本书从科学探索的角度和物理学原理出发，详细介绍了气象学的基本概念和原理，包括：地球主要组成圈层、大气组成、物理性质、空间结构、要素变化；大气运动各种过程的物理原因；地球上各种天气和气候现象、形形色色的云和降水的形成原因；气压和风、气团、气旋和锋面天气的形成；强对流、雷暴、龙卷风和飓风（台风）等灾害性天气；人工影响天气的各种途径、天气分析和预报的方法、卫星在天气预报中的应用；空气污染及其原因；气候变化与气候系统、人类对全球气候的影响、全球变暖的可能后果、世界气候和气候分类及大气中各种奇特的光学现象和形成的原理等。本书内容丰富、概念清楚、深入浅出、图文并茂。可以作为对气象学感兴趣的人们学习了解大气变化奥秘的入门读物，也可作为高等院校非大气科学专业学生的通识课程参考教材，并可供气象学相关专业人员作为参考书和工具书。
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第1章 大气概述 1
1．1 大气――天气和气候 2
1．1．1 美国的天气 2
1．1．2 气象学、天气和气候 2
1．2 大气灾害：来自自然的袭击 5
1．3 科学探索的本质 7
知识窗1．1 从外空看地球 7
1．3．1 假设 8
1．3．2 理论 8
1．3．3 科学方法 8
1．4 地球圈 9
1．4．1 地质圈 10
1．4．2 大气圈 11
1．4．3 水圈 11
1．4．4 生物圈 12
1．5 地球是一个复杂系统 13
1．5．1 地球系统科学 13
1．5．2 地球系统 14
知识窗1．2 地球的子系统之一的碳循环 14
1．6 大气的组成 16
1．6．1 大气的主要成分 16
知识窗1．3 地球大气的形成与演变 17
1．6．2 二氧化碳 18
1．6．3 变化的大气成分 19
1．7 臭氧减少――一个全球性问题 20
1．7．1 南极臭氧洞 20
1．7．2 臭氧减少的效应 21
1．7．3 蒙特利尔议定书 22
1．8 大气层的垂直结构 22
1．8．1 气压变化 22
1．8．2 温度变化 23
1．9 大气成分的垂直变化 25
1．9．1 电离层 26
1．9．2 极光 26
第2章 地球表面和大气加热过程 27
2．1 日地关系 28
2．1．1 地球的运动 28
2．1．2 季节是怎样形成的 28
2．1．3 地球的朝向 30
2．1．4 两至点和两分点 31
知识窗2．1 季节变化 31
2．2 能量、温度和热量 34
2．2．1 能量的形式 34
2．2．2 温度 35
2．2．3 热量 35
2．3 热量传输机制 35
2．3．1 传导 35
2．3．2 对流 36
2．3．3 辐射 37
2．3．4 辐射定律 38
知识窗2．2 辐射定律 38
极端灾害性天气2．1 紫外线指数 39
2．4 太阳入射辐射 41
2．4．1 反射与散射 41
2．4．2 太阳辐射的吸收 43
2．5 大气圈中各种气体的作用 44
2．5．1 加热大气 44
2．5．2 温室效应 45
2．6 地球的热量收支 46
2．6．1 年能量平衡 46
知识窗2．3 太阳能 47
2．6．2 热量平衡的纬度分布 48
第3章 温度 49
3．1 气温记录资料 50
3．1．1 基本计算方法 50
3．1．2 等温线 50
3．2 影响气温的因素 51
3．2．1 海陆分布 52
知识窗3．1 北美最热和最冷的地方 54
3．2．2 洋流 55
3．2．3 海拔高度 56
3．2．4 地理位置 57
3．2．5 云量和反照率 58
极端灾害性天气3．1 热浪 59
3．3 温度的全球分布 61
知识窗3．2 纬度与温度较差 63
3．4 气温变化的周期 64
3．4．1 气温日变化 65
知识窗3．3 城市热岛效应：城市是如何影响温度的？ 66
3．4．2 温度日变化幅度 68
3．4．3 温度的年变化 68
3．5 气温的测量 68
3．5．1 机械式温度计 69
3．5．2 电子温度计 70
3．5．3 百叶箱 70
3．6 温标 71
知识窗3．4 气温资料的用途 72
3．7 炎热和风寒：人体不舒适指数 74
3．7．1 炎热――高温高湿 74
3．7．2 风寒――大风降温作用 75
第4章 水分和大气稳定度 76
4．1 大气中水的运动 77
4．2 水：独特的物质 78
4．3 水的相变 79
4．3．1 冰、液态水和水汽 79
4．3．2 潜热 80
4．3．3 蒸发和凝结 80
4．4 湿度：空气中的水汽 82
4．5 水汽压与饱和 83
4．6 相对湿度 85
