第1章 大氣概述 1
1.1 大氣——天氣和氣候 2
1.1.1 美國的天氣 2
1.1.2 氣象學、天氣和氣候 3
1.2 大氣災害：來自自然的襲擊 6
1.3 科學探索的本質(zhì) 7
1.3.1 假設 9
1.3.2 理論 9
1.3.3 科學方法 9
1.4 地球的圈層 10
1.4.1 地圈 12
1.4.2 大氣圈 12
1.4.3 水圈 12
1.4.4 生物圈 13
1.5 地球系統(tǒng) 14
1.5.1 地球系統(tǒng)科學 14
1.5.2 地球系統(tǒng) 15
1.6 大氣的組成 17
1.6.1 大氣的主要成分 17
1.6.2 二氧化碳 18
1.6.3 變化的大氣成分 19
1.7 臭氧耗竭——一個全球性問題 20
1.7.1 南極臭氧洞 21
1.7.2 臭氧耗竭效應 21
1.7.3 蒙特利爾議定書 22
1.8 大氣層的垂直結構 22
1.8.1 氣壓變化 22
1.8.2 溫度變化 23
1.9 大氣成分的垂直變化 27
1.9.1 電離層 27
1.9.2 極光 27
術語表 28
思考題 28
習題 28
第2章 地球表面和大氣加熱過程 30
2.1 地日關系 31
2.1.1 地球的運動 31
2.1.2 季節(jié)的成因是什么？ 32
2.1.3 地球的朝向 33
2.1.4 兩至點和兩分點 34
2.2 能量、溫度和熱量 38
2.2.1 能量的形式 38
2.2.2 溫度 38
2.2.3 熱量 39
2.3 熱傳遞機制 39
2.3.1 傳導 39
2.3.2 對流 39
2.3.3 輻射 40
2.3.4 輻射定律 42
2.4 入射太陽輻射 44
2.4.1 反射與散射 45
2.4.2 太陽輻射的吸收 47
2.5 大氣層中各種氣體的作用 48
2.5.1 加熱大氣 48
2.5.2 溫室效應 49
2.6 地球的熱量收支 50
2.6.1 年能量平衡 50
2.6.2 熱量平衡的緯度分布 52
思考題 53
術語表 54
習題 54
第3章 溫度 56
3.1 氣溫記錄資料 57
3.1.1 基本計算方法 57
3.1.2 等溫線 57
3.2 影響氣溫的因素 58
3.2.1 海陸分布 59
3.2.2 洋流 62
3.2.3 海拔高度 64
3.2.4 地理位置 65
3.2.5 云量和反照率 66
3.3 溫度的全球分布 68
3.4 氣溫變化的周期 71
3.4.1 氣溫日變化 72
3.4.2 溫度日變化的幅度 74
3.4.3 溫度的年變化 75
3.5 氣溫的測量 75
3.5.1 機械式溫度計 75
3.5.2 電子溫度計 77
3.5.3 百葉箱 77
3.6 溫標 78
3.7 炎熱和風寒：人體不舒適指數(shù) 80
3.7.1 炎熱——高溫高濕 80
3.7.2 風寒——大風降溫作用 81
思考題 81
術語表 82
習題 82
第4章 水汽和大氣穩(wěn)定度 84
4.1 大氣中水的運動 85
4.2 水：獨特的物質(zhì) 86
4.3 水的相變 88
4.3.1 冰、液態(tài)水和水汽 88
4.3.2 潛熱 88
4.3.3 蒸發(fā)和凝結 89
4.4 濕度：空氣中的水汽 90
4.5 水汽壓與飽和 91
4.6 相對濕度 93
4.6.1 相對濕度如何變化？ 94
4.6.2 相對濕度的自然變化 96
4.7 露點溫度 97
4.8 如何測量濕度？ 98
4.9 絕熱溫度變化 99
4.9.1 絕熱冷卻和凝結 99
4.10 空氣抬升過程 101
4.10.1 地形抬升 101
4.10.2 鋒面楔入 103
4.10.3 輻合 104
4.10.4 局地對流抬升 104
4.11 惡劣天氣的起因：大氣穩(wěn)定度 106
4.11.1 穩(wěn)定度類型 106
4.11.2 穩(wěn)定空氣和每日天氣 108
4.11.3 穩(wěn)定空氣如何變化？ 109
4.11.4 溫度變化和空氣穩(wěn)定性 110
4.11.5 垂直空氣運動和空氣穩(wěn)定性 110
