目 录

第一篇 大气概论

第一章 行星大气和地球大气的演化
1.1 行星大气
1.2 地球大气的演化
第二章 地球大气的成分及分布
2.1 干洁大气
2.1.1 干空气的状态方程
2.1.2 臭氧
2.1.3 碳的化合物
2.1.4 硫的化合物
2.1.5 氮的化合物
2.1.6 氢、氦和气体的逃逸
2.2 大气中的水汽
2.2.1 大气湿度的表示方法
2.2.2 湿空气的状态方程
2.2.3 水汽的分布
2.3 大气气溶胶
2.3.1 气溶胶粒子的谱分布
2.3.2 气溶胶粒子的来源
2.3.3 气溶胶粒子在大气过程中的作用
习题
第三章 大气压力
3.1 大气静力学方程和气压－高度公式
3.1.1 大气静力学方程
3.1.2 气压－高度公式
3.1.3 大气标高
3.2 大气模式
3.2.1 均质大气
3.2.2 等温大气
3.2.3 多元大气
3.3 气压－位势高度公式
3.4 标准大气
3.5 气压的时空分布
3.5.1气压系统及其随高度的变化
3.5.2全球海平面气压分布
3.5.3高空等压面图
3.5.4气压随时间的变化
习题
第四章 大气分层和结构
4.1 大气分层
4.1.1 按温度结构分层
4.1.2 按成分结构分层
4.1.3 外大气层
4.1.4 按电离结构分层
4.2 大气质量及其垂直分布
4.3 大气的主要下边界面-海洋
4.3.1 海洋的物理特性
4.3.2 海流
习题
参考文献

第二篇 大气物理基础

第五章 地面和大气中的辐射过程
5.1 辐射的基本概念
5.1.1 电磁辐射
5.1.2 描述辐射场的物理量
5.2 辐射的物理规律
5.2.1 吸收率、反射率和透射率
5.2.2 平衡辐射的基本规律
5.2.3 太阳辐射和地球辐射的区别
5.3 地球大气与辐射的相互作用
5.3.1 大气对辐射吸收的物理过程
5.3.2 大气吸收光谱
5.3.3 大气对辐射的散射
5.3.4 辐射能在介质中的传输
5.4 太阳辐射在大气中的传输
5.4.1 太阳和太阳辐射
5.4.2 大气上界的太阳辐射能
5.4.3 太阳的直接辐射
5.4.4 天空的散射辐射
5.4.5 地面对太阳辐射的反射和吸收
5.5 地球-大气系统的长波辐射
5.5.1 地面的长波辐射特性
5.5.2长波辐射在大气中的传输
5.5.3大气顶部射出的长波辐射
5.6 地面、大气及地气系统的辐射平衡
5.6.1 地―气系统的辐射平衡
5.6.2 地球大气的温室效应
5.6.3 辐射差额沿纬度的变化
5.6.4 地面、大气和地气系统的辐射差额
5.6.5 观测到的辐射平衡
习题
参考文献
第六章 大气热力学基础
6.1 热力学定律在大气物理中的应用
6.1.1 预备知识
6.1.2 热力学第一定律
6.1.3 热力学第二定律 态函数
6.1.4 含液态水饱和湿空气系统
6.2 大气的干绝热过程
6.2.1 干绝热减温率
6.2.2 位温
6.2.3 干绝热上升时的露点变化 抬升凝结高度
6.3 可逆的饱和绝热过程和假绝热过程
6.3.1 湿绝热减温率
6.3.2 假相当位温
6.3.3 焚风
6.4 大气热力学图解
6.4.1 温度对数压力图
6.4.2 温度对数压力图的应用
6.4.3 斜T - lnP图简介
6.4.4 温熵图简介
6.4.5 能量图解的判断方法
6.5 绝热混合过程
6.5.1 绝热等压混合
6.5.2 不同高度空气的绝热混合
6.6 等压冷却过程
6.7 温湿参量
6.7.1 相当温度和湿球温度
6.7.2 假湿球温度和假湿球位温
6.7.3 假相当位温和假相当温度
6.8 大气的静力稳定度
6.8.1 静力稳定度判据
6.8.2 条件性不稳定
6.8.3 关于薄层法和夹卷作用的讨论
6.9 整层气层升降时稳定度的变化
6.9.1 未饱和情况
6.9.2 对流性不稳定
6.10 逆温层
思考题
习题
参考文献
第七章 大气动力学基础
7.1 大气动力学基本方程组
7.1.1 旋转坐标系中的牛顿定律
7.1.2 标准坐标系
7.1.3 运动方程的张量形式
7.1.4 连续方程
7.1.5 热力学方程
7.1.6 大气动力－热力学方程组
7.2 大气运动的尺度分析及近似
7.2.1 大气运动的尺度分析
7.2.2 浅环流近似和连续方程的简化
7.2.3 水平运动方程的简化和准地转近似
7.2.4 垂直运动方程的简化和准静力近似
7.2.5空气的状态方程
7.2.6 热力学方程
7.2.7 Boussinesq 方程组
7.2.8 大气动力学方程组的另外形式
7.3 大气中的圆周运动
7.4 大气中的准地转运动
7.4.1 气压坐标系
7.4.2 自由大气中的风场和气压场
7.5 风随高度变化和热成风
7.6 环流与环流定理
7.6.1 涡度与环流
7.6.2 涡旋流
7.6.3 Kelvin环流定理和Bjerknes环流定理
7.7 涡度方程
7.7.1 垂直涡度的标量方程
7.7.2 涡度方程的尺度分析
7.8 重力波、声波及Rossby波
7.8.1 波动方程与波动参数
7.8.2 表面重力波
7.8.3 不同密度流体界面上的波动
7.8.4 重力内波
7.8.5 运动大气的重力内波
7.8.6 旋转地球上的惯性重力内波
7.8.7 大气中的声波
7.8.8 Rossby波
思考题
习题
参考文献

