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第一章 大气概述1

1.1 地球系统1

1.1.1 认识地球1

1.1.2 地球系统的概念3

1.1.3 地球系统的组成3

1.1.3.1 行星系统3

1.1.3.2 地核和地幔4

1.1.3.3 岩石圈5

1.1.3.4 水圈5

1.1.3.5 生物圈7

1.1.3.6 大气圈7

1.2 大气的演化7

1.2.1 地球的形成8

1.2.2 大气圈的前世今生9

1.2.2.1 原始大气9

1.2.2.2 次生大气11

1.2.2.3 现代大气12

1.2.3 现代大气的成分13

1.2.3.1 氮气14

1.2.3.2 氧气14

1.2.3.3 二氧化碳14

1.2.3.4 臭氧15

1.2.3.5 水汽17

1.2.3.6 大气颗粒物18

1.2.4 人类活动对大气成分的影响18

1.2.4.1 温室气体含量的增加18

1.2.4.2 臭氧层的破坏与臭氧洞19

1.2.4.3 酸雨的危害21

1.2.4.4 城市空气污染21

1.3 大气的垂直结构22

1.3.1 主要气象要素22

1.3.1.1 气温23

1.3.1.2 气压24

1.3.1.3 湿度25

1.3.1.4 风26

1.3.2 大气的垂直结构30

1.3.2.1 按气温的垂直结构分层30

1.3.2.2 按大气的化学组成分层32

1.3.2.3 按大气的电离状态分层33

1.4 大气探测37

1.4.1 大气探测发展简史37

1.4.1.1 目测阶段37

1.4.1.2 地面气象观测发展阶段37

1.4.1.3 高空气象探测发展阶段37

1.4.1.4 大气遥感发展阶段38

1.4.2 大气探测的项目39

1.5 天气与气候41

第二章 天气系统与天气的变化42

2.1 天气系统术语42

2.2 大气环流46

2.3 大尺度系统50

2.3.1 阻塞高压51

2.3.2 副热带高压53

2.3.3 热带辐合带57

2.4 天气尺度系统59

2.4.1 锋59

2.4.1.1 暖锋60

2.4.1.2 冷锋60

2.4.1.3 锢囚锋62

2.4.1.4 静止锋62

2.4.2 气旋62

2.4.2.1 极地气旋64

2.4.2.2 温带气旋67

2.4.2.3 副热带气旋70

2.4.2.4 热带气旋70

2.5 中小尺度系统75

2.5.1 雷暴76

2.5.2 飑线78

2.5.3 龙卷风80

2.5.4 背风波83

第三章 气候变化86

3.1 气候与气候系统86

3.1.1 气候概念的发展86

3.1.2 气候系统的驱动力88

3.1.3 气候系统内部的能量传递90

3.1.3.1 大气的运动90

3.1.3.2 大洋环流93

3.1.4 气候系统内部的反馈过程97

3.1.4.1 水汽—辐射反馈98

3.1.4.2 云强迫及反馈98

3.1.4.3 冰雪—反照率反馈98

3.1.4.4 二氧化碳的反馈99

3.2 气候系统的平均状态100

3.2.1 时间平均的大气环流100

3.2.1.1 地面气压场和风场分布100

3.2.1.2 500 hPa高度场分布102

3.2.1.3 200 hPa风场分布102

3.2.2 时间平均的大洋环流104

3.2.2.1 海水的性质104

3.2.2.2 大洋表层温度、盐度和密度的水平分布105

3.2.2.3 大洋温度、盐度和密度的垂直分布108

3.3 气候变化的事实111

3.3.1 气候变化的含义111

3.3.2 地球早期的气候112

3.3.3 大冰期—大间冰期交替113

3.3.4 第四纪冰期—间冰期旋回116

3.3.5 全新世气候变化118

3.3.6 器测时代的气候变化122

3.3.6.1 近百年气候变化的事实122

3.3.6.2 东亚季风124

3.3.6.3 厄尔尼诺、拉尼娜和南方涛动133

3.4 气候变化的原因138

3.4.1 气候变化的自然原因138

3.4.1.1 太阳活动138

3.4.1.2 地球轨道要素140

3.4.1.3 火山活动141

3.4.2 人类活动对气候的影响141

3.4.2.1 人类活动对全球气候的影响141

3.4.2.2 人为排放气溶胶对气候的影响143

3.4.2.3 人类活动改变小气候144

第四章 天气预报和气候预测及预估148

4.1 概论148

4.1.1 天气预报的发展史——从目测到器测148

4.1.2 天气预报的困难——非周期性150

4.1.3 大气科学中的确定性与不确定性151

4.1.4 天气和气候的可预报性153

4.1.5 气候预测发展和改进的途径155

4.1.6 大气中的非线性现象155

4.1.7 高指数环流和低指数环流156

4.1.8 天气预报流程157

4.1.8.1 搜集数据157

4.1.8.2 数据同化157

4.1.8.3 数值天气预报157

4.1.8.4 输出处理158

4.2 气象站天气预报158

4.2.1 现代天气预报技术的发展趋势158

4.2.2 天气预报的方法160

4.2.3 提高预报准确率162

4.2.4 气象台站进行天气预报的一般流程164

4.3 中长期天气预报165

4.3.1 中期天气预报概述165

4.3.2 低频天气图预报方法169

4.4 短期气候预测的物理基础及预测思路172

4.4.1 短期气候预测方法173

4.4.2 中国气候的年代际变率173

4.4.3 影响短期气候变化的因素174

4.4.4 短期气候预测建模175

4.4.5 统计降尺度法176

4.5 未来气候变化预估177

4.5.1 21世纪地表气温的预估179

4.5.2 21世纪降水的预估180

4.5.3 21世纪海平面的预估181

4.5.4 温室气体排放的典型浓度路径182

附录一 关于天气预报和气候预测的谚语185

附录二 气象灾害预警信号189

参考文献202