氣象學(xué)與氣候?qū)W教程

《氣象學(xué)與氣候?qū)W教程》適合作高等院校水文與水資源工程專業(yè)的教材，也可用作大氣、地理、環(huán)境及農(nóng)林等專業(yè)的教材，并可作為各相關(guān)專業(yè)科研工作者的參考用書。 {zzjj}

總前言

前言

緒論

0.1 氣象學(xué)的定義與研究對(duì)象

0.2 氣象學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史

0.3 氣象學(xué)的內(nèi)容和分支

0.4 氣象學(xué)與水文學(xué)的關(guān)系

第1章 大氣的基本特征

1.1 大氣的成分

1.2 大氣的垂直結(jié)構(gòu)

1.3 大氣的狀態(tài)方程

1.4 大氣靜力學(xué)方程及其應(yīng)用

1.5 基本氣象要素

思考題與練習(xí)題

第2章 輻射與熱量平衡

2.1 輻射的基礎(chǔ)知識(shí)

2.2 太陽輻射

2.3 地面和大氣的輻射

2.4 地面及地氣系統(tǒng)的輻射差額

2.5 地面熱量平衡及地氣系統(tǒng)的熱量收支

2.6 地面溫度和氣溫的（周期性或日、年）變化

思考題與練習(xí)題

第3章 大氣熱力學(xué)

3.1 熱力學(xué)第一定律在大氣中的應(yīng)用

3.2 干絕熱過程和位溫

3.3 濕絕熱過程

3.4 假絕熱過程和假相當(dāng)位溫

3.5 熱力圖簡(jiǎn)介和部分應(yīng)用

3.6 大氣層結(jié)穩(wěn)定度

3.7 局地溫度變化的影響因素分析與判斷

3.8 大氣中的逆溫

思考題與練習(xí)題

第4章 大氣的運(yùn)動(dòng)

4.1 作用在氣塊上的力

4.2 大氣運(yùn)動(dòng)方程及其簡(jiǎn)化

4.3 P坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)方程

4.4 自由大氣中的風(fēng)

4.5 地轉(zhuǎn)風(fēng)隨高度的變化——熱成風(fēng)

4.6 摩擦層中的風(fēng)

4.7 水平運(yùn)動(dòng)與垂直運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

4.8 大氣的垂直運(yùn)動(dòng)

思考題與練習(xí)題

第5章 大氣中的水分

5.1 水循環(huán)

5.2 水相變化和飽和水汽壓

5.3 蒸發(fā)

5.4 水分方程和可降水量

5.5 凝結(jié)

5.6 降才

思考題與練習(xí)題

第6章 大氣環(huán)流

6.1 大氣環(huán)流形成的主要因子

6.2 大氣環(huán)流的平均狀況

思考題與練習(xí)題

第7章 天氣系統(tǒng)

7.1 氣團(tuán)與鋒

7.2 中高緯度天氣系統(tǒng)

7.3 低緯度天氣系統(tǒng)

7.4 我國(guó)主要天氣過程

思考題與練習(xí)題

第8章 全球氣候系統(tǒng)

8.1 氣候系統(tǒng)和物理過程

8.2 影響氣候的基本因素

8.3 氣候分類

8.4 中國(guó)氣候區(qū)劃

思考題與練習(xí)題

第9章 氣候變化及其對(duì)水資源的影響

9.1 氣候變化的歷史事實(shí)

9.2 氣候變化的原因

9.3 人類活動(dòng)對(duì)氣候的影響

9.4 氣候變化對(duì)水循環(huán)和水資源的影響

9.5 氣候變化對(duì)策

思考題與練習(xí)題

附錄A 氣象觀測(cè)實(shí)習(xí)提要

A1 水文氣象站站址的選擇與儀器布置

A2 觀測(cè)時(shí)間和觀測(cè)項(xiàng)目

A3 空氣濕度、溫度的觀測(cè)和計(jì)算

A4 氣壓的觀測(cè)