知识窗4．1 干空气的相对湿度是100%吗？ 85
4．6．1 相对湿度如何变化？ 85
知识窗4．2 增湿器和除湿器 87
4．6．2 相对湿度的自然变化 87
4．7 露点温度 88
4．8 如何测量湿度？ 89
4．9 绝热温度变化 90
4．9．1 绝热冷却和凝结 90
4．10 空气抬升过程 91
4．10．1 地形抬升 92
知识窗4．3 降水记录和山地地形 92
知识窗4．4 山地效应：迎风坡降水和背风坡无雨带 93
4．10．2 锋面楔入 94
4．10．3 辐合 95
4．10．4 局地对流抬升 96
4．11 恶劣天气的起因：大气稳定度 96
4．11．1 稳定度类型 97
4．11．2 稳定度和每日天气 99
4．11．3 稳定度如何变化？ 100
4．11．4 温度变化和稳定度 100
4．11．5 空气垂直运动和稳定度 101
第5章 凝结和降水类型 102
5．1 云的形成 103
5．1．1 高空凝结 103
5．1．2 云滴的增长 103
5．2 云的分类 104
5．2．1 高云 105
5．2．2 中云 105
5．2．3 低云 107
5．2．4 垂直发展型云（直展云） 107
5．2．5 云的形态变化 107
知识窗5．1 飞机航迹和云量 108
5．3 雾的类型 109
5．3．1 冷却雾 109
5．3．2 蒸发雾 111
5．4 降水的形成 112
知识窗5．2 科学与意外发现 113
5．4．1 冷云降水：伯杰龙过程 114
5．4．2 暖云降水：碰并过程 115
5．5 降水的类型 116
5．5．1 雨 116
5．5．2 雪 118
5．5．3 雨夹雪和冻雨 118
5．5．4 冰雹 119
5．5．5 雾凇 120
极端灾害性天气5．1 最糟糕的冬天 120
5．6 降水的观测 122
5．6．1 标准雨量计 122
5．6．2 降雪测量 122
5．6．3 天气雷达测量降水 123
5．7 人工影响天气 124
5．7．1 人工增雨（雪） 124
5．7．2 人工驱云消雾 125
5．7．3 人工消雹 126
5．7．4 预防霜冻 127
第6章 气压和风 129
6．1 风和气压 130
6．2 气压的测量 131
6．3 气压随海拔高度变化 133
6．4 气压变化的原因 133
6．4．1 温度对气压的影响 133
知识窗6．1 气压与航空 134
6．4．2 水汽对气压的影响 135
6．4．3 气流和压力 135
6．5 影响风的因素 135
6．5．1 气压梯度力 136
6．5．2 科里奥利力（地球自转偏向力、科氏力） 137
6．5．3 摩擦力 139
6．6 高空风 140
6．6．1 地转流 140
6．6．2 曲线流和梯度风 142
知识窗6．2 棒球在丹佛的库尔斯球场真的会飞得更远吗？ 142
6．7 地面风 143
6．8 风与空气的垂直运动 144
6．8．1 气旋和反气旋的垂直气流 145
6．8．2 影响垂直气流的因子 146
6．9 风的观测 147
知识窗6．3 风能：一种潜在的替代能源 148
第7章 大气环流 151
7．1 大气运动的尺度 152
7．1．1 小尺度环流和大尺度环流 152
知识窗7．1 尘卷风 153
7．1．2 风场结构 154
7．2 局地风 155
7．2．1 海陆风 155
7．2．2 山谷风 155
7．2．3 钦诺克风（焚风） 156
7．2．4 下坡风（下降风） 157
7．2．5 乡村风 157
7．3 全球环流 157
7．3．1 单圈环流模型 157
极端灾害性天气7．1 圣安娜风（干热风）与山火 158
7．3．2 三圈环流模型 159
7．4 气压带与风 160
7．4．1 理想的纬向气压带 160
7．4．2 半永久性气压系统：真实大气 161
7．5 季风 162
7．5．1 亚洲季风 163
7．5．2 北美季风 163
7．6 西风带 164
7．6．1 为什么存在西风带？ 165
7．6．2 西风带的波动 165
7．7 急流 166
7．7．1 极地急流 166
7．7．2 副热带急流 168
7．7．3 急流和地球热量收支 168
7．8 全球风场和洋流 169
7．8．1 洋流的重要性 169
7．8．2 洋流和涌升流 170
7．9 厄尔尼诺、拉尼娜和南方涛动 170
7．9．1 厄尔尼诺的影响 171
7．9．2 拉尼娜的影响 173
7．9．3 南方涛动 173
7．10 全球降水分布 174
7．10．1 降水的纬向分布 175
