第1章 绪论
气象：在地球大气中每时每刻都在发生着风、云、雨、雪、雷电、旱涝、寒暑等等各种各样的自然现象， 这些现象统称为大气现象，简称为气象。 气象学：研究大气中各种现象的成因和演变规律及如何利用这些规律为人类服务的科学。
气象学的研究对象：大气圈及大气圈与水土岩石圈、生物圈之间的相互作用。 精轧管
气象工作的三个内容：服务气象，资源气象，安全气象
近代气象科学的四次飞跃：
第一次飞跃:气象仪器如温度表、雨量器、气压表等相继发明，导致对信风和全球大气环流的研究。
第二次飞跃:无线电报发明，地面气象观测网产生，天气图诞生，V.Bjerknes创立了锋面学说，提出了著名的斜压概念和环流理论，从此天气学和动力气象学形成并得到发展。 骨刺灵
第三次飞跃: 无线电探空仪的发明，高空观测的迅速建立，Rossby提出了长波动力学，创立了长波理论。 Lorenz提出奇异吸引子与混沌理论。准地转理论、适应理论、突变理论和不稳定理论等相继提出并应用，大尺度天气学进入成熟阶段。
第四次飞跃:空间和地面大气遥感探测与气象信息技术系统日趋完善，大气科学试验正从局部的专业试验向全球的综合性试验过渡，气候研究正朝着更加广泛、更加综合的方向发展。
第二章 地球大气
第一节 大气的组成
地球大气由三个部分组成:干结大气，水汽，悬浮在大气中的固液态杂质。
干洁大气的定义：除去水汽及其他悬浮在大气中的固、液体质粒以外的整个混合气体。
成分变化 ：0~90km，主要成分和含量比例基本保持不变。90km以上，氮稍有减少,氧稍有增多,氩和二氧化碳明显减少,其中氧分子和氮分子开始离解 。
各大气中气体的作用
氮气（N2）：存在方式：以蛋白质的形式存在于有机体中。 作用：是有机体的基本组成部分，也是合成氮肥的基本原料。
氧气（O2）：作用：是人类和动植物维持生命活动的极为重要的气体；积极参加大气中的许多化学过程； 对有机物质的燃烧、腐败和分解起着重要的作用。
臭氧（O3）：时空变化：时间变化：最大值出现在春季，最小值出现在夏季。空间变化：水平：由赤道向两极增加。垂直： 55～60km，含量极少；20～25km，达最大值，形成臭氧层；12～15km以上，含量增加特别显著；从10km向上，逐渐增加；近地面，含量很少；
作用：对紫外线有着极其重要的调控制作用。对高层大气有明显的增温作用。
每年的9月16日为“国际保护臭氧层日”。
二氧化碳（CO2）：时间变化：a) 白天、晴天、夏季时的二氧化碳浓度小于黑夜、阴天、冬季。 b) 工业革命前小于工业革命后。 垂直： 0～20km，含量最高；
作用：绿植物进行光合作用不可缺少的原料。强烈吸收长波辐射（地面辐射、大气辐射），使地面保持较高的温度，产生“温室效应”。 2、水汽
来源：主要来自江、河、湖、海、潮湿陆面的水分蒸发以及植物表面的蒸腾。
时间：夏季多于冬季 空间：一般低纬多于高纬，下层多于上层。
作用：在天气气候变化中扮演了重要角。能强烈吸收地面放射的长波辐射并向地面和周围大气放出长波辐射，对大气起着“温室效应”。
二、大气中的杂质( Aerosols & Pollutants)
在大气中悬浮着的各种固体和液体微粒（包括气溶胶粒子和大气污染物质两大部分）。
气溶胶粒子：大气中沉降速率极小、尺度在10-4μm到100μm之间的固态和液态微粒。
分类：液体质粒、固体质粒
作用：吸收太阳辐射，使空气温度增高，但也削弱了到达地面的太阳辐射；缓冲地面辐射冷却，部分补偿地面因长波有效辐射而失去的热量；降低大气透明度，影响大气能见度；充当水汽凝结核，对云、雾及降水的形成有重要意义。 第二节 大气垂直结构
