大气物理导论I

地球是太阳系唯一一个是以人类居住的行星.海洋: 占地球表面70%陆地:占地球表面30%地球的气候是适宜人类居住的.在人口爆炸的时代，气候的变化与人类生活休戚相关。

美国科学院(1975年)提议把气候系统的特性概括地分为：–热力特性——气温、水温、冰温和地温；–运动学特性一—包括风、洋流以及相应的铅直运动和冰块的运动；–含水特性—一指的是空气的含水量或湿度、云量和云中含水量、地下水、湖泊水位以及雪的含水量、陆冰和海冰的含水量；–静力特性——包括大气和海洋的压力和密度、空气的成分、海洋的盐度以及系统的边界层状况和物理常数。

•系统内部的各种物理过程、化学过程和生物学过程主要包括‘辐射过程、云过程、陆地表面过程、海洋过程、冰雪圈过程、温室效应气体(CO2、O3、H2O等)过程和气溶胶过程等。

•根据美国科学院的意见，完整的气候系统包括五个物理组成部，即大气圈、水圈、冰雪圈、陆圈和生物圈气候系统成员大气它是包围在地球外面的一层气体、是气候系统中最容易变化的部分。

对流层所具有的持征响应时间或热力调整时间的量级为—个月左石，也就是说，大气运动将热量向垂直方向和水平方向输送，可以在一个月内调整到一定的温度分布。

水圈它包括地表上空的液态水，也包括海洋、湖泊、河流和地下水。

其中四大洋对气候变化是最主要酌。

辐射到海洋表面的太阳辐射大部分都能被吸收。

由于海洋的热容量大，成为一个巨大的能源库。

洋流把大量的热量从赤道地区向极地地区输送，从而在全球能量平衡中起丁很大作用。

海洋的上层在数月到数年的时间尺度上与大气或海冰相互发生作用，而海洋深部的热量调节时间的量级却为几百年。

海洋还与大气交换二氧化碳因此对于气候系统的化学平衡也是有作用的。

冰雪圈它是由全世界的冰体和积雪所组成，其中包括大陆冰被高山冰川、海冰和地面雪盖、湖冰及河冰。

雪被和海约围有很大的季节变化，而冰川和1冰城的变化却耍缓慢得。

冰川和冰原纳体积相范围要在几百年到几时万年之内有明显的变化。

微大气物理学导论An Introduction to Micro-Atmospheric Physics理论历史简介一、名称由来：以前人们研究大气运动，都是在很大尺度上研究，对于微尺度大气运动的问题，应从英国学者Sutton1953年发表的《微气象学》算起。

半个世纪以来，《微气象学》已成为这一领域中有广泛影响的经典（classical）著作。

插语：不是任何著作都可以称为classical，Newton的《数学原理》，郎道的一套理论力学，华人里面吴大猷的一套理论力学。

George Batchelor《An Introduction to Fluid Dynamics》（流体力学引论），1967年出版，1989年美国Princeton大学的Russel等在《Colloid Dispersion》书中仍将此书列为主要参考书，这三个人是当今从物理角度研究小粒子弥散体系的当红人物。

本书由沈青、贾复译成中文，1997年非常严肃的科学出版社出版。

Sutton的《微气象学》两个局限：1、仅局限于对小尺度湍流区间的研究；2、在小尺度湍流区间的研究中，主要集中在边界层气象。

到现在，微气象学几乎成了边界层气象学的同义语。

温景嵩教授把对微尺度大气运动的研究，从Sutton的小尺度湍流区间，开拓到更小的由气溶胶粒子引起的微米、亚微米粘性流区间，并且已经插手到了纳米量级。

插语：我自己参与的项目：对气溶胶粒子碰并过程的研究，国家自然基金委，批准号：49875003。

其中高Knudsen数下气溶胶粒子碰并过程的研究。

温先生先把注意力集中在气溶胶的力学过程（即胶体动力学）的研究。

二、胶体动力学发展的不同阶段1．孤粒子近似阶段：a)Φykc的功绩：把散布在各个应用学科的研究成果，第一次总结起来独立成一门学科，对以后的研究有深远影响。

代表：Fuchs NA. The Mechanics of Aerosols. Oxford: Pergamon Press, 1964Φykc的局限与错误：对粒子间势考虑不够，只能应用于极端稀释体系。

