平流層與對流層相互作用引論

第1章 低層大氣和中層大氣的結(jié)構(gòu)和成分\t1
1．1 地球大氣的進(jìn)化\t1
1．1．1 生機勃勃的地球\t2
1．2 地球大氣的成分\t3
1．2．1 均質(zhì)層和非均質(zhì)層的形成\t4
1．3 大氣壓強\t5
1．3．1 大氣壓強和密度的垂直結(jié)構(gòu)\t5
1．4 大氣的熱力結(jié)構(gòu)\t6
1．4．1 對流層\t6
1．4．2 平流層\t7
1．4．3 中間層\t8
1．4．4 熱層\t9
1．4．4 外逸層\t9
1．5 高層大氣的結(jié)構(gòu)\t9
1．5．1 電離層\t9
1．5．2 等離子層\t10
1．5．3 磁層\t10
1．6 對流層頂\t11
1．6．1 熱帶對流層頂\t13
1．6．2 對流層頂縮寫\t13
1．6．3 動力對流層頂\t14
1．6．4 臭氧對流層頂\t14
1．6．5 對流層頂折疊\t15
1．6．6 對流層頂對對流層天氣事件的重要性\t16
1．7 低層大氣和中層大氣的氣候狀態(tài)\t16
1．7．1 溫度\t16
1．7．2 風(fēng)\t17
1．7．3 日循環(huán)\t19
1．7．4 全年振蕩\t19
1．7．5 半年振蕩\t19
1．7．6 年際與季節(jié)內(nèi)振蕩\t21
1．7．7 急流\t21
1．7．8 準(zhǔn)兩年振蕩\t22
1．7．9 平均經(jīng)向風(fēng)\t22
1．7．10 緯向平均的質(zhì)量環(huán)流\t24
1．7．11 極地渦旋\t25
1．8 主要的平對流層相互作用事件\t26
1．8．1 極地平流層云\t26
1．8．2 爆發(fā)性增溫\t27
1．8．3 北極濤動\t29
1．8．4 北大西洋濤動\t29
1．9 大氣潮汐\t30
1．10 對流層和平流層中主要的溫室氣體\t30
1．10．1 平流層臭氧\t30
1．10．2 二氧化碳\t32
1．10．3 水汽\t32
1．10．4 平流層水汽\t33
1．11 上對流層和下平流層\t34
1．12 氣溶膠\t36
1．12．1 水溶性氣溶膠\t37
1．12．2 氣溶膠的滯留時間\t37
1．12．3 對流層氣溶膠\t37
1．12．4 平流層氣溶膠\t37
問題\t38
文獻(xiàn)\t39
第2章 低層大氣和中層大氣中的輻射過程\t42
2．1 引言\t42
2．2 輻射的基本原理\t42
2．2．1 電磁能\t43
2．2．2 輻射能\t43
2．2．3 光度測定和輻射測定\t45
2．2．4 黑體輻射\t45
2．2．5 大氣散射\t48
2．2．6 吸收和發(fā)射\t49
2．2．7 反射和透射\t50
2．2．8 亮溫\t51
2．2．9 太陽常數(shù)\t51
2．2．10 反照率\t51
2．2．11 溫室效應(yīng)\t52
2．3 輻射傳輸\t53
2．3．1 比爾定律\t54
2．3．2 史瓦西定律\t55
2．3．3 太陽輻射吸收和大氣加熱\t55
2．3．4 輻射盈余與大氣加熱率\t57
2．3．5 紅外輻射加熱與冷卻\t58
2．3．6 輻射吸收導(dǎo)致的加熱\t59
2．3．7 輻射加熱的垂直廓線\t59
2．4 太陽輻射和地球大氣\t60
2．4．1 太陽輻射的吸收\t60
2．4．2 大氣窗\t63
2．4．3 平流層和對流層中太陽輻射的衰減\t64
2．5 大氣和其輻射過程\t65
2．5．1 對流層中的輻射過程\t66
2．5．2 平流層中的輻射過程\t66
2．6 平流層冷卻\t67
2．6．1 平流層冷卻的原因\t67
2．6．2 平流層冷卻率\t69
2．6．3 其他影響\t69
2．7 太陽活動對平流層和對流層大氣的作用\t70
問題\t73
文獻(xiàn)\t74
第3章 對流層和平流層的動力過程\t77
3．1 引言\t77
3．2 大氣動力過程的基本量\t77
3．2．1 狀態(tài)方程\t78
3．2．2 流體靜力學(xué)方程\t78
3．2．3 位勢高度\t79
3．2．4 壓高方程\t80