思考題 111
術語表 112
習題 112
第5章 凝結和降水類型 114
5.1 云的形成 115
5.1.1 高空凝結 115
5.1.2 云滴的增長 115
5.2 云的分類 116
5.2.1 高云 117
5.2.2 中云 118
5.2.3 低云 119
5.2.4 垂直發(fā)展型云（直展云） 119
5.2.5 云的形態(tài)變化 120
5.3 霧的類型 122
5.3.1 冷卻霧 122
5.3.2 蒸發(fā)霧 123
5.4 降水的形成 125
5.4.1 冷云降水：伯杰龍過程 126
5.4.2 暖云降水：碰并過程 128
5.5 降水的類型 129
5.5.1 雨 130
5.5.2 雪 131
5.5.3 雨夾雪和凍雨 131
5.5.4 冰雹 132
5.5.5 霧凇 133
5.6 降水的觀測 135
5.6.1 標準雨量計 135
5.6.2 觀測降雪 135
5.6.3 天氣雷達測量降水 136
5.7 人工影響天氣 137
5.7.1 人工增雨（雪） 138
5.7.2 人工驅(qū)云消霧 138
5.7.3 人工消雹 139
5.7.4 預防霜凍 140
思考題 142
術語表 143
習題 143
第6章 氣壓和風 144
6.1 風和氣壓 145
6.2 氣壓的測量 146
6.3 氣壓隨海拔高度變化 148
6.4 氣壓變化的原因 149
6.4.1 溫度對氣壓的影響 150
6.4.2 水汽對氣壓的影響 151
6.4.3 氣流和壓力 151
6.5 影響風的因素 151
6.5.1 氣壓梯度力 151
6.5.2 科里奧利力 153
6.5.3 摩擦力 155
6.6 高空風 156
6.6.1 地轉(zhuǎn)流 156
6.6.2 曲線流和梯度風 158
6.7 地面風 160
6.8 風與空氣的垂直運動 161
6.8.1 氣旋和反氣旋的垂直氣流 162
6.8.2 影響垂直氣流的因子 163
6.9 風的觀測 165
思考題 168
術語表 169
習題 170
第7章 大氣環(huán)流 171
7.1 大氣運動的尺度 172
7.1.1 小尺度環(huán)流和大尺度環(huán)流 173
7.1.2 風場結構 174
7.2 局地風 175
7.2.1 海陸風 175
7.2.2 山谷風 176
7.2.3 欽諾克風（焚風） 177
7.2.4 下坡風（下降風） 177
7.2.5 鄉(xiāng)村風 177
7.3 全球環(huán)流 178
7.3.1 單圈環(huán)流模型 178
7.3.2 三圈環(huán)流模型 179
7.4 氣壓帶與風 180
7.4.1 理想的緯向氣壓帶 180
7.4.2 半永久性氣壓系統(tǒng)：真實大氣 181
7.5 季風 183
7.5.1 亞洲季風 183
7.5.2 北美季風 185
7.6 西風帶 185
7.6.1 為什么存在西風帶？ 186
7.6.2 西風帶的波動 186
7.7 急流 187
7.7.1 極地急流 188
7.7.2 副熱帶急流 188
7.7.3 急流和地球熱量收支 189
7.8 全球風場和洋流 190
7.8.1 洋流的重要性 191
7.8.2 洋流和涌升流 191
7.9 厄爾尼諾、拉尼娜和南方濤動 192
7.9.1 厄爾尼諾的影響 192
7.9.2 拉尼娜的影響 194
7.9.3 南方濤動 194
7.10 全球降水分布 195
7.10.1 降水的緯向分布 196
7.10.2 陸地上的降水分布 197
思考題 199
術語表 200
第8章 氣團 202
8.1 什么是氣團 203
8.1.1 氣團的源區(qū) 204
8.1.2 氣團的分類 205
8.1.3 氣團變性 205
8.2 北美氣團的特征 207
8.2.1 大陸極地（cP）氣團和
大陸北極（cA）氣團 207
8.2.2 湖泊效應降雪：暖水上的冷空氣 208
8.2.3 海洋極地（mP）氣團 211
8.2.4 海洋熱帶（mT）氣團 211