A5 風(fēng)的觀測(cè)

A6 降水的觀測(cè)

A7 蒸發(fā)量的觀測(cè)

附錄B 天氣預(yù)報(bào)簡(jiǎn)介

B1 天氣圖的一般知識(shí)

B2 天氣預(yù)報(bào)的基本知識(shí)

參考文獻(xiàn)

書名：氣象學(xué)與氣候?qū)W教程

出版社: 中國(guó)水利水電出版社; 第1版 (2009年4月1日)

叢書名: 高等學(xué)校水利學(xué)科專業(yè)規(guī)范核心課程教材·水文與水資源工程

正文語種: 簡(jiǎn)體中文

isbn: 7508461770

條形碼: 9787508461779

商品尺寸: 24 x 17.2 x 1 cm

商品重量: 358 g

品牌: 中國(guó)水利水電出版社

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建筑氣候?qū)W（bioclimatic architecture）是指實(shí)現(xiàn)建筑氣候設(shè)計(jì)的學(xué)科基礎(chǔ)理論與設(shè)計(jì)方法。建筑氣候?qū)W是研究人、建筑、氣候的相互作用關(guān)系的學(xué)科，是將氣候?qū)W、環(huán)境心理學(xué)與生理學(xué)引入建筑設(shè)計(jì)的一門有趣的新興學(xué)科。建筑氣候?qū)W指導(dǎo)建筑師主動(dòng)地利用建筑設(shè)計(jì)的手段和建筑的構(gòu)成要素，自然地調(diào)節(jié)和控制室內(nèi)熱環(huán)境，使得建筑能夠隨地方氣候的變化做出相應(yīng)的反應(yīng)，反映了現(xiàn)代建筑學(xué)所倡導(dǎo)的建筑與人類可持續(xù)發(fā)展的核心思想。

自然現(xiàn)象(火山爆發(fā)、森林火災(zāi)等)和人類活動(dòng)產(chǎn)生的廢氣和粉塵排入大氣中時(shí)，造成大氣污染。這些污染物被風(fēng)輸送，在大氣湍流作用下擴(kuò)散稀釋，通過重力沉降作用和降水沖刷過程，降到地面；這些污染物也可能在大氣中發(fā)生化學(xué)變化，變成其他物質(zhì)。空氣污染氣象學(xué)的主要內(nèi)容，就是研究大氣運(yùn)動(dòng)引起的污染物輸送、擴(kuò)散、遷移和轉(zhuǎn)化等過程。大氣中的污染物，對(duì)大氣的熱平衡、天氣氣候變化等都有影響，對(duì)這些問題的研究也屬此學(xué)科的內(nèi)容之一。

空氣污染氣象學(xué)的萌芽可以追溯到第一次世界大戰(zhàn)期間。英國(guó)為了研究野戰(zhàn)時(shí)毒氣濃度的預(yù)報(bào)方法，自1921年起進(jìn)行大氣擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。二十世紀(jì)40年代，原子能工業(yè)的興起和發(fā)展，提出了放射性物質(zhì)污染的預(yù)測(cè)和控制問題，促進(jìn)了大氣擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)和理論研究。50年代后，由于工業(yè)和人口高度集中，相繼出現(xiàn)了城市污染事件。

以1952年12月的倫敦?zé)熿F事件為例，在持續(xù)了三天的下沉逆溫和小風(fēng)天氣條件下，倫敦上空的二氧化硫和煙塵等污染物，很難向上擴(kuò)散和向遠(yuǎn)方輸送，集積的濃度很高，奪去了四千余人的生命。

二十世紀(jì)60年代后，核試驗(yàn)和高空飛行使污染范圍擴(kuò)展到平流層。大氣污染已由某一工廠引起的局地污染(十幾公里范圍)轉(zhuǎn)為區(qū)域性和全球性的污染。