3．3 守恒定律\t80
3．3．1 運動方程（動量守恒）\t80
3．3．2 連續(xù)方程（質(zhì)量守恒）\t82
3．3．3 能量守恒\t84
3．4 干潔大氣的熱力過程\t86
3．4．1 位勢溫度\t86
3．4．2 大氣穩(wěn)定度\t87
3．4．3 浮力頻率\t87
3．4．4 熱力學(xué)能量方程\t88
3．5 原始方程組\t89
3．5．1 原始方程組的形式\t89
3．5．2 水平運動方程的近似\t90
3．6 風(fēng)的平衡\t90
3．6．1 地轉(zhuǎn)風(fēng)\t91
3．6．2 地轉(zhuǎn)偏差\t91
3．6．3 梯度風(fēng)\t92
3．6．4 地轉(zhuǎn)風(fēng)和梯度風(fēng)的聯(lián)系\t93
3．6．5 熱成風(fēng)\t93
3．6．6 熱成風(fēng)的應(yīng)用\t94
3．6．7 正壓和斜壓大氣\t94
3．7 環(huán)量、渦度和散度\t95
3．7．1 環(huán)量\t95
3．7．2 渦度\t95
3．7．3 相對渦度\t96
3．7．4 自然坐標(biāo)下的渦度\t96
3．7．5 行星渦度\t96
3．7．6 絕對渦度\t97
3．7．7 散度\t97
3．8 保守量\t97
3．8．1 位勢渦度\t98
3．8．2 厄特爾位勢渦度\t98
3．9 渦度方程\t99
3．9．1 氣壓坐標(biāo)系下的渦度方程\t99
3．9．2 簡化的渦度方程\t100
3．9．3 準(zhǔn)地轉(zhuǎn)渦度方程\t100
3．9．4 準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位勢渦度方程\t101
3．10 中層大氣中的平均經(jīng)圈環(huán)流\t101
3．10．1 緯向平均環(huán)流\t102
3．11 平均能量的年循環(huán)\t106
問題\t107
文獻(xiàn)\t108
第4章 對流層和平流層的波動\t110
4．1 引言\t110
4．2 波動的定義\t110
4．3 波動的基本屬性\t111
4．4 波動的分類\t113
4．5 大氣中的波動\t113
4．5．1 聲波\t114
4．5．2 蘭姆波\t115
4．5．3 淺水重力波\t115
4．5．4 羅斯貝波\t121
4．6 大氣重力波\t125
4．6．1 純重力內(nèi)波\t126
4．6．2 慣性重力波\t130
4．6．3 波破碎\t133
4．7 行星波強迫\t135
4．8 赤道波動\t136
4．8．1 開爾文波\t137
4．8．2 混合羅斯貝重力波\t140
4．9 大氣波動的垂直傳播\t143
4．9．1 開爾文波的垂直傳播\t144
4．9．2 羅斯貝重力波的垂直傳播\t144
4．10 波動垂直傳播的能量學(xué)\t145
4．10．1 EP方法\t145
4．10．2 查卓理論\t148
4．10．3 林森理論\t150
4．11 準(zhǔn)兩年振蕩的機制\t150
4．11．1 與太陽活動的聯(lián)系\t151
4．11．2 行星波強迫\t151
4．11．3 行星波理論的局限性\t152
4．12 平流層爆發(fā)性增溫\t152
4．12．1 增溫事件的演變\t153
4．12．2 平流層增溫理論\t153
問題\t154
文獻(xiàn)\t154
第5章 對流層和平流層的化學(xué)過程\t157
5．1 引言\t157
5．2 吸收截面\t158
5．3 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)\t158
5．3．1 一級反應(yīng)\t158
5．3．2 二級反應(yīng)\t159
5．3．3 三體反應(yīng)\t159
5．4 熱解離反應(yīng)\t160
5．5 連續(xù)方程\t160
5．6 臭氧光化學(xué)\t161
5．7 CHAPMAN循環(huán)的局限性\t162
5．8 反應(yīng)物和反應(yīng)速率系數(shù)\t163