第三篇 大气边界层物理

第八章 大气湍流基础
8.1 大气湍流
8.1.1 湍流现象与雷诺实验
8.1.2 大气湍流的基本特征
8.1.3 大气湍流的产生和维持
8.1.4 泰勒假设
8.2 大气湍流的统计描述
8.2.1．雷诺平均
8.2.2 湍流宏观统计参数
8.2.3 湍流微观能谱
8.3 大气湍流控制方程
8.3.1 基本方程
8.3.2 雷诺平均方程
8.3.3 湍流动能方程
8.3.4 平均运动能量方程
8.4 大气湍流运动和稳定度判据
8.4.1 大气湍流的平稳性、均匀性和各态历经
8.4.2 湍流闭合及混合长理论
8.4.3 湍流通量和雷诺应力
8.4.4 大气湍流的稳定性判据
8.5 科尔莫戈罗夫的局地均匀各向同性湍流理论与湍流动能的串级输送
参考文献
第九章 大气边界层
9.1 大气边界层特征
9.1.1 大气边界层结构和分类
9.1.2 大气边界层演变规律及日变化特征
9.1.3 边界层中的风和气流
9.2 近地面层规律
9.2.1 近地面层的定义和厚度
9.2.2 近地面层莫宁-奥布霍夫相似性理论
9.2.3 近地面层廓线规律的实验结果
9.2.4 空气动力学参数特征--地表粗糙长度和零值位移的计算
9.2.5 近地面层大气湍流统计量
9.2.6 近地面层大气湍流能谱的相似规律
9.2.7 近地面湍流通量与热量平衡
9.3 中性大气边界层
9.3.1 埃克曼螺线
9.3.2 埃克曼抽吸
9.3.3 中性大气边界层的厚度
9.4 不稳定边界层（对流边界层、混合层）
9.4.1 对流边界层的基本结构
9.5.2 对流边界层发展的预测模式
9.5 稳定边界层
9.5.1 稳定边界层的一般特征
9.5.2 稳定大气边界层的预测模式
9.5.3 低空急流
习题
参考文献
第十章 非均一下垫面对边界层的影响
10.1 内边界层
10.1.1 光滑流与粗糙流
10.1.2 动力内边界层
10.1.3 热内边界层
10.1.4 内边界层对扩散的影响
10.2 局地环流
10.2.1 山谷风
10.2.2 海陆风
10.3 过山气流
10.3.1 中性层结条件下的过山气流
10.3.2 稳定层结条件下的过山气流
10.4 城市热岛
参考文献

