第1章 绪论 1
1.1 与气候有关的一些概念 1
1.2 气候学的发展 2
1.2.1 气候学的萌芽阶段 2
1.2.2 气候学的形成阶段 3
1.2.3 传统气候学阶段 3
1.2.4 现代气候学阶段 4
1.3 气候学的重大变革 5
1.4 气候学的主要分类 6
1.5 物理气候学的研究内容 7
参考文献 7
第2章 气候系统的物理描述 8
2.1 系统的概念 8
2.2 气候系统及其组成 9
2.3 气候系统的属性和物理过程 10
2.3.1 气候系统的属性 10
2.3.2 气候系统的热量平衡 11
2.3.3 气候系统的内部反馈 11
2.3.4 气候系统的外部强迫 12
2.3.5 气候系统对外部强迫的敏感性 12
2.4 海气系统的耦合 12
2.5 水分循环 14
2.6 生物—地球化学循环 16
2.6.1 氧循环 17
2.6.2 碳循环 18
2.6.3 其他循环 19
参考文献 20
第3章 气候系统的基本方程 21
3.1 大气运动方程组 21
3.2 海洋运动方程组 22
3.3 陆面过程的基本方程 24
3.3.1 动量通量公式 24
3.3.2 地气交界面的能量平衡方程 24
3.3.3 陆面的热量平衡方程 25
3.3.4 陆面水分平衡方程 25
3.4 海冰系统方程组 26
3.4.1 无雪覆盖海冰系统的热力学方程组 26
3.4.2 有雪覆盖海冰系统的热力学方程组 27
3.4.3 海冰系统的动力方程 28
3.5 气候系统的宏观描述 29
参考文献 30
第4章 气候系统中的辐射传输 31
4.1 大气中辐射传输的基本特性 31
4.1.1 太阳光谱和大气的吸收谱 31
4.1.2 Lambert和Kirchhoff定律 32
4.1.3 辐射传输方程 33
4.2 辐射强迫 34
4.2.1 辐射强迫的新概念 34
4.2.2 ERF两种计算方法及其优缺点 37
4.3 温室气体排放指标 37
4.3.1 指标的简介 37
4.3.2 全球增温潜能的概念 37
4.3.3 全球温变潜能的概念 38
4.4 辐射-对流模式 39
4.4.1 模式的基本原理 39
4.4.2 短波辐射加热率 41
4.4.3 长波辐射冷却率 42
4.5 辐射与化学过程的耦合相互作用 43
参考文献 46
第5章 气候系统的能量平衡 47
5.1 零维模式 47
5.1.1 基本方程和平衡态 47
5.1.2 射出长波辐射R↑的经验公式 48
5.1.3 敏感性分析 48
5.1.4 随时间变化的解 48
5.1.5 对周期外源强迫的响应 49
5.2 一维模式 50
5.2.1 入射的太阳短波辐射 50
5.2.2 水平输送的极端情况 50
5.2.3 热量水平输送的参数化 51
5.2.4 常系数一维模式的解 52
5.2.5 与Budyko模式的比较 52
5.2.6 冰线纬度与太阳辐射强度的关系 53
5.3 Sellers的一维模式 53
5.4 一维季变模式 57
5.5 二维模式 58
5.5.1 常系数二维能量平衡模式的解 58
5.5.2 将下垫面状况的地理分布引入模式 58
5.5.3 二维季变模式 59
5.6 水平二维上翻-扩散耦合模式 62
5.6.1 模式方程组 62
5.6.2 模式的解析解 63
5.6.3 对CO2增加的局地瞬态响应 65
5.7 耦合能量平衡模式存在的问题 67
参考文献 67
第6章 气候系统的反馈机制 69
6.1 反馈的概念 69
6.2 反馈效应的定量描述 70
6.3 反馈响应的特征时间 72
6.4 气候中一些主要的反馈机制 74
6.4.1 气候中一些主要的正反馈的例子 74
6.4.2 负反馈的例子 75
6.5 生物-地球物理反馈 76
6.6 云的反馈调节作用 79
6.6.1 简化的海气耦合距平模式 80
6.6.2 云调节的海气系统的长期振荡 83
6.6.3 云量-地表温度反馈 85
参考文献 89
第7章 气候系统的敏感性 91
