)氣象現(xiàn)代化的戰(zhàn)略目標，并下發(fā)了《中國氣象局關于發(fā)展現(xiàn)代氣象業(yè)務的意見》（氣發(fā)[2007]477號）?，F(xiàn)代氣象業(yè)務體系主要由公共氣象服務業(yè)務、氣象預報預測業(yè)務和綜合氣象觀測業(yè)務構(gòu)成，各業(yè)務間相互銜接、相互支撐?，F(xiàn)代氣象業(yè)務體系建設要以公共氣象服務業(yè)務為引領、氣象預報預測業(yè)務為核心、綜合氣象觀測業(yè)務為基礎。做好現(xiàn)代氣象業(yè)務體系的頂層設計，扎實推進現(xiàn)代氣象業(yè)務體系的建設，是當前和今后一個時期氣象現(xiàn)代化體系建設，推動氣象事業(yè)科學發(fā)展的重點任務。而編寫一套能夠體現(xiàn)現(xiàn)代氣象科技水平和成果的《現(xiàn)代氣象業(yè)務叢書》（以下簡稱《叢書》），以滿足各類從事氣象業(yè)務、科研、管理以及教育培訓等人員的實際需要，是中國氣象局黨組推進現(xiàn)代氣象業(yè)務體系建設的具體舉措。《叢書》遵循先進性、實用性和前瞻性的原則，緊密圍繞建設現(xiàn)代氣象業(yè)務體系的總體要求，以適應新形勢下氣象業(yè)務技術(shù)體制改革需要和以提高氣象業(yè)務科技水平和氣象服務能力為宗旨，立足部門，面向行業(yè)，總結(jié)分析了國內(nèi)外現(xiàn)代氣象科技發(fā)展的最新成果和先進的業(yè)務技術(shù)體制與流程?！秴矔返木帉戇^程是貫徹落實科學發(fā)展觀和國務院3號文件的具體實踐，也是科學推進現(xiàn)代氣象業(yè)務體系建設的重要內(nèi)容。

內(nèi)容概要

　　《大氣物理與人工影響天氣（套裝上下冊）》介紹了：國內(nèi)外大氣物理與人工影響天氣的科技和業(yè)務成果，以滿足我國在大氣物理與人工影響天氣業(yè)務、科研等方面的需求。全書分12章。第1章對大氣物理與人工影響天氣的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及新進展進行闡述；第2章介紹了大氣物理學的基礎；第3章講述云降水物理學；第4章闡述人工影響天氣的科學原理；第5章介紹數(shù)值模式研究；第6章講述了人工增雨和人工防雹的催化作業(yè)技術(shù)；第7、8章分別講述人工影響天氣催化劑、實驗技術(shù)及業(yè)務；第9、10章分別介紹了人工影響天氣的監(jiān)測、作業(yè)裝備和技術(shù)；第11章介紹了人工影響天氣的效果檢驗技術(shù)和方法；第12章是對現(xiàn)代大氣物理與人工影響天氣的展望。　　《大氣物理與人工影響天氣（套裝上下冊）》可作為人工影響天氣業(yè)務人員培訓教材，也可為高等院校和科研院所相關專業(yè)的學生及科研人員提供參考。

