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大气物理学 参考书目： 第一章 大气概述 一、定义 主要研究地球大气现象与过程的物理机制和规律。 大气现象与过程：大气中流体运动、光象、电象、热现象、相变过程、辐射过程。 二、分支 大气动力学、大气光学、大气电学、大气热力学、云降水学、大气辐射学 三、学科位置 按研究范畴大体可划分为： 自然科学：数、理、化、天、 地 、生、工 程 与材料科学、 信息科学、管理科学 社会科学 地球科学 包括 大气科学 、海洋科学、地理学、地质学等 大气科学 基础学科：大气物理学、大气化学、大气动力学、天气学、气候学、大气探测学 应用学科：农业气象学、水文气象、医疗气象、污染气象、人工影响天气等 1）近代大气物理学起始阶段（18世纪中叶~20世纪中叶） 第一节 宇宙、地球、大气的 起源和演化 一、宇宙的起源 大爆炸学说 膨胀理论 宇宙无限论： 有限无界论： 二、地球与宇宙 银河系与河外星系 太阳系 地球形成 地球构造图 三、大气演化 第二节 大气组成 一、气体成分 1、90km以下大气的气体成分 1）按浓度时空变化是否明显来分， 分为： 2）按浓度（单位为体积混合比）来分，分为： 大气的组成饼图 2、90km以上大气 3、有关概念及其它特征 4、重要气体成分的作用 地表上的水 – 全球年水量平衡 二、大气气溶胶粒子 1、定义： 尺度范围：1nm-100μm 2、分类 1）云降水学分类（按半径分类） 2）大气环境学分类 3、大气气溶胶粒子的源和汇 1）源 2）汇 即气溶胶粒子被移出大气的过程。 4、大气气溶胶粒子在大气过程中的作用 4）对大气电学特性的影响 气溶胶粒子捕获小离子而成为大离子，由于大离子迁移率小，故大气电场中的传导电流减小 5）在大气化学过程中的作用。 气溶胶粒子在大气的许多化学过程中起作用。 第三节 大气的垂直结构 大气上界： 物理现象上界为 1200km 极光出现高度）； 大气密度上界为2000~3000km 接近于星际气体密度1个/cm3的高度） （3）按电离状况分 1、对流层（12km以下） 在赤道地区对流层顶的高度约18千米，中纬度地区约12千米，极地地区约8千米。夏季的对流层厚度大于冬季。 以南京为例，夏季的对流层厚度达17公里，而冬季只有11公里，冬夏厚度之差达6公里之多。 特点： 2、平流层（12km~55km 3、中层（~85 km 4、热层（~550km 5、外层（~大气上界） 二、按电离状况分 三、按地磁场对带电粒子运动作用明显与否分 第四节 主要气象要素 三、空气湿度 四、风 第五节 空气状态方程 一、理想气体状态方程 二、干空气状态方程 三、湿空气状态方程 四、常用的湿度参量间关系 第五节 大气静力学方程 一、方程推导 二、适用条件 三、应用 四、标准大气 第六节 气压场 一、基本概念 二、气压场的基本型式 三、气压系统的空间结构 是关于温度、水汽压和压强的函数。为了能在湿空气状态方程中使用 ，并且使其与干空气状态方程具有类似的简单形式所引入的参量。定义式为 一块体积为V 、温度为T的湿空气中，水汽和干空气状态方程分别为 （6）/（14），得 一块体积为V 、温度为T的湿空气中，水汽和湿空气状态方程分别为 （6）/（11），有 假定大气处于静力平衡状态，即大气相对于地面静止，达到力的平衡。 任取一块截面积为1m2，厚度为dz的铅直气柱，对它进行受力分析 （1.5.1）称为大气静力学方程的微分形式 （1.5.2）称为大气静力学方程的导数形式 当大气静止或只做匀速垂直运动时，大气静力学方程精确成立。 当大气有弱的垂直加速度时，大气静力学方程近似成立。 大气运动具有准水平性，即任意时刻大部分空间范围的大气以水平运动为主。垂直加速度一般小于0.1cm/s2,比重力加速度至少小4个数量级。 大气静力学方程不仅适用于静止大气，而且也适用于一般大气，不适用于有强垂直运动的大气（见图） 1、用来定义平衡气压（大气静力学气压） 对（1.5.2）式两边积分， 得 即某以高度z1上的平衡气压等于从该高度直到大气上界的单位截面铅直气柱的重量。 2、求气压阶hp p31 1）定义：垂直气柱中每减小单位气压所对应的几何高度增加量 3）影响因子 3、计算气压标高Hp 1）定义 标高分气压标高和密度标高，这里只介绍前者 气压标高表示气压随高度的变化趋势，定义式为 平面平行大气的假设下 2）计算式 3）等温大气的标高 对（1.5.6）式变形后两边积分，得 对于等温大气，Tv不随高度变化，故Hp也不随高度变化，所以 对于等温大气，Hp在数量上等于气压减小到起始气压的1/e所需要的高度增量。 4、用来推导模式大气的压高公式 压高公式：表明气压与高度