7.1 气候敏感性的概念 91
7.1.1 气候敏感性的概念 91
7.1.2 气候敏感性参数 91
7.2 气候的敏感性估算 91
7.2.1 无反馈时的气候敏感性 92
7.2.2 反馈对敏感性的影响 92
7.3 影响气候敏感性的因子 93
7.3.1 影响dI/dT的因子 93
7.3.2 影响da/dT的因子 95
7.4 气候对CO2和痕量气体的敏感性 97
7.4.1 CO2浓度加倍对气候的影响 97
7.4.2 其他痕量气体引起的气候变化 101
7.5 气候对气溶胶的敏感性试验 101
7.5.1 气溶胶对气候的影响 101
7.5.2 核战争可能引起的气候变化 102
7.6 气候对轨道参数和太阳常数变化的敏感性 103
7.6.1 地球轨道参数变化的影响 103
7.6.2 太阳常数变化的影响 103
7.7 气候对内部因子变化的敏感性 104
参考文献 104
第8章 气候系统的稳定性 106
8.1 零维系统的稳定性分析 106
8.1.1 非线性零维模式 106
8.1.2 线性稳定性分析 107
8.1.3 非线性有限振幅的稳定性分析 108
8.2 非线性一维模式 109
8.2.1 复合反照率 109
8.2.2 极端输送的情况 109
8.2.3 常系数扩散模式的平衡解 111
8.2.4 变系数扩散模式的平衡解 112
8.3 一维系统的稳定性分析 112
8.3.1 线性稳定性分析 112
8.3.2 有限振幅的稳定性分析 114
8.4 小冰盖不稳定 116
8.5 气候突变 117
8.6 非线性二维季变模式 120
8.7 二维能量平衡模式对荒漠化模拟的研究 122
参考文献 124
第9章 气候系统的内部振荡 126
9.1 30～60天低频振荡 126
9.2 大气涛动 130
9.2.1 北大西洋涛动（NAO） 131
9.2.2 北太平洋涛动与南方涛动（NPO与SO） 132
9.2.3 南极涛动 132
9.3 El Ninno与南方涛动 133
9.4 准两年振荡（QBO） 137
9.5 海冰气耦合振荡 139
9.5.1 确定系统的周期振荡 140
9.5.2 反馈系统对随机扰动的响应 141
参考文献 144
第10章 气候系统的强迫振荡 146
10.1 强迫振荡的物理机制 146
10.2 气候的日变化和年变化 150
10.3 太阳活动和轨道变化引起的强迫 151
10.3.1 太阳活动强迫 151
10.3.2 轨道变化强迫 153
10.4 米兰柯维奇（Milankovitch）周期 156
10.5 银河年与大冰期 157
10.5.1 万有引力系数（G）变化说 159
10.5.2 银道面物质分布不均说 160
10.5.3 银河系悬臂影响说 160
10.6 火山活动 160
参考文献 162
第11章 气候变化的形成机制 164
11.1 影响气候及其变化的物理过程 164
11.1.1 气候形成和维持的物理过程 164
11.1.2 造成气候变化的物理过程和因子 164
11.2 气候演变的时空尺度 165
11.3 气候变化的形成机制 166
11.4 增温停滞与协同振荡 168
11.5 海陆热力差异对增温停滞的影响 171
11.6 热带海温异常对北美降温的影响 177
参考文献 179
第12章 气候模拟和预测 181
12.1 纬向平均动力学模式 182
12.1.1 纬向平均模式的设计 182
12.1.2 涡旋输送的参数化 183
12.1.3 气候敏感性试验 184
12.2 相似-动力预报模式 186
12.2.1 相似-动力模式的基本原理 187
12.2.2 相似-动力模式的建立 188
12.2.3 模式的数值求解 189
12.2.4 季节预报试验结果 190
12.2.5 相似-动力方法在复杂模式中的应用 193
12.3 大气环流模式 194
12.4 地球系统模式 197
12.5 利用历史资料订正气候预估 199
参考文献 203
编后记 206