对流层：特点：主要天气现象均发生在此层。温度随高度升高而降低。（平均高度每升高100m，气温下降0.65℃。）空气具有强烈的垂直运动和不规则的乱流运动。气象要素的水平分布不均匀。厚度变化：空间：随纬度增加，厚度降低。时间：夏季大于冬季。
分层：下层、中层、上层、对流层顶。
下层（摩擦层或行星边界层）：0-2km摩擦作用、对流运动和乱流运动最强烈；
中层：2-6km 空气运动以对流为主；形成降水的重要气层。
上层：飞机飞行在此气层常出现结冰现象。
对流层顶：气温随高度变化很小，甚至成为等温状态。能见度恶化
平流层：25km以下，气温保持不变；25km以上，气温随高度增加而显著升高。空气运动以水平运动为主，无明显的垂直运动。
水汽和尘埃含量极少，晴朗少云，大气透明度好，气流比较平稳，适宜于飞机航行。
中间层：气温随高度增加迅速下降，顶部气温可降至-83℃以下。空气有强烈的垂直运动，故又称之为“高空对流层”。
热成层(热层、暖层、电离层)：气温随高度增加迅速上升。空气质点在太阳紫外辐射和宇宙高能粒子作用下，产生电离现象。
散逸层：这一层中的大气物质具有向星际空间散逸的特性，是大气圈与星际空间的过渡地带。
气象要素：表示大气状态和特征的物理量和物理现象。
第3章 辐射（重点）
辐射：物体以电磁波或粒子流形式向周围传递或交换能量的方式。
辐射能：物体以辐射的方式传递交换的能量。
特性：波粒二象性
基尔荷夫(Kirchoff)抱毯定律(选择吸收定律活塞式抽水机)
在一定温度下，任何物体对于某一波长的放射能力(eλ,T) 与物体对该波长的吸收率(aλ,T)的比值，只是温度和波长的函数，而与物体的其它性质无关。即:
Eλ,T只是波长和温度的函数。
推论：1.对不同性质的物体，放射能力较强的物体，吸收能力也较强；反之，放射能力弱者，吸收能力也弱，黑体的吸收能最强，所以它也是最强的放射物体。2.对同一物体，如果在温度T时它放射某一波长的辐射，那么，在同一温度下它也吸收这一波长的辐射。
斯蒂芬—波尔兹曼(Stefan-Boltzmann)定律
黑体的总放射能力（ET）与它本身绝对温度（T）的四次方成正比。即：
意义：物体温度愈高，其放射能力愈强。
维恩(Wien)位移定律
绝对黑体的放射能力最大值对应的波长(λm) 与其本身的绝对温度(T)成反比。即：
意义：1.物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈短，随着物体温度不断增高，最大辐射波长由长向短位移。2.太阳辐射是短波辐射，人、地面和大气辐射是长波辐射。
辐射通量及单位：定义：单位时间通过任意面积上的辐射能量。单位：J·s-1或W
光通量及单位：定义：表征辐射通量而产生光感觉的量。单位：流明（lm）
照度及单位：定义单位面积上接受的光通量。单位： lx，音译为勒克斯，1 lx=1 lm·m-2
黑体：对于投射到该物体上所有波长的辐射都能全部吸收的物体称为绝对黑体。
第二节 太阳辐射
太阳辐射强度：定义：单位时间内投射到单位面积上的太阳辐射能量。单位：W·m-2
太阳常数 （S0）定义：当地球位于日地平均距离时(约为1.496×108km)，在地球大气上界
投射到垂直于太阳光线平面上的太阳辐射强度。变化范围： 1325 W·m-2 ～1457 W·m-2 我国采用的太阳常数值为1382 W·m-2 。随太阳活动变化而变化。
太阳光量常数：定义大气上界，太阳辐射产生的平均光照强度。范围：1.35×105～1.4×105lx
太阳高度角、太阳方位角和昼长
太阳高度角：太阳光线与地表水平面之间的夹角。(0°≤h≤90°)