于是，為了尋求大氣環(huán)境保護(hù)法的依據(jù)，和根據(jù)大氣擴(kuò)散和自凈能力提出控制和消除大氣污染的途徑，人們組織了對(duì)城市的、區(qū)域的和全球范圍的大氣污染輸送、擴(kuò)散、遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)和研究，以及各類大氣污染模式的計(jì)算和污染預(yù)報(bào)方法的研究。

這些不僅和大氣邊界層、大氣湍流、大氣湍流擴(kuò)散的研究有關(guān)，而且涉及中尺度和天氣尺度的大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及平流層和對(duì)流層之間的污染物交換過程、大氣的物理和化學(xué)過程的相互影響等。大氣污染對(duì)天氣和氣候影響的研究涉及大氣科學(xué)的大部分分支學(xué)科，大氣污染的控制問題和大氣科學(xué)密切相關(guān)，所以從60年代以來，逐漸形成了空氣污染氣象學(xué)。

平原地區(qū)的空氣污染與氣象主要研究平坦地形上空大氣污染物的輸送和擴(kuò)散的規(guī)律，估算煙囪排放和地面廠房泄漏的污染物對(duì)周圍環(huán)境和下風(fēng)地區(qū)的影響。它是選定煙囪位置和高度，進(jìn)行廠區(qū)和居民區(qū)的合理布局的重要依據(jù)。由于平原地區(qū)的風(fēng)向和風(fēng)速在某一水平面上基本是均勻的，因此，污染物的輸送規(guī)律比較簡(jiǎn)單。

在沿海或湖濱地區(qū)，水陸之間的溫差產(chǎn)生的局地環(huán)流稱為海(湖)陸風(fēng)。低層氣流把排入的污染物輸送到一定距離后，又從高空返回到原地，使原地的污染濃度增高。有時(shí)陸風(fēng)帶走的污染物被海風(fēng)帶回，也使空氣中的污染物濃度增高。美國(guó)洛杉磯市的光化學(xué)煙霧就是在這種環(huán)流條件下產(chǎn)生的。

春夏兩季，水溫比陸面溫度低得多。水面上的空氣流經(jīng)陸面時(shí)被加熱，把原在水面上空形成的逆溫層破壞。這時(shí)逆溫層上部積聚的污染物被熱對(duì)流帶到地面，使該處污染物濃度加大，稱為“熏煙”現(xiàn)象。由于湖面逆溫可維持幾個(gè)小時(shí)，這種現(xiàn)象可延續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間。同樣，在秋冬兩季，由陸面吹來的穩(wěn)定空氣流經(jīng)不結(jié)冰的水面時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)“熏煙”現(xiàn)象。由于陸面的粗糙度一般大于水面，所以陸面上的大氣湍流擴(kuò)散通常比水面上的強(qiáng)。

地形起伏使得接受的太陽輻射強(qiáng)度和輻射冷卻不均勻，由此引起的熱力環(huán)流，稱為地形風(fēng)。山坡白天有上坡風(fēng)，夜間有下坡風(fēng)；山谷白天有谷風(fēng)，夜間有山風(fēng)。深谷還可以出現(xiàn)山谷風(fēng)的閉合環(huán)流，其上部的反向氣流稱為反向山谷風(fēng)。在山區(qū)和平原之間，還有大型坡風(fēng)。

因在山谷中的不同位置，不同高度的氣流有很大差異，因此不同排放點(diǎn)的污染物輸送路徑也不相同。氣流過山的動(dòng)力作用在背風(fēng)坡產(chǎn)生下沉氣流或渦旋；谷風(fēng)在不穩(wěn)定條件下，風(fēng)速較大時(shí)也出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。這都會(huì)使煙囪排放的煙氣向下傾斜或下沉到地面。山谷中的曲折地段，因地形阻塞而出現(xiàn)小風(fēng)，會(huì)使這一地區(qū)的污染加重。山區(qū)逆溫維持時(shí)間比平原地區(qū)長(zhǎng)，而且還可能出現(xiàn)多層逆溫逆溫層和山谷構(gòu)成一個(gè)“管道”，限制了污染物的擴(kuò)散加重了下風(fēng)地區(qū)的污染。

