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第一章 大气概况1

1.1 行星大气和地球大气的演化1

1.1.1 行星大气1

1.1.2 地球大气演化过程2

1.1.3 盖娅假说与大气演化3

1.2 现代大气的组成和表示方法4

1.2.1 现代大气组成4

1.2.2 大气成分的度量5

1.2.3 水汽量5

1.3 状态方程11

1.3.1 干空气的状态方程12

1.3.2 湿空气的状态方程12

1.4 大气与理想气体的差异14

习题15

第二章 大气静力平衡17

2.1 流体静力学方程17

2.1.1 重力位势和位势高度17

2.1.2 流体静力平衡18

2.1.3 测高方程19

2.2 等垂直减温率大气20

2.2.1 一般模式：多元大气20

2.2.2 均质大气21

2.2.3 干绝热大气22

2.2.4 等温大气和大气标高22

2.2.5 逆温层23

2.3 标准大气24

2.4 大气分层26

2.4.1 按热力结构分层26

2.4.2 逸散层28

2.4.3 按大气成分特性分层29

习题29

第三章 热力学基础31

3.1 大气系统31

3.1.1 系统31

3.1.2 气块假设32

3.2 态函数32

3.2.1 内能与热力学第一定律32

3.2.2 焓与相变潜热33

3.2.3 熵与热力学第二定律36

3.3 理想气体的绝热过程38

3.3.1 位温39

3.3.2 干绝热减温率39

3.3.3 大气熵最大时的温度分布40

3.4 湿空气能量41

3.4.1 湿空气热容量41

3.4.2 大气能量42

习题44

第四章 相态平衡45

4.1 饱和水汽压45

4.1.1 自由能与克劳修斯-克拉贝龙方程45

4.1.2 饱和水汽压的理论表达式46

4.1.3 相态平衡曲线48

4.2 干空气对饱和水汽的影响48

4.2.1 大气压对饱和水汽压的影响48

4.2.2 干空气溶入水对饱和水汽压的影响50

4.2.3 总体效应52

4.3 球形液面的饱和水汽压53

4.3.1 球形纯液滴的饱和水汽压53

4.3.2 溶液滴的平衡水汽压54

4.3.3 寇拉曲线54

4.4 饱和状态变化和人体舒适度55

4.4.1 沸点与气压的关系55

4.4.2 熔点与气压的关系56

4.4.3 接近饱和时人体舒适度57

习题57

第五章 等压过程59

5.1 等压冷却——露点和霜点59

5.1.1 露和霜的形成过程59

5.1.2 温度露点（霜点）差与相对湿度的关系60

5.1.3 露点和霜点的关系61

5.2 等压冷却凝结61

5.2.1 一般方程62

5.2.2 饱和水汽压变化和凝结液态水的估计62

5.3 等压绝热过程——湿球温度和相当温度63

5.3.1 等压湿球温度64

5.3.2 等压相当温度65

5.3.3 干湿表方程65

习题67

第六章 干绝热过程68

6.1 湿空气的干绝热过程68

6.1.1 湿空气的泊松方程68

6.1.2 干绝热减温率69

6.1.3 露点减温率69

6.1.4 位温70

6.2 抬升达到饱和时的特征量71

6.2.1 抬升凝结高度的估计72

6.2.2 饱和温度的估计72

6.3 饱和成云74

习题76

第七章 湿绝热过程77

7.1 湿绝热方程77

7.1.1 饱和气块的熵77

7.1.2 可逆饱和绝热过程78

7.1.3 假绝热过程78

7.2 湿绝热减温率79

7.3 温湿参量82

7.3.1 相当位温82

7.3.2 假湿球位温和假湿球温度83

7.3.3 假相当位温和假相当温度84

7.4 焚风现象84

7.4.1 焚风成因84

7.4.2 理论计算85

习题86

第八章 混合过程88

8.1 湿气块的等压绝热混合88

8.2 混合成云89

8.2.1 等压绝热混合后的凝结89

8.2.2 凝结尾迹91

8.3 垂直混合93

8.4 混合层特征及云的形成94

8.4.1 混合层的温度和湿度94

8.4.2 垂直混合成云95

习题96

第九章 大气热力图98

9.1 面积等价变换98

9.2 热力图例100

9.2.1 温熵图100

9.2.2 温度对数压力图101

9.3 热力图的应用102

9.3.1 层结和路径曲线的绘制103

9.3.2 温湿参量的确定103

9.3.3 气层平均温度和等压面厚度105

9.3.4 逆温层结的特征106

9.3.5 混合凝结高度107

习题108

第十章 静力稳定度109

10.1 气块运动109

10.1.1 一般运动方程110

10.1.2 气块作微小虚拟位移110