書籍目錄

總序前言第1章 緒論／11．1 大氣物理與人工影響天氣／11．1．1 大氣物理概述／11．1．2 人工影響天氣／11．2 我國人工影響天氣概況／31．2．1 發(fā)展概述／31．2．2 我國人工影響天氣業(yè)務現(xiàn)狀／171．3 人工影響天氣技術(shù)新進展／181．3．1 冷云播撒技術(shù)進展／181．3．2 暖云播撒技術(shù)進展／201．3．3 一些國家的人工影響天氣新計劃／20第2章 大氣物理基礎／212．1 地球大氣／212．1．1 大氣成分／212．1．2 大氣基本物理屬性／352．1．3 大氣垂直結(jié)構(gòu)／402．1．4 空氣狀態(tài)方程／462．2 大氣靜力學／472．2．1 大氣靜力學方程和壓高公式／482．2．2 模式大氣／502．2．3 大氣位勢高度／522．2．4 標準大氣／542．2．5 氣壓的時空分布／582．3 大氣熱力學／622．3．1 熱力學基本定律／622．3．2 未飽和空氣的絕熱變化／712．3．3 飽和空氣的絕熱變化／742．3．4 絕熱混合過程／772．3．5 等壓過程／792．3．6 熱力學圖解／822．3．7 大氣靜力穩(wěn)定度／872．4 大氣輻射／982．4．1 輻射的基本知識／982．4．2 黑體輻射／1022．4．3 大氣介質(zhì)與輻射的相互作用／1072．4．4 輻射傳輸基礎／1142．4．5 地氣系統(tǒng)輻射平衡／1272．5 大氣的運動／1332．5．1 大氣運動的描述／1332．5．2 大氣運動的基本控制方程組／1382．5．3 尺度分析與大氣中的基本運動／1432．5．4 渦度方程／156第3章 云和降水物理學／1633．1 云的形成和云中微物理過程／1633．1．1 云滴的形成和增長／1643．1．2 冰雪晶及其形成和增長／1683．1．3 降水粒子的形成和增長／1723．2 層狀云／1743．2．1 層狀云的形成／1743．2．2 層狀云系宏觀結(jié)構(gòu)／1743．2．3 層狀云系“催化一供給”云與降水的關系／1823．2．4 層狀云降水的微物理特征／1833．2．5 層狀云降水的形成／1853．3 對流云／1943．3．1 對流云的形成和發(fā)展／1953．3．2 對流云降水的物理過程／1993．3．3 層狀云和地形對對流云降水的影響／2023．3．4 微物理過程對對流云及其降水的影響／2063．3．5 強對流風暴／2lO3．4 積層混合云／2323．4．1 積層混合云一般結(jié)構(gòu)特征／2323．4．2 混合型中尺度對流系統(tǒng)及其形成過程／2363．4．3 積層混合云的降水／2383．4．4 積層混合云產(chǎn)生暴雨的物理機制／2413．5 地形云／2473．5．1 地形降水的成因／2483．5．2 地形云中過冷液態(tài)水的分布及降水效率／2503．5．3 祁連山地形對降水的影響／2543．5．4 地形云的降水效率和日變化／256第4章 人工影響天氣原理／2644．1 靜力催化原理／2644．2 動力催化原理／2664．3 人工影響冷云降水／2674．4 人工影響暖云降水／2684．5 地形云人工催化／2714．5．1 美國的地形云催化試驗／2714．5．2 祁連山地形云催化試驗／2734．5．3 北方層狀云人工降水試驗研究／2744．5．4 其他國家的地形云人工催化試驗／2744．6 人工抑制冰雹／2744．7 人工消霧／2774．7．1 概論／2774．7．2 消霧原理／2784．7．3 人工消霧催化劑／2794．7．4 成功案例／2794．7．5 觀測催化設備／2854．8 人工消(減)雨／2864．8．1 人工消(減)雨的科學原理／2864．8．2 人工消雨催化劑／2874．8．3 成功案例／2884．8．4 觀測催化設備／3034．9 人工防霜凍／3044．9．1 概述／3044．9．2 霜凍的人工防御／3044．9．3 成功案例／305第5章 云降水和人工影響天氣數(shù)值模式／3075．1 中尺度模式wRF簡介／3075．1．1 模式背景知識／3085．1．2 模式歐拉方程組的通量形式／3085．1．3 考慮水汽的控制方程組／3095．1．4 考慮地圖投影、Coriolis力和曲率項的控制方程組／3095．1．5相對于參考大氣的擾動控制方程組／3105．1．6 WRF模式的物理過程參數(shù)化方案選項／3115．1．7 WRF模式的邊界條件選項／3115．2 云降水參數(shù)化／3115．2．1 對流參數(shù)化／3125．2．2 顯式云分辨方案／3125．2．3 降水方案的選擇／3145．3 模式中微物理過程和催化過程／3145．3．1 水凝物粒子譜分布／3155．3．2 云降水模式微物理方程組／3155．3．3 云降水方程組的準隱式解法／3175．3．4 人工影響天氣模式的構(gòu)建／3185．4 應用舉例／3225．4．1 人工影響天氣數(shù)值模式業(yè)務系統(tǒng)／3225．4．2 優(yōu)化播撒方法的模擬研究／3265．4．3 人工增雨催化效果的模擬研究／3325．4．4 冰雹云形成過程和減雹催化模擬研究／3415．4．5 三維冰雹分檔強對流云模式和模擬研究／350第6章 人工增雨與人工防雹作業(yè)技術(shù)／3566．1 人工增雨技術(shù)／3566．1．1 人工增雨作業(yè)設計的目的／3566．1．2 制定人工增雨作業(yè)計劃的前期準備工作／3576．1．3 飛機增雨飛行航線設計依據(jù)／3606．1．4 地面高炮、火箭增雨作業(yè)設計／3676．1．5 人工增雨天氣條件的選擇／3686．1．6 人工增雨作業(yè)指標／3716．1．7 人工增雨作業(yè)方法／3786．1．8 高炮火箭增雨作業(yè)技術(shù)／3806．1．9 人工增雨作業(yè)技術(shù)系統(tǒng)／3836．2 人工防雹技術(shù)／3846．2．1 人工防雹試驗概述／3846．2．2 冰雹云的物理特征／3856．2．3 人工防雹作業(yè)方案設計／3856．2．4 防雹作業(yè)方案實施的基本程序／3886．2．5 冰雹預報和冰雹天氣的監(jiān)測／3886．2．6 防雹作業(yè)指標／3936．2．7 防雹作業(yè)技術(shù)／402第7章 人工影響天氣催化劑與實驗技術(shù)／4197．1 催化劑／4197．1．1 人工冰核／4197．1．2 致冷劑／4217．1．3 吸濕性催化劑／4227．2 云室的結(jié)構(gòu)和功能／4237．2．1 新型1m3等溫云室／4257．2．2 混合云室／4257．2．3 靜力擴散云室／4277．2．4 96m3中型綜合云室／4277．2．5 2m3等溫云室／4287．2．6 用于云降水物理研究的其他實驗裝備／4297．3 催化劑檢測技術(shù)／4297．3．1 檢測實驗步驟／4307．3．2 不同儀器設備檢測結(jié)果的對比問題／4307．4 催化劑的研究／4307．4．1 碘化銀復合人工冰核／4307．4．2 冰核和核化速率與核化機制／4317．5 單冰晶增長特性的研究／4347．5．1 單冰晶在取樣冷臺上的增長速率／4347．5．2 冰晶形狀與溫度的關系／4357．6 催化劑的成冰核率的動態(tài)檢測／4407．7 新型便捷的催化劑運載工具／440第8章 我國人工影響天氣業(yè)務／4458．1 人工影響天氣業(yè)務體制／4458．1．1 人工影響天氣業(yè)務內(nèi)容／4458．1．2 人工影響天氣業(yè)務體系的發(fā)展目標／446……第9章 云降水與人工影響天氣監(jiān)測技術(shù)第10章 人工影響天氣作業(yè)裝備第11章 人工影響天氣效果檢驗技術(shù)第12章 現(xiàn)代大氣物理與人工影響天氣展望中國人工影響天氣大事記