污染物在兩個(gè)逆溫層之間積累當(dāng)逆溫破壞后，就出現(xiàn)“熏煙”現(xiàn)象。雖然地形引起的氣流擾動(dòng)，加大了湍流的強(qiáng)度，山區(qū)的大氣擴(kuò)散參數(shù)比平原地區(qū)要大幾倍，但由于水平輸送不如平原地區(qū)，因此山區(qū)(尤其是山間盆地和谷地)的空氣污染，通常比平原嚴(yán)重。

城市熱島效應(yīng)，使夜間的低空不出現(xiàn)逆溫，但在幾百米高度之上仍為一穩(wěn)定層所覆蓋，而在穩(wěn)定層之下形成城市混合層，混合作用使該層內(nèi)的鉛直濃度分布趨于均勻。同時(shí)，熱島效應(yīng)使農(nóng)村的冷空氣向城市輻合而上升，形成了熱島環(huán)流。該環(huán)流的水平輻合流場(chǎng)使接近地面的污染物向城市匯集，加重了城市的污染；另一方面，其輻合上升氣流使高煙囪的煙氣上升，輸往遠(yuǎn)處，又可減少對(duì)城市的污染。此外，城市的建筑群使地面的粗糙度增大，減弱了風(fēng)速的鉛直變化，加上建筑物之間的“渠道”作用，形成了復(fù)雜的局地環(huán)流。

以上種種情況，都說明城市中的污染物的輸送過程相當(dāng)復(fù)雜。但總的說來，城市建筑物對(duì)氣流的擾動(dòng)和熱對(duì)流作用，使城市的湍流比平原地區(qū)強(qiáng)，因此大氣擴(kuò)散參數(shù)比平原地區(qū)大得多。為了研究城市大氣污染和提出控制污染的措施，進(jìn)行了各種性能模式的試驗(yàn)，包括箱模式、統(tǒng)計(jì)模式和數(shù)學(xué)物理模式等。

全球每年有數(shù)億噸的煙塵和氣體排入大氣。但通過各種遷移、轉(zhuǎn)化過程又被清除出大氣，不在大氣中積累。在大氣中自然進(jìn)行的這種過程，稱為大氣自凈過程，它一般包括重力沉降、降水沖刷和大氣化學(xué)反應(yīng)三種過程。

污染物在大氣中發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)之后，有的不再具毒性，有的形成新的污染物。種類繁多的污染物在大氣中的化學(xué)反應(yīng)是極其復(fù)雜的。

以二氧化硫?yàn)槔?，在日光照射下可氧化成三氧化硫。大氣中若含有起催化作用的二氧化氮和臭氧氣體，這種反應(yīng)的速含有起催化作用的二氧化氮和臭氧氣體，這種反應(yīng)的速度更快。三氧化硫在空氣中遇水滴就形成硫酸霧。二氧化硫還可溶于水滴形成亞硫酸，然后再氧化成硫酸。酸霧遇到其他物質(zhì)(金屬飄塵、氨等)形成硫酸鹽，再由降水沖刷形成酸雨降落地面。氮的氧化物和臭氧化合后，溶于水滴而形成硝酸，然后再與其他物質(zhì)化合成硝酸鹽，而被降水清除出大氣。光化學(xué)反應(yīng)過程在大氣中形成的酸霧和酸鹽微粒，稱為光化學(xué)煙霧。

空氣污染對(duì)城市氣候的影響比較明顯，但還沒有充分的事實(shí)證明這種污染會(huì)造成全球的氣候變化?？赡苡袃煞N引起全球氣候變化的因素：二氧化碳含量增加，引起氣候變暖；氣溶膠增多，增加大氣對(duì)太陽輻射的反射率，使全球大氣的氣溫降低。如何確定這兩種因素的綜合作用對(duì)全球氣溫變化的影響，是當(dāng)今空氣污染氣象學(xué)的主要研究課題之一。2100433B