第1章风能资源1.1 风的形成1.1.1 风是空气相对于地球表面的运动。
空气运动可以分解为水平运动和垂直运动。
空气水平运动是由相同高度上两点之间的大气压力差造成的，而大气压力差主要是由大气中热力和动力现象的时空不均匀性所产生的。
太阳辐射是地球上获取能量的主要源泉。
由于地球绕太阳运转，地球各纬度所接受的太阳辐射强度各异，辐射到地球表面的能量是不均匀的，受太阳高度、角度、大气透明度、海拔高度和地理纬度及各处的物理属性不同等影响，从而使大气的加热不均匀，产生温差和气压差。
气压发生变化除了气温是主因外，地形及水汽含量也会产生气压变化。
通常将单位距离内的气压变化的大小（即气压差）称之为气压梯度。
在气压梯度作用下使空气产生运动的力称为气压梯度力。
在气压梯度力的作用下，风的方向并不是完全沿气压梯度力的方向从高压处吹向低压处，由于地球自转的原因而会发生偏移。
北半球风将向其初始方向的右侧偏转，而南半球风将向其初始方向的左侧偏转。
在地球表面，常有大气环流和局部地区环流。
1.1.2 大气环流。
大气环流是在太阳辐射和地球自转的作用下造成一种大尺度运动。
大气环流决定各地区天气的形成与变化。
当空气由赤道两侧上升向极地流动时，开始因地转偏向力很小，空气基本受气压梯度力影响，在北半球，由南向北流动，随着纬度的增加，地转偏向力逐渐增大，空气运动也就逐渐地向右偏转，也就是逐渐转向东方。
在纬度30º附近，偏角达到90º，地转偏向力与气压梯度力相当，空气运动方向与纬圈平行，所以在纬度30º附近上空，赤道来的气流受到阻塞而聚积，气流下沉，形成这一地区地面气压升高，就是所谓的副热带高压。
副热带高压下沉气流分为两支，一支从副热带高压向南流动，指向赤道。
在地转偏向力的作用下，北半球吹东北风，南半球吹东南风，风速稳定且不大，约3-4级，这是所谓的信风，所以在南北纬30º之间的地带称为信风带。
这一支气流补充了赤道上升气流，构成了一个闭合的环流圈，称此为哈德来（Hadley）环流，此环流圈南面上升，北面下沉,叫做正环流圈。
大气科学中的水汽物理学研究大气科学是一门关于地球大气的研究学科，它涉及到大气层中的各种气体和气溶胶，以及气氛动学、大气辐射和气象学等方面的知识。
其中，水汽物理学是大气科学中一个焦点研究领域，它涉及到水蒸气在大气层中的产生、输送和沉降等过程。
水汽在大气层中的含量很少，通常只占空气体积的一部分，但它却对大气层中的很多过程产生着重要的影响。
例如，水汽是大气层中最重要的温室气体之一，它能够吸收太阳辐射和地球辐射，从而导致大气温度升高。
另外，水汽也是云和降水的重要物质来源，它在大气层中的分布和变化对气候、气象和环境等方面的研究具有重要的意义。
水汽物理学的研究内容非常广泛，包括水汽在大气层中的分布、沉降和分解过程，水汽吸收和辐射过程，水汽与其他气体之间的相互作用等方面。
下面将重点介绍水汽物理学中的几个研究方向：1.水汽输送和沉降水汽在大气中的输送和沉降是大气科学和气象学中的一个重要课题。
水汽的输送是指水汽从低层大气向高层大气或者由高层大气向低层大气的水平和垂直运动过程，这些运动过程可以是对流、传输、扩散和辐射等不同机制的组合。
水汽的沉降是指水汽由高层大气向低层大气运动，最终落到地表上，形成降水、露、霜等形式。
研究水汽输送和沉降的物理机制和规律，对气象和环境科学的发展有着重要的意义。
2.水汽吸收和辐射水汽具有较强的吸收和发射电磁波的能力，特别是在红外区域，其吸收和辐射比例十分显著。
研究水汽的吸收和辐射特性，对于气候变化、大气温室效应的研究具有重要的意义。
同时，研究水汽的吸收和辐射机制，也可以帮助人们更好地了解大气层中的其他物质的光学特性。
3.水汽与其他气体的相互作用水汽和其他气体之间的相互作用是大气物理学研究的一个核心问题，它涉及到大气层中各种气态成分之间的交换和相互作用。
通过研究水汽和其他气体之间的相互作用规律，可以深入理解大气层中各种气体之间的物理机制和变化规律，为建立精准的大气物理模型提供科学依据。
总结：随着大气科学的不断发展，水汽物理学的研究领域也日渐拓宽。
大气层中气体吸收和辐射过程研究地球大气层中主要组成为氮气、氧气和少量的氩气、二氧化碳等气体，其中二氧化碳是一种很重要的温室气体。
大气层中的这些气体，可以吸收和辐射太阳辐射和地球辐射，从而影响着大气的温度结构和能量平衡。
本文将对大气层中气体吸收和辐射过程进行探讨，包括吸收和辐射的机制，吸收和辐射的强度和特性，以及对于大气层和气候变化的影响等方面进行分析。
一、吸收和辐射的机制在大气层中，气体分子的振动和转动会发生吸收和辐射辐射的过程。
这些过程可以概括为两种机制：共振吸收和弹性散射。
共振吸收是指气体分子吸收与其振动和转动频率相匹配的辐射能量。
吸收的能量会让气体分子产生激发态，从而改变气体分子运动的状态。
在气体分子中，能量被吸收后，会在气体分子中以一种随机的方式进行转移，直到全部或部分转移给周围气体分子，或者通过辐射重新释放到外部。
共振吸收对于不同波长区域、不同气体分子和分子的不同转动、振动状态都有一定的选择性。
弹性散射是指气体分子与入射光子发生弹性碰撞后，能量和动量都被重新分配，入射光的方向也发生了改变。
因为散射过程中没有吸收能量，所以这个过程不会改变气体分子的能量状态，也不会使气体分子产生激发态。
弹性散射的特点是分子在不同方向上散射后转移的能量不变，因此，它对辐射的频谱特性没有选择性。
二、吸收和辐射的强度和特性在大气层中，气体分子吸收和辐射的能量取决于入射辐射与各种气体分子之间的相互作用，并且不同波长的辐射对于不同的气体分子有不同的影响。
光谱吸收系数a是决定吸收强度和特性的一个重要参数。
对于一个特定波长的入射光线，在通过一定距离的大气层内被吸收的光线强度减少的比例可以用光谱吸收系数a表示。
光谱吸收系数对于气体分子的种类、浓度、温度和气压等因素都有影响。
例如，在可见光范围内，氮气和氧气对于辐射的吸收很弱，而二氧化碳、水汽和臭氧等气体吸收非常强。
大气层中的辐射源主要分为太阳辐射和地球辐射。
太阳辐射主要集中于紫外线和可见光范围，而地球辐射主要分布在远红外波段。