章節(jié)摘錄

插圖：2.3大氣熱力學空氣狀態(tài)的變化和大氣中所進行的各種熱力過程都遵循熱力學的一般規(guī)律，所以熱力學方法及結(jié)果被廣泛地用來研究大氣，稱為大氣熱力學。本節(jié)首先簡要回顧熱力學的基本原理，介紹熱力學函數(shù)在大氣中應用的具體形式；然后討論對流層中常見的幾種大氣熱力過程，其中最主要的是干絕熱過程以及和云霧形成有關的濕空氣的絕熱上升過程；其次是與水物質(zhì)相變有關的其他熱力過程，如與露和霧形成有關的等壓降溫過程、等壓絕熱蒸發(fā)過程等。由于地球大氣的溫度、密度、水汽等性質(zhì)在垂直方向有明顯變化，所以大氣是一種層結(jié)流體，和一般流體不同。空氣的垂直運動能否發(fā)展以及發(fā)展的激烈程度涉及到云霧降水、雷暴、冰雹等重要天氣現(xiàn)象，它和大氣層結(jié)的不同類型密切相關。這就是大氣穩(wěn)定度問題，是本節(jié)要討論的一個重點。2.3.1熱力學基本定律2.3.1.1基本概念（1）開放系和封閉系熱力學中常用到“系統(tǒng)”和“外界”兩個詞，“系統(tǒng)”即指所研究的給定質(zhì)量和成分的任何物質(zhì)，而其余與這個系統(tǒng)可能發(fā)生相互作用的物質(zhì)環(huán)境稱之為“外界”或“環(huán)境”。大氣熱力學中所討論的系統(tǒng)主要是兩類：a）未飽和濕空氣系統(tǒng)，指通常的大氣，可當成是由干空氣和水汽組成的二元單相系；b）含液態(tài)水（或冰）的飽和濕空氣系統(tǒng)，是指由水滴或冰晶組成的云和霧，它含有干空氣和水物質(zhì)（水汽、液態(tài)水和固態(tài)水），所以是二元多相系。依據(jù)系統(tǒng)與外界是否交換物質(zhì)分為“開放系”或“封閉系”。大氣熱力學中所研究的僅是大氣中發(fā)生變化的那部分空氣（濕空氣），因此顯然是開放系，然而為了簡單起見，常把它當成封閉系處理。這是因為：a）若所研究的那部分空氣容積足夠大，則其邊緣與外界空氣的混合對系統(tǒng)內(nèi)部特性影響極小，可以忽略；b）若所研究的是被包含在大塊空氣中的一小部分空氣，由于特性相同，混合作用不影響該系統(tǒng)的特性。這兩個條件在多數(shù)情況下是可以滿足的，所以封閉系是一個很好的近似。不過，對于那些與外界湍流混合交換強烈而發(fā)生變化的空氣，或正在消失的積云單體，封閉系的假設就不大合適了。

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