8.2.5 大陸熱帶（cT）氣團 217
思考題 218
術語表 218
習題 218
第9章 中緯度氣旋 220
9.1 鋒面天氣 222
9.1.1 暖鋒 223
9.1.2 冷鋒 224
9.1.3 靜止鋒 227
9.1.4 錮囚鋒 227
9.1.5 干線 228
9.2 中緯度氣旋與極鋒理論 229
9.3 中緯度氣旋的生命周期 230
9.3.1 形成：兩個氣團的碰撞 230
9.3.2 氣旋流的發(fā)展 231
9.3.3 中緯度氣旋的成熟階段 231
9.3.4 錮囚：消亡階段 231
9.4 理想的中緯度氣旋天氣 232
9.5 高空氣流與氣旋形成 235
9.5.1 氣旋和反氣旋環(huán)流 236
9.5.2 高空輻散與輻合 236
9.6 中緯度氣旋的形成區(qū)域 237
9.6.1 氣旋移動類型 237
9.6.2 高空氣流與氣旋移動 238
9.7 反氣旋天氣與大氣阻塞 240
9.8 中緯度氣旋個例研究 241
9.9 現(xiàn)代觀點：傳送帶模型 247
思考題 248
術語表 249
習題 249
第10章 雷暴與龍卷風 251
10.1 名稱的含意 252
10.2 雷暴 253
10.3 氣團雷暴 254
10.3.1 發(fā)展階段 254
10.3.2 發(fā)生區(qū)域 256
10.4 強雷暴 256
10.5 超級單體雷暴 258
10.5.1 颮線 259
10.5.2 中尺度對流復合體 260
10.6 閃電和雷聲 262
10.6.1 閃電發(fā)生的原因 264
10.6.2 雷擊 266
10.6.3 雷聲 266
10.7 龍卷風 267
10.7.1 龍卷風的發(fā)生與形成 269
10.7.2 龍卷風氣候?qū)W 271
10.7.3 龍卷風的特征 272
10.8 龍卷風的破壞性 274
10.8.1 龍卷風的強度 275
10.8.2 死亡率 276
10.9 龍卷風預報 277
10.9.1 龍卷風監(jiān)視和警報 277
10.9.2 多普勒雷達 278
思考題 280
術語表 280
習題 281
第11章 颶風 282
11.1 颶風概況 283
11.2 颶風的形成與消亡 286
11.2.1 颶風的形成 286
11.2.2 颶風消亡 287
11.3 颶風的破壞性 288
11.3.1 薩菲爾-辛普森分級 289
11.3.2 風暴潮 289
11.3.3 風災 290
11.3.4 內(nèi)陸洪澇 291
11.3.5 颶風強度評估 293
11.4 颶風的探測、跟蹤和監(jiān)控 294
11.4.1 衛(wèi)星監(jiān)測 295
11.4.2 空中偵察 295
11.4.3 雷達和數(shù)據(jù)浮標 298
11.4.4 颶風監(jiān)視和警報 299
11.4.5 颶風預報 299
思考題 300
術語表 301
習題 301
第12章 天氣分析和預報 302
12.1 氣象業(yè)務概述 303
12.2 天氣分析 305
12.2.1 獲取數(shù)據(jù) 305
12.2.2 繪制天氣圖 306
12.3 計算機在天氣預報中的應用 309
12.3.1 數(shù)值天氣預報 309
12.3.2 集合預報 311
12.3.3 預報員的作用 311
12.4 其他預報方法 313
12.4.1 持續(xù)性預報 313
12.4.2 氣候?qū)W預報 313
12.4.3 類比法 313
12.4.4 趨勢預報 314
12.5 高空環(huán)流和天氣預報 314
12.5.1 高空圖 314
12.5.2 高空氣流與地面天氣預報 317
12.6 長期天氣預報 319
12.7 預報準確率 320
12.8 衛(wèi)星在天氣預報中的作用 321
12.8.1 氣象衛(wèi)星圖像 322
12.8.2 衛(wèi)星探測的其他內(nèi)容 324
思考題 325
術語表 326
習題 327
第13章 空氣污染 328