7．10．2 陆地上的降水分布 176
知识窗7．2 假想大陆上的降水季节特征 176
第8章 气团 178
8．1 什么是气团 179
8．1．1 气团的源地 180
8．1．2 气团的分类 181
8．1．3 气团的变性 181
8．2 北美气团的特征 182
8．2．1 极地大陆（cP）气团和北极大陆（cA）气团 182
8．2．2 湖泊效应降雪：暖水上的冷空气 183
极端灾害性天气8．1 西伯利亚寒流 185
8．2．3 极地海洋（mP）气团 186
8．2．4 热带海洋（mT）气团 187
极端灾害性天气8．2 湖泊效应产生的暴风雪 190
极端灾害性天气8．3 2011年1月12日，一次典型的东北风暴 191
8．2．5 热带大陆（cT）气团 192
第9章 中纬度气旋 193
9．1 锋面天气 194
9．1．1 暖锋 195
9．1．2 冷锋 197
9．1．3 静止锋 199
9．1．4 锢囚锋 199
9．1．5 干线 201
9．2 中纬度气旋与极锋理论 201
9．3 中纬度气旋的生命周期 202
9．3．1 形成：两个气团的碰撞 202
9．3．2 气旋流的发展 203
9．3．3 中纬度气旋的成熟阶段 203
9．3．4 锢囚：消亡的开始（消亡阶段） 203
9．4 理想的中纬度气旋天气 204
知识窗9．1 预报的工具――风 205
9．5 高空气流与气旋形成 207
9．5．1 气旋性和反气旋性环流 207
9．5．2 高空辐散与辐合 207
9．6 中纬度气旋的形成区域 209
9．6．1 气旋移动类型 209
9．6．2 高空气流与气旋移动 210
9．7 反气旋天气与大气阻塞 211
9．8 中纬度气旋个例研究 212
极端灾害性天气9．1 2008年和1993年美国中西部大洪涝 215
9．9 现代观点：传送带模型 217
第10章 雷暴与龙卷风 219
10．1 名称的含意 220
10．2 雷暴 221
10．3 气团雷暴 222
10．3．1 发展阶段 222
10．3．2 发生区域 224
10．4 强雷暴 224
10．5 超级单体雷暴 225
10．5．1 飑线 226
10．5．2 中尺度对流复合体 227
极端灾害性天气10．1 突发洪水――雷暴雨的头号杀手 228
10．6 闪电和雷声 229
极端灾害性天气10．2 下击暴流 230
10．6．1 闪电发生的原因 232
10．6．2 雷击 232
10．6．3 雷声 233
10．7 龙卷风 234
10．7．1 龙卷风的发生与形成 236
10．7．2 龙卷风气候学 237
极端灾害性天气10．3 强龙卷风后的幸存 238
10．7．3 龙卷风的特征 239
10．8 龙卷风的破坏性 240
10．8．1 龙卷风强度 241
10．8．2 死亡率 242
10．9 龙卷风预报 243
10．9．1 龙卷风监视和警报 243
10．9．2 多普勒雷达 244
第11章 飓风 246
11．1 飓风概况 247
知识窗11．1 角动量守恒 250
11．2 飓风的形成与消亡 250
11．2．1 飓风的形成 251
11．2．2 飓风消亡 252
11．3 飓风的破坏性 252
11．3．1 萨菲尔-辛普森分级 253
11．3．2 风暴潮 253
11．3．3 大风灾害 254
11．3．4 强降雨和内陆洪水 255
极端灾害性天气11．1 气旋纳吉斯 256
11．3．5 飓风强度评估 257
11．4 飓风的探测、跟踪和监控 258
11．4．1 卫星监测 259
11．4．2 飞机勘测 259
11．4．3 雷达和数据浮标 263
11．4．4 飓风监视和警报 264
11．4．5 飓风预报 264
第12章 天气分析和预报 266
12．1 气象业务概述 267
12．2 天气分析 268
12．2．1 获取数据 269
12．2．2 绘制天气图 270
知识窗12．1 制作天气图 272
12．3 计算机在天气预报中的应用 273
12．3．1 数值天气预报 273
知识窗12．2 数值天气预报 273
12．3．2 集成预报 275
12．3．3 预报员的作用 276
12．4 其他预报方法 277
12．4．1 持续性预报 277
12．4．2 气候学预报 277
12．4．3 类比法 277
12．4．4 趋势预报 278
12．5 高空环流和天气预报 278
12．5．1 高空图 278
12．5．2 高空气流与地面天气预报 280
12．6 长期天气预报 283
12．7 预报准确率 284
