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目录 1

绪论 1

第一章 大气热力学的物理基础 2

§1 描述热力系统平衡态的状态参量，干空气状态方程 2

§2 湿度参量，湿空气状态方程 4

§3 热力学第一定律 6

§4 准静力条件下的膨胀功，比热 7

§5 内能和焓 9

§6 热力学第二定律，熵 11

§7 水汽的相变和潜热， 克拉贝龙-克劳修司方程 13

§8 本章总结 16

习题 17

第二章 大气中的热力过程 18

§1 未饱和湿空气的绝热过程，位温 18

§2 未饱和湿空气的多元过程 19

§3 饱和湿空气的绝热过程 20

§4 大气静力学方程 23

§5 大气绝热直减率 25

§6＊ 凝结高度 27

§7 绝热图解 28

§8＊ 等焓蒸发和凝结过程，湿球温度和相当温度 31

§9 位假湿球温度，位假相当温度 33

§10 本章总结 36

习题 37

第三章 大气层结的稳定度 39

§1 判别层结稳定度的气块法 39

§2 条件性不稳定和不稳定能量 42

§3 整个气层抬升或下沉时温度层结的变化 44

§4 判别层结稳定度的薄层法 47

§5＊ 挟卷过程对上升气块变温的影响 50

§6 本章总结 54

习题 55

第四章 大气中的辐射热量传递过程 56

§1 辐射能的量度 56

§2 热辐射的辐射和吸收定律 59

§3 太阳辐射，没有大气影响时太阳辐射的地理和季节分布 62

§4 大气对太阳辐射的吸收和散射 64

§5 太阳辐射通过大气时的削减规律，太阳直接辐射 66

§6 地面和大气对长波辐射的吸收 69

§7 长波辐射传递方程及其积分 70

§8 长波辐射图解 72

§9 长波有效辐射 75

§10 辐射平衡条件下的大气垂直温度场 76

§11 本章总结 80

习题 80

第五章 大气运动的基本规律 82

§1 旋转坐标系的速度和加速度 82

§2 作用在空气微团上的外力，运动方程的向量形式 84

§3 运动方程在球坐标系的标量形式 87

§4 连续（性）方程 92

§5 局地坐标系的运动方程和连续方程 93

§6 闭合运动方程组，初始条件和边界条件 95

§7 大气湍流的概念和平均运动方程组 96

§8 本章总结 99

习题 100

第六章 运动方程组的简化 101

§1 大气运动的尺度和运动的分类 101

§2 运动方程的尺度分析和简化 102

§3 连续方程和热力学方程的尺度分析和简化 105

§4 几个动力学参数及其意义 106

§5 本章总结 107

习题 108

§1 等压面图分析，位势高度 109

第七章 p坐标系、θ坐标系和σ坐标系的运动方程组 109

§2 z坐标系和p坐标系导数的一般转换关系式 111

§3 p坐标系的运动方程组 114

§4 θ坐标系的运动方程组 117

§5 σ坐标系的运动方程组 119

§6 本章总结 122

习题 122

第八章 自由大气中的平衡运动 124

§1 地转风 124

§2 正压大气和斜压大气，地转风随高度的变化——热成风 126

§3 自然坐标系的运动方程，流线和轨迹曲率的关系 132

§4 梯度风 135

§5 旋衡风，惯性风 138

§6 本章总结 139

习题 140

第九章 地转偏差，大范围垂直运动的计算 142

§1 地转偏差的性质和作用 142

§2 决定地转偏差的因子 144

§3 大范围垂直运动的计算 147

§4 本章总结 151

习题 152

第十章 大气中的地转适应过程 154

§1 洋流中简单情形下的地转适应过程 154

§2 正压大气中的地转适应过程 158

§3＊ 斜压大气中的地转适应过程 166

§4 本章总结 169

习题 170

第十一章 环流和涡度，涡度方程和散度方程 172

§1 绝对环流定理，力管 172

§2 相对环流定理 175

§3 涡度和涡度方程 177

§4 位势涡度 183

§5 散度方程及其简化 185

§6 本章总结 187

习题 188

第十二章 中纬度天气尺度系统的发生发展机制 191

§1 倾向方程 191

§2 准地转涡度方程，热力学方程的应用 194

§3 准地转重力位势倾向方程 201

§4 准无辐散的流函数倾向方程 204

§5 ω方程 207

§6 发展斜压扰动的理想模式 209

§7 中纬度天气尺度扰动的发生发展 210

§8 锋和锋生 217

§9 本章总结 220

习题 222

第十三章 大气中的波动 224

§1 波的一些基本概念 224

§2 微扰方法，方程组与边条件的线性化 226

§3 大气声波 232

§4 大气重力波 234

§5 大气惯性波 239

§6 大气长波 240

§7 大气超长波 244

§8 大气混合波 246

§9 “噪音”和滤波 251

§10 波群与群速度 253

§11 上下游效应 257

§12 本章总结 262

习题 264

第十四章 大气波动的稳定度 266

§1 稳定度的基本概念 266

§2 惯性稳定度 268

§3 密度不连续的分界面上重力波的斜压稳定度 270

§4 重力惯性波的稳定度 272

§5 风速不连续的分界面上或切变线上大气长波的正压稳定度 275

§6 一般大气长波的正压稳定度 278

§7 一般大气长波的斜压稳定度 283

§8＊ 李雅普洛夫稳定性理论及其应用 288

§9＊ 群波对稳定度的影响 292

§10 本章总结 294

习题 295

§1 大气中的主要能量形式 296

第十五章 大气运动的能量 296

§2 铅直气柱中大气的能量 301

§3 能量方程与能量守恒定律 304

§4 平均能量平衡方程 307

§5 大气能量的平衡及转换函数 311

§6 大尺度运动的能量转换及循环 318

§7 湍流脉动增强和减弱的判据——理查孙数Ri 323

§8 大气能量与稳定度 325

§9 本章总结 328

习题 329

§1 动量、热量和水汽的湍流输送通量密度 332

第十六章 大气中动量、热量和水汽的湍流输送过程 332

§2 行星边界层中风速随高度的分布 342

§3＊ 地球大气平均温度场的形成 352

§4 本章总结 357

习题 358

第十七章 近地面层气温和土壤温度的日变化 362

§1 湍流热量输送过程对近地面层气温和土壤温度日变化的作用 362

§2＊ 夜间最低温度的预报 371

§3 气团的温度变性 378

§4 本章总结 382

习题 383

第十八章 中小尺度运动系统的动力学基础 386

§1 中小尺度运动的动力学和热力学方程 386

§2＊ 地形扰动 394

§3＊ 锋区的垂直结构 398

§4＊ 热对流 403

§5＊ 积云对流 409

§6 本章总结 420

参考文献 422

附录 423

主要物理常数 423