第四篇 云和降水物理学与大气电学基础

第十一章 云雾形成的宏观条件及一般特征
11.1 云和降水的分类和生成条件
11.1.1 云和降水的分类
11.1.2 云生成的宏观条件
11.2 云雾降水的宏观特征
11.2.1 对流云宏观特征
11.2.2 对流风暴
11.2.3 层状云宏观特性
11.2.4 卷云的宏观特征
11.2.5 降水的宏观特征
11.3 云雾降水的微观特征
11.3.1 描述方法
11.3.2 云雾滴谱分布
11.3.3 冰雪晶微观特征
11.3.4 降水粒子谱分布
习题
参考文献
第十二章 云雾降水形成的微物理过程
12.1 云粒子的均质核化
12.1.1 云滴核化和开尔文（Kelvin）方程
12.1.2 核化率
12.1.3 冰相的均质核化
12.2 云粒子的异质核化
12.2.1 不可溶性粒子的成核作用
12.2.2 可溶性粒子的成核作用
12.2.3 离子诱导核化
12.2.4 冰相的异质核化
12.3 大气凝结核和大气冰核
12.3.1 云凝结核
12.3.2 大气冰核
12.4 云滴的凝结增长
12.4.1 单滴的凝结增长
12.4.2 群滴的凝结增长
12.4.3 云滴的起伏凝结增长
12.5 冰晶的凝华增长
12.5.1 静稳条件下冰晶的凝华增长
12.5.2 混合云中冰晶的凝华增长
12.6 水成物粒子的降落和碰并
12.6.1 雨滴的降落和变形
12.6.2 雨滴的下落末速
12.6.3 冰雪晶的下落末速
12.6.4 粒子的碰并效率
12.7 云滴和雨滴的碰并增长
12.7.1 重力碰并增长的连续模式
12.7.2 随机碰并增长
12.7.3 起伏重力碰并增长
12.8 冰雪晶的碰并增长
12.9 层状云降水的形成
12.10 积状云降水的形成
12.11 冰雹的形成
12.11.1 冰雹的分类和结构
12.11.2 冰雹的形成机制
12.11.3 冰雹的"干"、"湿"增长
习题
参考文献
第十三章 积云动力学及云模式简介
13.1 积云动力学方程组
13.1.1 积云动力学基本方程组
13.1.2 积云动力学方程组的另外形式
13.2 云雾数值模式
13.2.1 积云一维模式
13.2.2 多维模式简介
13.3 微物理过程的处理方法
参考文献
第十四章 人工影响天气简介
14.1 人工影响天气原理
14.1.1 人工影响云雾降水原理
14.1.2 人工抑制冰雹原理
14.1.3 人工消雾原理
14.1.4 其他人工影响天气试验
14.2 人工影响天气催化剂
14.3 催化作业
14.3 人工增雨效果检验
14.4 云数值模式在人工影响天气中的应用
参考文献
第十五章 大气电学
15.1 晴天大气电场
15.2 大气离子与电导率
15.2.1大气离子的产生与复合
15.2.2 大气离子的物理特征
15.2.3 大气离子方程
15.2.4 晴天大气电导率
15.3 晴天大气的电荷与电流
15.3.1 晴天大气体电荷
15.3.2 晴天大气电流
15.4 云中大气电结构
15.4.1 云雾降水粒子的电荷
15.4.2 层状云中大气电结构
15.5.3 积状云中大气电结构
15.5 雷雨云的起电机制
15.5.1. 离子扩散和选择性吸附起电机制
15.5.2 碰撞感应起电机制
15.5.3 非感应起电机制
15.5.4 起电机制的数值模拟
15.6 雷电的监测
15.6.1 闪电的照相观测
15.6.2 大气静电场的测量
15.6.3 闪电定位
15.7 大气中的放电现象
15.7.1 尖端放电
15.7.2 地闪和云闪
15.7.3. 几种罕见的闪电现象
15.8 闪电引起的物理效应
15.8.1 闪电时的电磁场变化
15.8.2 闪电造成的地面静电场变化
15.8.3 雷
15.8.4 天电
15.8.5 舒曼（Schuman）共振
15.8.6 闪电与气候变化
15.9 人工影响雷电简介
15.9.1 抑制云中起电过程
15.9.2人工引发雷电
15.10 全球大气电过程
习题
参考文献