大气物理知识点总结大气物理是研究大气运动、气象现象和大气环境的学科。

它涉及了大气的结构、运动规律、热力学和动力学过程等多个方面。

在现代大气物理研究中，人们不仅仅关注天气预报和气候变化，还涉及到了空气污染、天然灾害等问题。

下面将对大气物理的一些重要知识点进行总结。

大气的成分和结构大气是地球表面上的气体层，由各种气体组成。

主要成分包括氮气（78%）、氧气（21%）、稀有气体（1%）、水蒸气（变化范围大）等。

大气主要分为四层：对流层（最底层）、平流层、中间层和外部层。

大气的运动规律大气运动包括垂直运动和水平运动。

垂直运动主要是对流运动和垂直运动。

而水平运动则包括风、地转风、切向速度、螺旋速度、地面风、垂直风等。

大气的热力学过程大气中的热力学过程包括气体的热胀冷缩、热传导、对流传热、辐射传热等。

这些过程对大气的热力学结构和气候有着重要的影响。

大气的动力学过程大气中的动力学过程主要包括了地球的自转和公转、大气的环流、热带气旋、高空急流、地理风等。

通过这些过程，可以了解大气的轨迹和运动规律。

大气现象大气现象主要包括天气、云、雨、雪、冰雹、雾、霾、龙卷风、飓风、台风、雷电、飞沙走石等。

这些现象对人类的生活和生产有着重要的影响。

气象预报气象预报是利用大气物理的知识对气象现象进行预测和预报。

它可以帮助人们更好地安排生活和工作，预防天气灾害等。

气候变化气候变化是指地球气候系统长期的变化。

它包括了气温、降水量、风向等的变化。

近些年来，由于人类活动的影响，气候变化已成为一个重要的全球性问题。

空气污染空气污染是指大气中出现的污染物质，包括了颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等。

空气污染对人类的健康、环境等都具有严重的影响。

天然灾害天然灾害包括了台风、龙卷风、地震、洪水、干旱等。

它们对人类的生产和生活造成了很大的损失。

在大气物理研究中，人们不断地深入探索大气的奥秘，致力于提高气象预报的准确性、探索气候变化的规律、减少空气污染和防范天然灾害。

⼤⽓物理学主要知识点主要知识点理想⽓体状态⽅程绝热过程与位温饱和⽔汽压、冰⾯饱和⽔汽压饱和绝热与假绝热抬升凝结⾼度、⾃由对流⾼度、浮⼒能量、对流凝结⾼度均质核化、异质核化曲率效应、溶质效应临界过饱和度/临界半径Kohler曲线、霾的形成云滴碰并增长、末速度冰云核化、贝吉隆Bergeron过程⽓溶胶、凝结核、云凝结核⽓溶胶分类、源、汇、寿命、分布⽓溶胶吸湿参数⽓溶胶对云和降⽔的影响⽓溶胶直接效应、间接效应短波辐射、长波辐射、温室效应与温室⽓体⼤⽓吸收谱与⼤⽓窗区云对地球辐射的影响Chapman机制、催化损耗循环、南极臭氧损耗机制、北极何时出现臭氧洞边界层、地表能量平衡、地表⽔平衡静⼒稳定度、动⼒不稳定边界层⽇变化海陆风、⼭⾕风、城市热岛效应Rayleigh散射、⽶散射对流层顶定义、对流层顶分布特征热带对流层顶层第⼆讲⼤⽓科学研究⼿段探测设备研制——研制少、技术落后、⽔平低野外观测——试验少、国外仪器、⼿段单调（促进国外改进设备）遥感反演（卫星、飞机、地基、移动）——国外观测、反演理论与⽅法少、验证⼯作多?资料同化（同化⽅案、资料库）——国外模式、理论研究多、⽆国产品诊断分析——国外资料、国外卫星资料、国外模式资料、⼯作众多（促进国外完善资料）?数值模拟（模式研制、运⾏者）——国外模式、研制改进少、运⾏者众多（促进国外完善模式）关于探测的⼀些注意事项1.视事未必是事实2.精确测量未必就是测量精确⼤⽓物理学范畴⼤⽓物理学寻求从物理原理来解释⼤⽓中发⽣的各种时间与空间尺度的现象。

⼤⽓物理学可以⼴泛地认为包括所有⼤⽓现象。

流体⼒学、热⼒学、电磁学⼤⽓科学领域传统上把⼤⽓物理学与⼤尺度动⼒学（中尺度、天⽓尺度、⾏星尺度）以及⼤⽓化学区分开来。

领域：⼤⽓辐射、⽓溶胶物理学、云物理学、⼤⽓电学、⼤⽓边界层物理学、⼩尺度⼤⽓动⼒学。

⼤⽓化学⽬的（社会需求）：提⾼天⽓、⽓候预测⽔平。

⼤⽓物理学研究特点实验科学，探测（实验）能⼒→研究⽔平探测平台：地⾯观测、雷达；风筝、⽓球、平流层⽓球；飞机（⽆⼈机）、轮船、浮标、⽕箭、卫星探测内容：常规要素（风温压湿、辐射）→湍流通量→云微物理量→⼤⽓成分实验室实验：化学反应（截⾯、常数、速率）、微物理（云滴、起电）⼤⽓物理学主要挑战领域：⼤⽓辐射、⽓溶胶物理学、云物理学、⼤⽓电学、⼤⽓边界层物理学、⼩尺度⼤⽓动⼒学。

大气物理学的原理和实践
大气物理学是一门研究大气环境的学科，它主要涉及大气中的各种物理现象，
例如气压、温度、湿度等。

这门学科的研究领域包括天气预测、气候变化、空气质量污染等，它在我们日常生活中扮演着至关重要的角色。

大气物理学的基本原理是物理学，但它与物理学不同的是，它研究的对象是大
气环境。

大气物理学的主要研究对象是大气的物理性质，如温度、湿度、压强和风力等。

首先，大气物理学的基本原理之一是热力学第一定律。

这个定律是指热量是不
会自发流向低温的物体，而只有当外界做功时，热能才会从低温物体流向高温物体。

可以通过空气受热后的温度变化来解释这个定律。

其次，大气物理学的另一个主要原理是物态方程。

这个方程用于描述空气中各
种气体和水蒸气的压力、体积和温度之间的关系。

这个方程是用来计算空气的温度和压强的。

在大气物理学的实践中，大气动力学是非常重要的研究领域。

这门学科主要研
究空气的运动规律，包括大气运动和天气现象的形成与发展。

大气动力学可以帮助我们理解为什么会出现气旋和低气压等现象，并可以预测一些极端天气条件。

另一方面，大气化学是大气物理学的一个重要组成部分，它研究空气中各种化
学物质的组成、反应和分布。

大气化学涉及的话题有很多，例如臭氧层破坏、酸雨形成和大气污染等。

这个领域的研究结果对于我们的健康与环境具有非常重要的影响。

总之，大气物理学作为一门学科已经发展了很长时间，但我们对大气环境的了
解还有很多待探索的领域。

只有深入理解大气环境的特性，才能更好地预测天气、应对气候变化并改善空气质量。