13.1 空氣污染的危害 329
13.2 空氣污染源和類型 331
13.2.1 主要污染物 331
13.2.2 次要污染物 336
13.3 空氣質(zhì)量的變化趨勢 337
13.3.1 質(zhì)量標準的建立 337
13.3.2 空氣質(zhì)量指數(shù) 339
13.4 影響空氣污染的氣象因素 339
13.4.1 風 339
13.4.2 大氣穩(wěn)定度 341
13.5 酸雨 342
13.5.1 酸雨的范圍和強度 343
13.5.2 酸雨的危害 344
思考題 346
術語表 346
第14章 變化的氣候 347
14.1 氣候系統(tǒng) 348
14.2 氣候變化的檢測 349
14.2.1 海底沉積物——氣候資料的
倉庫 350
14.2.2 氧同位素分析 350
14.2.3 冰川中的氣候變化記錄 351
14.2.4 樹輪——環(huán)境歷史檔案 352
14.2.5 其他類型的代用資料 352
14.3 氣候變化的自然原因 353
14.3.1 板塊構造與氣候變化 354
14.3.2 火山活動與氣候變化 355
14.3.3 地球軌道變化 357
14.3.4 太陽活動與氣候 358
14.4 人類對全球氣候的影響 361
14.4.1 二氧化碳、微量氣體和氣候
變化 362
14.4.2 二氧化碳含量增加 362
14.4.3 大氣響應 363
14.4.4 微量氣體的作用 364
14.5 氣候反饋機制 365
14.5.1 氣候反饋機制的種類 365
14.5.2 氣候的計算機模型：重要但尚
不完善的工具 367
14.6 氣溶膠對氣候的影響 367
14.7 全球變暖的可能后果 368
14.7.1 海平面上升 369
14.7.2 不斷變化的北極 370
14.7.3 增大的海水酸性 372
14.7.4 意想不到的后果 372
思考題 373
術語表 373
第15章 世界氣候 374
15.1 氣候的分類 375
15.2 氣候控制因素 379
15.2.1 緯度 379
15.2.2 海陸分布 379
15.2.3 地理位置與盛行風向 379
15.2.4 山脈與高原 379
15.2.5 洋流 380
15.2.6 氣壓與風 380
15.3 世界氣候綜述 380
15.4 潮濕的熱帶氣候（Af，Am） 381
15.4.1 溫度特征 383
15.4.2 降水特征 384
15.5 熱帶干濕季氣候（Aw） 384
15.5.1 溫度特征 385
15.5.2 降水特征 385
15.5.3 季風 386
15.5.4 氣候類型的變型Cw 387
15.6 干旱氣候（B） 387
15.6.1 “干旱”意味著什么？ 388
15.6.2 副熱帶沙漠氣候（BWh）和
草原氣候（BSh） 388
15.6.3 西海岸副熱帶沙漠氣候 391
15.6.4 中緯度沙漠氣候（BWk）和
草原氣候（BSk） 392
15.7 冬季溫和濕潤的中緯度氣候帶（C） 393
15.7.1 副熱帶濕潤氣候（Cfa） 393
15.7.2 西岸海洋性氣候（Cfb） 395
15.7.3 副熱帶夏季干旱（地中海）
氣候（Csa，Csb） 396
15.8 冬季寒冷的濕潤大陸氣候（D） 397
15.8.1 濕潤大陸性氣候（Dfa） 398
15.8.2 副極地氣候（Dfc，Dfd） 399
15.9 極地氣候（E） 400
15.9.1 苔原氣候（ET） 401
15.9.2 冰原氣候（EF） 403
15.10 高原氣候 403
思考題 406
術語表 408
習題 408
第16章 大氣的光學現(xiàn)象 409
16.1 光和物質(zhì)的相互作用 410
16.1.1 反射 410
16.1.2 折射 411
16.2 海市蜃樓 413
16.3 彩虹 415
16.4 光暈、幻日和日柱 418
16.5 光環(huán) 420
16.6 其他光學現(xiàn)象 421
16.6.1 華 421
16.6.2 彩虹云 421
思考題 422
術語表 423