第一章 大气概述 1
1.1 地球系统 1
1.1.1 认识地球 1
1.1.2 地球系统的概念 3
1.1.3 地球系统的组成 3
1.1.3.1 行星系统 3
1.1.3.2 地核和地幔 4
1.1.3.3 岩石圈 5
1.1.3.4 水圈 5
1.1.3.5 生物圈 7
1.1.3.6 大气圈 7
1.2 大气的演化 7
1.2.1 地球的形成 8
1.2.2 大气圈的前世今生 9
1.2.2.1 原始大气 9
1.2.2.2 次生大气 11
1.2.2.3 现代大气 12
1.2.3 现代大气的成分 13
1.2.3.1 氮气 14
1.2.3.2 氧气 14
1.2.3.3 二氧化碳 14
1.2.3.4 臭氧 15
1.2.3.5 水汽 17
1.2.3.6 大气颗粒物 18
1.2.4 人类活动对大气成分的影响 18
1.2.4.1 温室气体含量的增加 18
1.2.4.2 臭氧层的破坏与臭氧洞 19
1.2.4.3 酸雨的危害 21
1.2.4.4 城市空气污染 21
1.3 大气的垂直结构 22
1.3.1 主要气象要素 22
1.3.1.1 气温 23
1.3.1.2 气压 24
1.3.1.3 湿度 25
1.3.1.4 风 26
1.3.2 大气的垂直结构 30
1.3.2.1 按气温的垂直结构分层 30
1.3.2.2 按大气的化学组成分层 32
1.3.2.3 按大气的电离状态分层 33
1.4 大气探测 37
1.4.1 大气探测发展简史 37
1.4.1.1 目测阶段 37
1.4.1.2 地面气象观测发展阶段 37
1.4.1.3 高空气象探测发展阶段 37
1.4.1.4 大气遥感发展阶段 38
1.4.2 大气探测的项目 39
1.5 天气与气候 41
第二章 天气系统与天气的变化 42
2.1 天气系统术语 42
2.2 大气环流 46
2.3 大尺度系统 50
2.3.1 阻塞高压 51
2.3.2 副热带高压 53
2.3.3 热带辐合带 57
2.4 天气尺度系统 59
2.4.1 锋 59
2.4.1.1 暖锋 60
2.4.1.2 冷锋 60
2.4.1.3 锢囚锋 62
2.4.1.4 静止锋 62
2.4.2 气旋 62
2.4.2.1 极地气旋 64
2.4.2.2 温带气旋 67
2.4.2.3 副热带气旋 70
2.4.2.4 热带气旋 70
2.5 中小尺度系统 75
2.5.1 雷暴 76
2.5.2 飑线 78
2.5.3 龙卷风 80
2.5.4 背风波 83
第三章 气候变化 86
3.1 气候与气候系统 86
3.1.1 气候概念的发展 86
3.1.2 气候系统的驱动力 88
3.1.3 气候系统内部的能量传递 90
3.1.3.1 大气的运动 90
3.1.3.2 大洋环流 93
3.1.4 气候系统内部的反馈过程 97
3.1.4.1 水汽—辐射反馈 98
3.1.4.2 云强迫及反馈 98
3.1.4.3 冰雪—反照率反馈 98
3.1.4.4 二氧化碳的反馈 99
3.2 气候系统的平均状态 100
3.2.1 时间平均的大气环流 100
3.2.1.1 地面气压场和风场分布 100
3.2.1.2 500 hPa高度场分布 102
3.2.1.3 200 hPa风场分布 102
3.2.2 时间平均的大洋环流 104
3.2.2.1 海水的性质 104
3.2.2.2 大洋表层温度、盐度和密度的水平分布 105
3.2.2.3 大洋温度、盐度和密度的垂直分布 108
3.3 气候变化的事实 111
3.3.1 气候变化的含义 111
3.3.2 地球早期的气候 112
3.3.3 大冰期—大间冰期交替 113
3.3.4 第四纪冰期—间冰期旋回 116
3.3.5 全新世气候变化 118
3.3.6 器测时代的气候变化 122
3.3.6.1 近百年气候变化的事实 122
3.3.6.2 东亚季风 124
3.3.6.3 厄尔尼诺、拉尼娜和南方涛动 133
3.4 气候变化的原因 138
3.4.1 气候变化的自然原因 138
3.4.1.1 太阳活动 138
3.4.1.2 地球轨道要素 140
3.4.1.3 火山活动 141
3.4.2 人类活动对气候的影响 141
3.4.2.1 人类活动对全球气候的影响 141
3.4.2.2 人为排放气溶胶对气候的影响 143
3.4.2.3 人类活动改变小气候 144
第四章 天气预报和气候预测及预估 148
4.1 概论 148
4.1.1 天气预报的发展史——从目测到器测 148
4.1.2 天气预报的困难——非周期性 150
4.1.3 大气科学中的确定性与不确定性 151
4.1.4 天气和气候的可预报性 153
4.1.5 气候预测发展和改进的途径 155
4.1.6 大气中的非线性现象 155
4.1.7 高指数环流和低指数环流 156
4.1.8 天气预报流程 157
4.1.8.1 搜集数据 157
4.1.8.2 数据同化 157
4.1.8.3 数值天气预报 157
4.1.8.4 输出处理 158
4.2 气象站天气预报 158
4.2.1 现代天气预报技术的发展趋势 158
4.2.2 天气预报的方法 160
4.2.3 提高预报准确率 162
4.2.4 气象台站进行天气预报的一般流程 164
4.3 中长期天气预报 165
4.3.1 中期天气预报概述 165
4.3.2 低频天气图预报方法 169
4.4 短期气候预测的物理基础及预测思路 172
4.4.1 短期气候预测方法 173
4.4.2 中国气候的年代际变率 173
4.4.3 影响短期气候变化的因素 174
4.4.4 短期气候预测建模 175
4.4.5 统计降尺度法 176
4.5 未来气候变化预估 177
4.5.1 21世纪地表气温的预估 179
4.5.2 21世纪降水的预估 180
4.5.3 21世纪海平面的预估 181
4.5.4 温室气体排放的典型浓度路径 182
附录一 关于天气预报和气候预测的谚语 185
附录二 气象灾害预警信号 189
参考文献 202