5．9 臭氧光解\t164
5．9．1 隨高度的變化\t164
5．9．2 隨緯度的變化\t164
5．9．3 季節(jié)變化\t165
5．9．4 日變化\t165
5．10 非均相反應(yīng)\t165
5．10．1 過氧化氯的臭氧損耗\t167
5．10．2 氯和氮的活化和失活\t168
5．11 催化損耗\t169
5．11．1 氫的催化損耗\t169
5．11．2 甲烷的光解反應(yīng)\t170
5．11．3 氫自由基的催化循環(huán)\t171
5．11．4 氮自由基的催化循環(huán)\t172
5．11．5 氮自由基催化反應(yīng)隨溫度的變化\t173
5．11．6 氯的源\t175
5．11．7 氯自由基的催化反應(yīng)\t175
5．11．8 南極臭氧洞和氯自由基的催化反應(yīng)\t177
5．11．9 溴的源\t177
5．11．10 溴自由基的催化反應(yīng)\t178
5．12 平流層顆粒物\t179
5．12．1 硫酸鹽氣溶膠\t179
5．12．2 極地平流層云的化學(xué)成分\t179
5．13 對流層化學(xué)\t180
5．13．1 對流層化學(xué)成分的源\t180
5．13．2 對流層臭氧\t181
5．13．3 對流層甲烷\t181
5．14 大氣化學(xué)和氣候\t182
5．15 大氣化學(xué)領(lǐng)域的諾貝爾獎\t186
問題\t187
文獻(xiàn)\t188
第6章 平流層臭氧損耗和南極臭氧洞\t191
6．1 引言\t191
6．2 影響平流層臭氧變率的因素\t192
6．2．1 化學(xué)過程\t192
6．2．2 動力過程\t194
6．2．3 平流層溫度\t195
6．2．4 大氣輸運\t196
6．2．5 太陽周期\t196
6．2．6 火山爆發(fā)\t197
6．2．7 氣溶膠\t198
6．2．8 燃燒對流\t198
6．2．9 極渦\t198
6．3 臭氧損耗基礎(chǔ)\t199
6．3．1 極地氣象學(xué)的特殊性\t199
6．3．2 化學(xué)過程導(dǎo)致的極地臭氧損耗\t199
6．3．3 氯自由基的產(chǎn)生\t200
6．4 人類活動對臭氧損耗的作用\t200
6．4．1 氯化物\t202
6．4．2 平流層中的氯氟烴\t202
6．5 南極臭氧洞\t203
6．5．1 南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)\t204
6．5．2 臭氧洞理論\t206
6．5．3 動力理論\t207
6．5．4 氮氧化物理論\t207
6．5．5 非均相化學(xué)理論\t207
6．6 南極渦旋\t208
6．6．1 極地渦旋的環(huán)流場\t208
6．6．2 極夜急流和極地渦旋\t209
6．6．3 溫度\t210
6．6．4 南極冬季的低溫\t211
6．6．5 位勢渦度\t212
6．6．6 加熱\t213
6．6．7 輸運\t213
6．6．8 垂直運動和臭氧輸運\t214
6．6．9 極地渦旋中的化學(xué)反應(yīng)\t214
6．7 南極臭氧洞的結(jié)構(gòu)與變化\t215
6．7．1 水平結(jié)構(gòu)\t215
6．7．2 垂直結(jié)構(gòu)\t216
6．7．3 臭氧探空的垂直廓線\t217
6．8 臭氧220 DU線\t217
6．9 臭氧損耗強度\t218
6．9．1 臭氧洞面積\t219
6．9．2 臭氧總量最小值\t219
6．9．3 臭氧質(zhì)量赤字\t219
6．10 南極臭氧的年循環(huán)\t219
6．11 2002年南極臭氧洞異常\t220
6．11．1 南半球的強爆發(fā)性增溫事件\t221
6．12 北極臭氧洞\t222
6．13 蒙特利爾議定書\t223
6．13．1 修正與調(diào)整\t223
6．13．2 蒙特利爾議定書的影響\t223
6．14 目前的臭氧損耗\t224
6．15 未來的臭氧層\t226