式中：φ为观测点纬度，δ为赤纬，ω是时角。
δ的含义：太阳直射点纬度(即太阳直射光线与赤道平面之间的夹角)。
正午时刻h的计算公式：
太阳方位角 （A）：太阳光线在水平面上的投影和当地子午线的夹角。
计算公式：
日出日没时（h=0）：
可照时数、实照时数和日照百分率
可照时数（昼长）定义：不受任何遮蔽时每天从日出到日落的总时数。单位：小时、分
计算公式：
实照时数：地面上用日照计实际测量的日照时数。
日照百分率：
锰铁合金
光照时间：光照时间＝可照时数＋曙暮光时间
曙暮光：在日出前和日落后，太阳光线在地平线以下0°～ 6°时，光通过大气散射到地表产生一定的光照强度，这种光称为曙光和暮光一般曙暮光随纬度升高而加长；夏季尤为显著。
3、大气对太阳辐射的减弱
（1）减弱方式：1.吸收作用
主要的吸收成分：氧、臭氧、水汽和CO2
气体成分 | 强吸收波段 | 弱吸收波段 |
氧 | <200nm的紫外光 | 690~760nm的可见光 |
臭氧 | 200~320nm的紫外光 | 600nm的可见光 |
水汽 | 930~1500nm的红外光（三个强吸收带） | 600~700nm的可见光（三个弱吸收带） |
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2.散射作用：当太阳辐射通过大气时，遇到大气中的各种质点，太阳辐射能的一部分散向四面八方，称为散射。
雷莱分子散射定律
当大气干洁，质点半径小于200nm时，散射值与入射光波长的四次方成反比。
意义：入射光波长愈短，散射能力愈强。
漫射：当大气混浊，质点半径＞10,000nm时，入射光的各种波长具有同等散射能力，散射系数不再随波长改变，称之为漫射。
反射作用 ：参与反射作用的物质。大气中较大的尘粒和云滴、云层
（2）减弱因素：大气质量(m)， 大气透明系数(P)
大气质量(m) ：太阳光通过大气路径的长度与大气铅直厚度之比。
大气质量m随太阳高度的增高而减小，当太阳高度低时，m值的增大特别迅速。
大气透明系数(P)：透过一个大气质量(m＝1)后的太阳辐射强度 (S1)与透过前的太阳辐射强度(S0)之比，即：
到达地面的太阳辐射强度到达地面的太阳总辐射由太阳直接辐射强度和天空辐射强度组成。
太阳直接辐射强度定义单位时间内以平行光形式投射到地表单位水平面积上的太阳辐射能。
影响因子：大气透明系数(P )、大气量( m )和太阳高度角（h）影响，此外，纬度、海拔、坡度坡向和云量有间接或直接的影响。
第3节 地面辐射差额
一、地面辐射(Ee)：地面昼夜不停的向外放射辐射能，称为地面辐射(Ee)。 白天>夜间
二、大气辐射：大气辐射：大气向外的辐射。大气逆辐射(Ea)：大气辐射中传向地面的辐射。
三、地面有效辐射(E0)：地面辐射与被地面吸收的大气逆辐射之差。亦称净红外辐射
温室效应：大气中各种微尘和二氧化碳成分的存在，犹如温室覆盖的玻璃一样，阻挡了地
面向外的辐射，增强大气逆辐射，对地面有保温和增温作用，这种现象称为大气温室效应。
消防管道防冻大气阳伞效应：大气中微尘和二氧化碳的增加，犹如在阳光下撑了一把伞，减弱了到达地面的太阳辐射，对地面有降温作用，这种现象称之为大气阳伞效应。
五、地面辐射差额(B)：在单位时间内，单位面积地面所吸收的辐射与放出的辐射之差，称为地面辐射差额(R)。也称地面净辐射。
地面辐射平衡公式：
第4章 温度
第1节 热量收支
热量平衡过程：地球表面吸收太阳辐射能后，会通过各种热量收支方式，产生能量的转换和输送而达到平衡，这样的物理过程称为热量平衡过程。