第五篇 大气光学、GPS气象和大气声学

第十六章 散射的基本理论
16.1 散射
16.1.1 散射过程
16.1.2 多粒子散射
16.1.3 散射的几何图象与参数
16.1.4 散射与削弱的基本关系式
16.2 瑞利（Rayleigh）散射
16.3 均匀球状粒子的散射（Mie 散射）
16.3.1 球状粒子对电磁波的散射和吸收
16.3.2 Mie 散射的特性
16.4 实际大气中的散射
16.4.1 分子大气的散射
16.4.2 气溶胶的散射
16.4.3 非球形粒子的散射
16.5 散射参量的观测
16.4.1 大气消光系数的测量
16.4.2 大气散射函数的测量
习题
参考文献
第十七章 大气层的光学现象
17.1 辐射传输方程
17.1.1 方程的建立
17.1.2 辐射传输方程的解
17.1.3 蒙特卡罗（Monte Carlo）方法
17.2 天空亮度和色彩的分布
17.2.1 天空亮度的分布
17.2.2 天空散射光的偏振
17.2.3 天空的色彩
17.3 曙暮光
17.4 能见度问题
17.4.1 对比和对比感阈
17.4.2 对比度传输系数
17.4.3 气象能见距
17.4.4 从空中观测地面的能见度
17.4.5 夜间灯光能见度
17.5 云雾光学问题
17.5.1 云雾的含水量和消光系数的关系
17.5.2 云雾的散射函数和消光系数
17.5.3 华的现象
17.5.4 虹和霓
17.5.5 晕
习题
参考文献
第十八章 光在大气中的折射
18.1 大气的折射率
18.1.1 对流层空气的折射率
18.1.2 大气折射率的测量
18.1.3 电离层中的折射率
18.2 射线在大气中的折射
18.2.1 射线的轨迹方程--斯涅尔（Snell） 定律
18.2.2 射线的曲率半径
18.2.3 折射的分类
18.2.4 折合折射率及其模数
18.3 大气折射对测量的影响
18.3.1 定位测量的误差
18.3.2 大气水平非均匀对射线折射的影响
18.4 天文折射和地文折射
18.4.1 天文折射现象
18.4.2 地文折射现象
习题
参考文献
第十九章 GPS 气象
19.1 GPS系统
19.2 GPS定位的原理
19.3 大气对GPS观测的影响
19.4 地基GPS测量大气水汽含量
19.5 低轨卫星星载GPS接收机观测大气的温度廓线
参考文献
第二十章 大气声学
20.1一些基本概念和定义
20.2 理想气体小振幅绝热声波的波动方程
20.3 大气的声学特性
20.3.1 大气中的声速
20.3.2 声速在大气中的垂直分布
20.4 研究声波传播的几何声学方法
20.4.1 几何声学的基本方程－埃克纳方程
20.4.2 声线轨迹的斯涅尔（Snell）定律
20.4.3 实际大气中的声线
20.5．实际大气中的声线
20.5.1 无风时的声线轨迹
20.5.2有风时的声线轨迹
20.6 声波在大气中的散射
20.6.1 声波在湍流大气中的传播方程
20.6.2 声波在静止湍流大气中的散射
20.6.3 考虑湿度起伏的声波散射
20.7 声波在大气中的衰减
20.7.1 大气分子对声波的吸收衰减
20.7.2 声波的发散衰减
20.7.3 大气对声波的逾量衰减
20.8 源于大自然的声波
20.8.1天气现象产生的声波和次声波
20.8.2其它来源的次声波
20.9 大气声遥感
20.9.1 大气边界层主动声遥感的原理
20.9.2 声达遥感边界层大气
20.9.3 声达回波图像揭示的大气现象
习题
参考文献

部分习题答案
附录