6．15．1 全球臭氧恢復(fù)的三個階段\t226
6．15．2 自然因素\t226
問題\t227
文獻(xiàn)\t228
第7章 對流層和平流層的傳輸過程\t231
7．1 引言\t231
7．2 BD環(huán)流\t231
7．2．1 熱帶平流層臭氧低值\t233
7．2．2 熱帶的環(huán)流\t233
7．2．3 臭氧輸送\t234
7．2．4 熱帶外的環(huán)流\t234
7．2．5 氯氟烴的輸送\t235
7．2．6 BD環(huán)流的形成\t235
7．2．7 BD環(huán)流和輻射平衡\t237
7．2．8 BD環(huán)流的半球差異\t237
7．3 大氣波動和痕量氣體的輸送\t237
7．3．1 波動的傳播\t238
7．3．2 波動的發(fā)展和耗散\t239
7．3．3 波動導(dǎo)致的輸送\t239
7．3．4 波動導(dǎo)致的混合\t240
7．3．5 波動對平均環(huán)流的影響\t240
7．4 其他因素\t240
7．5 準(zhǔn)兩年振蕩和BD環(huán)流\t240
7．5．1 準(zhǔn)兩年振蕩環(huán)流\t241
7．5．2 準(zhǔn)兩年振蕩對臭氧輸送的影響\t242
7．6 對流層經(jīng)圈環(huán)流\t243
7．7 平流層和中間層平均經(jīng)圈環(huán)流\t243
7．8 平流層空氣的年齡\t244
問題\t245
文獻(xiàn)\t246
第8章 平對流層的交換過程\t248
8．1 引言\t248
8．2 穿越對流層頂?shù)妮斔蚛t250
8．3 BD環(huán)流和平對流層交換\t252
8．3．1 熱帶上升流\t252
8．3．2 熱帶對流層頂層的變化\t253
8．3．3 穿越熱帶對流層頂層的交換\t254
8．3．4 熱帶外對流層頂層的變化\t255
8．4 中緯度對流層頂附近的交換過程\t255
8．4．1 阻塞高壓\t255
8．4．2 切斷低壓\t255
8．4．3 對流層頂折疊\t256
8．5 熱帶對流層頂附近的交換過程\t257
8．5．1 凍干過程\t258
8．5．2 大氣錄音機\t258
8．5．3 平流層噴泉\t260
8．5．4 非絕熱環(huán)流\t261
8．5．5 熱帶對流層頂?shù)臒崞胶鈂t261
8．6 平流層下水道\t261
8．7 交換的全球尺度動力特征：熱帶外抽吸\t262
8．8 波驅(qū)動環(huán)流的數(shù)學(xué)表達(dá)\t263
問題\t265
文獻(xiàn)\t265
第9章 平流層對對流層天氣氣候的影響\t268
9．1 引言\t268
9．2 平對流層相互作用的輻射強迫\t269
9．3 波導(dǎo)致的相互作用\t270
9．3．1 行星波\t271
9．3．2 重力波\t271
9．4 準(zhǔn)兩年振蕩在耦合過程中的作用\t272
9．4．1 準(zhǔn)兩年振蕩對平流層和中間層的作用\t273
9．4．2 準(zhǔn)兩年振蕩對對流層的作用\t274
9．4．3 平流層準(zhǔn)兩年振蕩和對流層兩年振蕩\t274
9．5 平流層爆發(fā)性增溫與平對流層相互作用的聯(lián)系\t275
9．5．1 平流層增溫和下行控制理論\t275
9．6 平流層極渦和對流層天氣\t276
9．7 平對流層耦合和向下傳播\t276
9．7．1 北極濤動對氣候的影響\t276
9．7．2 環(huán)狀模\t280
9．8 人類活動的作用\t281
9．9 臭氧變化對地表氣候的影響\t282
9．10 平流層對自身變率的調(diào)制作用\t285
9．11 季風(fēng)對平對流層相互作用的影響\t286
9．11．1 平流層準(zhǔn)兩年振蕩和季風(fēng)\t287
9．12 熱帶對流和水汽強迫\t289
9．13 對流層大氣成分\t290
9．14 熱帶的擴張\t290
9．15 太陽活動對平對流層耦合的強迫\t292
9．16 平流層火山氣溶膠\t294
9．17 未來情景\t295
問題\t296
文獻(xiàn)\t297
附錄\t303