大气物理 热力学与辐射基础PDF电子书下载

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