12．8 卫星在天气预报中的应用 285
12．8．1 气象卫星图像 286
12．8．2 卫星探测的其他内容 289
第13章 空气污染 290
13．1 空气污染的危害 291
13．2 空气污染源和类型 293
13．2．1 一次污染物 293
极端灾害性天气13．1 1952年伦敦大烟雾 294
知识窗13．1 污染正在改变气候 295
13．2．2 二次污染物 298
13．3 空气质量的变化趋势 299
13．3．1 质量标准的建立 300
13．3．2 空气质量指数 300
13．4 影响空气污染的气象因素 301
13．4．1 风 302
极端灾害性天气13．2 从空中看空气污染过程 302
13．4．2 大气稳定度 303
13．5 酸雨 305
13．5．1 酸雨的范围和强度 305
13．5．2 酸雨的危害 306
第14章 变化的气候 308
14．1 气候系统 309
14．2 气候变化的检测 310
14．2．1 海底沉积物――气候资料的仓库 311
14．2．2 氧同位素分析 312
14．2．3 冰川中的气候变化记录 312
14．2．4 树轮――环境历史档案 313
14．2．5 其他类型的代用资料 314
14．3 气候变化的自然原因 315
14．3．1 板块构造与气候变化 316
14．3．2 火山活动与气候变化 317
知识窗14．1 地质时期的火山活动与气候变化 319
14．3．3 地球轨道变化 319
14．3．4 太阳活动与气候 321
14．4 人类对全球气候的影响 322
14．4．1 二氧化碳、微量气体和气候变化 322
14．4．2 大气二氧化碳含量的增加 323
14．4．3 大气响应 324
14．4．4 微量气体的作用 325
14．5 气候反馈机制 327
14．5．1 气候反馈机制的种类 327
14．5．2 气候模式：重要但尚不完善的工具 328
14．6 气溶胶对气候的影响 328
14．7 全球变暖的可能后果 329
14．7．1 海平面上升 330
14．7．2 变化的北极 331
14．7．3 增大的海水酸性 333
14．7．4 意想不到的后果 333
第15章 世界气候 334
15．1 气候的分类 335
知识窗15．1 气候图 337
15．2 气候控制因素：概述 339
15．2．1 纬度 339
15．2．2 海陆分布 339
15．2．3 地理位置与盛行风向 339
15．2．4 山脉高原 340
15．2．5 洋流 340
15．2．6 气压和风 340
15．3 世界气候综述 340
15．4 潮湿的热带气候（Af，Am） 341
知识窗15．2 热带雨林砍伐对土壤的影响 342
15．4．1 温度特征 344
15．4．2 降水特征 344
15．5 热带干湿季气候（Aw） 345
15．5．1 温度特征 345
15．5．2 降水特征 346
15．5．3 季风 347
15．5．4 气候类型的变型Cw 348
15．6 干旱气候（B） 348
15．6．1 “干旱”意味着什么？ 349
15．6．2 副热带沙漠气候（BWh）和草原气候（BSh） 349
15．6．3 西海岸副热带沙漠气候 352
15．6．4 中纬度沙漠（BWk）和草原气候（BSk） 353
15．7 冬季温和湿润的中纬度气候带（C） 354
15．7．1 副热带湿润气候（Cfa） 354
15．7．2 西海岸海洋性气候（Cfb） 356
15．7．3 副热带夏干（地中海）气候（Csa，Csb） 357
15．8 冬季寒冷的湿润大陆气候（D） 358
15．8．1 湿润的大陆性气候（Dfa） 358
15．8．2 副极地气候（Dfc，Dfd） 360
15．9 极地气候（E） 361
15．9．1 苔原气候（ET） 362
15．9．2 冰原气候（EF） 364
15．10 高原气候 364
极端灾害性天气15．1 干旱――代价巨大的大气灾害 366
第16章 大气的光学现象 368
16．1 光和物质的相互作用 369
16．1．1 反射 369
16．1．2 折射 370
16．2 海市蜃楼 372
知识窗16．1 高速公路海市蜃楼是真的吗？ 372
16．3 彩虹 374
16．4 光晕、幻日和日柱 377
16．5 光环 380
16．6 其他光学现象 381
16．6．1 华 381
16．6．2 彩虹云 381
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