10.1.3 气块作有限虚拟位移111

10.2 静力稳定度判据112

10.2.1 气块的位移和平衡条件112

10.2.2 未饱和气块113

10.2.3 饱和气块114

10.2.4 稳定度类别114

10.3 条件性不稳定115

10.3.1 潜在不稳定116

10.3.2 绝对稳定和绝对不稳定117

10.3.3 热雷雨的预报117

10.4 薄层法119

10.4.1 假设和条件119

10.4.2 薄层法判据120

10.5 夹卷作用122

10.5.1 假设条件和参数122

10.5.2 云块减温率和夹卷积云模型123

10.6 整层大气静力稳定度125

10.6.1 升降中气层未饱和126

10.6.2 升降中气层饱和127

10.7 稳定度指数129

习题130

第十一章 辐射基本知识132

11.1 基本物理量132

11.1.1 电磁波特性132

11.1.2 表征辐射场的物理量134

11.2 辐射与物体136

11.2.1 辐射源136

11.2.2 辐射与物体的相互作用138

11.2.3 辐射体139

11.2.4 反射体140

11.2.5 局地热力学平衡142

11.3 平衡辐射的基本定律142

11.3.1 基尔霍夫定律142

11.3.2 斯特藩-玻尔兹曼定律143

11.3.3 维恩定律143

11.3.4 普朗克定律143

11.4 辐射场的热力学特性145

11.5 太阳辐射与地球辐射146

习题148

第十二章 发射和吸收149

12.1 大气对辐射吸收的物理过程149

12.1.1 大气成分的选择吸收149

12.1.2 非量子化轨道与连续光谱151

12.1.3 光化反应和光致电离151

12.2 大气吸收光谱151

12.3 辐射的吸收削弱154

12.3.1 吸收系数154

12.3.2 谱线的增宽155

12.3.3 辐射能在吸收介质中的传输156

12.4 大气垂直方向上的吸收和发射159

12.4.1 光学厚度坐标159

12.4.2 单色辐射吸收的垂直分布159

习题161

第十三章 大气散射163

13.1 散射过程163

13.1.1 散射过程的分类163

13.1.2 描述散射过程的参数164

13.1.3 散射对辐射的削弱166

13.2 瑞利散射166

13.3 均匀球状粒子的散射——米散射169

13.4 非球形粒子的散射171

习题172

第十四章 太阳辐射174

14.1 大气上界太阳光谱及太阳常数174

14.2 大气上界的太阳辐射能176

14.2.1 日地运动关系176

14.2.2 太阳位置177

14.2.3 日射的计算和分布179

14.3 地气系统中太阳辐射的吸收和散射180

14.3.1 大气分子180

14.3.2 气溶胶180

14.3.3 云181

14.3.4 地面182

14.4 太阳直接辐射的传输183

14.4.1 到达地面的太阳直接辐射183

14.4.2 地基法测定太阳常数185

习题186

第十五章 地气系统长波辐射188

15.1 辐射传输方程188

15.1.1 辐射传输方程的普遍形式188

15.1.2 施瓦兹希尔德方程189

15.2 辐射亮度的传输190

15.2.1 平面平行大气的辐射传输方程190

15.2.2 边界条件的影响192

15.3 辐射通量密度的传输193

15.3.1 漫射通量透过率193

15.3.2 长波漫射辐射的传输方程195

15.3.3 漫射近似196

15.4 大气辐射光谱196

习题199

第十六章 散射辐射传输201

16.1 包括散射时的辐射传输方程201

16.2 包括单散射时的辐射传输202

16.3 散射相函数203

16.4 包括多次散射时的辐射传输204

16.4.1 各向同性散射的解205

16.4.2 方位角平均的散射传输207

16.4.3 反照率，透过率和吸收率208

习题209

第十七章 辐射平衡210

17.1 地气系统的辐射平衡210

17.1.1 地气系统辐射平衡温度210

17.1.2 地球大气的温室效应211

17.1.3 辐射沿纬度的变化213

17.2 地气系统的净辐射214

17.2.1 地面的净辐射214

17.2.2 大气的净辐射216

17.2.3 地气系统的净辐射218

17.2.4 辐射强迫218

17.3 修正的温室效应模型219

17.4 辐射平衡与盖娅假说220

17.4.1 地气系统总的辐射平衡221

17.4.2 盖娅假说中的辐射平衡222

习题223

附录 物理常数226

主要参考书和文献228