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绪论 1

第1章　地球大气组成及其变化 4

1.1　大气的热结构 4

1.2　大气压力随高度的变化 6

1.3　大气组成及其变化 7

1.3.1　地球大气的演化 7

1.3.2　现今地球大气的组成 9

1.3.3　大气组成的变化 10

第2章　大气辐射过程与辐射性质 70

2.1　热辐射 70

2.1.1　热力学平衡与局地热力学平衡 72

2.1.2　热辐射的基本定律 73

2.2　气体分子能级跃迁与光谱特性 77

2.2.1　大气分子吸收光谱的形成-能级与跃迁 77

2.2.2　振动-转动带的结构 81

2.2.3　谱线强度、半宽度和线型 83

2.3　大气分子吸收光谱 90

2.3.1　大气主要分子的红外吸收光谱 90

2.3.2　分子光谱资料汇编 111

2.4　大气中粒子的光散射与吸收 119

2.4.1　球形粒子光散射的Mie理论及其算法 120

2.4.2　非球形粒子的光散射 123

2.4.3　分子大气的Rayleigh散射 129

2.4.4　气溶胶和云的光学特性及其参数化 130

第3章　单色辐射传输问题的解 142

3.1　辐射传输方程 142

3.1.1　定义 142

3.1.2　辐射传输方程的一般形式 146

3.2　对于特殊问题的解析解 148

3.2.1　无散射大气的形式解 148

3.2.2　各向同性散射的奇异本征函数方法 149

3.3　数值解法 150

3.3.1　离散坐标法 150

3.3.2　球谐函数法 154

3.3.3　倍加-累加法 154

3.3.4　逐次散射法 156

3.3.5　Monte Carlo方法 157

3.4　近似数值解法 158

3.4.1　二流近似 158

3.4.2　单次散射近似 160

3.5　三维辐射传输数值方法简介 160

3.5.1　辐射场的离散化 161

3.5.2　球谐函数离散坐标法 163

第4章　辐射传输中的光谱积分 165

4.1　辐射计算的若干问题 165

4.1.1　透过率与吸收率 165

4.1.2　非均匀路径的透过率 169

4.2　逐线积分模式 172

4.2.1　引言 172

4.2.2　积分样点的选取 173

4.2.3　半宽度、谱线位置和线强的近似处理 174

4.2.4　线翼贡献的截断 174

4.3　带模式 175

4.3.1　引言 175

4.3.2　不同线强分布的带模式平均吸收 177

4.3.3　洛伦兹线型的带模式表达式 179

4.3.4 　CG近似在随机带模式中的应用 181

4.4　吸收系数分布（k分布）模式 183

4.4.1　k分布模式 183

4.4.2　相关k分布模式 190

4.4.3　吸收系数的温度依赖关系及其处理方法 197

4.4.4　重叠吸收带 198

4.4.5　光子路径长度分布与整带k分布函数 200

4.5　参数化与经验和半经验方法 201

4.5.1　地球大气太阳辐射吸收的参数化 202

4.5.2　热辐射传输 210

第5章　地气系统辐射平衡扰动的简单模式表达 217

5.1　地气系统的辐射平衡 217

5.2　能量平衡模式 218

5.2.1　引言 218

5.2.2　零维能量平衡模式 219

5.2.3　一维能量平衡模式 222

5.2.4　二维能量平衡模式 232

5.2.5　箱室-扩散大气-海洋能量平衡模式 236

5.3　辐射-对流模式 239

5.3.1　模式基本假定 240

5.3.2　基本方程 241

5.3.3　方程的求解 242

5.3.4　反馈过程 243

5.3.5　模式流程 245

5.3.6　若干结果 246

第6章　气候变化的辐射强迫 249

6.1　引言 249

6.1.1　辐射强迫的基本概念 250

6.1.2　主要的辐射强迫因子及其大小 254

6.2　大气温室气体的辐射强迫 258

6.3　大气气溶胶的辐射强迫 261

6.3.1　引言 261

6.3.2　对流层气溶胶的辐射-气候效应 265

6.3.3　火山气溶胶 271

6.4　太阳变化的辐射强迫 286

6.4.1　引言 286

6.4.2　太阳变化的观测 288

6.4.3　太阳总辐射通量密度的重建 291

6.4.4　太阳变化与地球气候 292

6.5　云的辐射强迫 302

6.5.1　云辐射强迫的概念及云对太阳辐射的“异常”吸收 302

6.5.2　云辐射强迫的计算方法 304

6.5.3　云-辐射气候效应的数值模拟 310

6.6　全球增温潜能 319

6.6.1　全球增温潜能（GWP）的科学定义 319

6.6.2　GWP的应用 320

6.6.3　GWP的计算方法 320

6.6.4　全球温变潜能（GTP）及其计算方法 323

6.7　人为热释放 324

主要参考文献 328

附录1　与辐射有关的物理常数 351

附录2　单位与换算 352

附录3　HITRAN2004分子光谱资料汇编简介 358

附录4　大气气溶胶折射指数 367

附录5　水和冰的复折射指数 371

附录6　地外太阳分光光谱辐射通量密度以及到达地面的太阳辐射通量的简化计算方法 389

附录7 目前世界上若干大气环流模式中的辐射方案简介 393