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本書以物理學規律和動力學方法為基礎來解釋地球氣候的形成及其演變特徵。主要內容包括：氣候系統的物理描述，氣候系統的輻射傳輸、能量平衡、回饋機制、敏感性和穩定性，氣候系統的內部與強迫振盪，氣候變化形成機理，氣候模擬與預測等。
通過學習，可使學生對物理氣候學中的基本概念、基本理論和基本方法有較為深刻的理解和掌握，為進一步學習後續專業課程及從事氣候變化等相關領域的研究打下堅實的理論基礎。本書適合於大氣科學、地理學、生態學、環境科學等專業的本科生和研究生使用，也可供從事氣候變化研究的人員參考。
黃建平
長期從事氣候變化的觀測和理論研究，組建了半乾旱氣候變化教育部重點實驗室。帶領研究團隊在我國西北地方建立了具有國際水準的半乾旱氣候與環境觀測站（SACOL），系統獲取了我國西北典型半乾旱區長期連續的高精度觀測資料，揭示了氣溶膠光學特性、雲微物理特性、輻射收支和陸-氣相互作用的典型特徵。全面開展了我國西北地方沙塵氣溶膠微物理特性、三維分佈特徵和傳輸過程的研究。系統深入地研究了我國西北地方沙塵氣溶膠直接、間接和半直接氣候效應。
前言
第1章 緒論
1.1 與氣候有關的一些概念
1.2 氣候學的發展
1.2.1 氣候學的萌芽階段
1.2.2 氣候學的形成階段
1.2.3 傳統氣候學階段
1.2.4 現代氣候學階段
1.3 氣候學的重大變革
1.4 氣候學的主要分類
1.5 物理氣候學的研究內容
參考文獻
第2章 氣候系統的物理描述
2.1 系統的概念
2.2 氣候系統及其組成
2.3 氣候系統的屬性和物理過程
2.3.1 氣候系統的屬性
2.3.2 氣候系統的熱量平衡
2.3.3 氣候系統的內部回饋
2.3.4 氣候系統的外部強迫
2.3.5 氣候系統對外部強迫的敏感性
2.4 海氣系統的耦合
2.5 水分迴圈
2.6 生物一地球化學迴圈
2.6.1 氧迴圈
2.6.2 碳迴圈
2.6.3 其他迴圈
參考文獻
第3章 氣候系統的基本方程
3.1 大氣運動方程組
3.2 海洋運動方程組
3.3 陸面過程的基本方程
3.3.1 動量通量公式
3.3.2 地氣交界面的能量平衡方程
3.3.3 陸面的熱量平衡方程
3.3.4 陸面水分平衡方程
3.4 海冰系統方程組
3.4.1 無雪覆蓋海冰系統的熱力學方程組
3.4.2 有雪覆蓋海冰系統的熱力學方程組
3.4.3 海冰系統的動力方程
3.5 氣候系統的宏觀描述
參考文獻
第4章 氣候系統中的輻射傳輸
4.1 大氣中輻射傳輸的基本特性
4.1.1 太陽光譜和大氣的吸收譜
4.1.2 Lambert和Kirchhoff定律
4.1.3 輻射傳輸方程
4.2 輻射強迫
4.2.1 輻射強迫的新概念
4.2.2 ERF、兩種計算方法及其優缺點
4.3 溫室氣體排放指標
4.3.1 指標的簡介
4.3.2 全球增溫潛能的概念
4.3.3 全球溫變潛能的概念
4.4 輻射一對流模式
4.4.1 模式的基本原理
4.4.2 短波輻射加熱率
4.4.3 長波輻射冷卻率
4.5 輻射與化學過程的耦合相互作用
參考文獻
第5章 氣候系統的能量平衡
5.1 零維模式
5.1.1 基本方程和平衡態
5.1.2 射出長波輻射R↑的經驗公式
5.1.3 敏感性分析
5.1.4 隨時間變化的解
5.1.5 對週期外源強迫的回應
5.2 一維模式
5.2.1 入射的太陽短波輻射
5.2.2 水準輸送的極端情況
5.2.3 熱量水準輸送的參數化
5.2.4 常係數一維模式的解
5.2.5 與Budyko模式的比較
5.2.6 冰線緯度與太陽輻射強度的關係
5.3 Sellers的一維模式
5.4 一維季變模式
5.5 二維模式
5.5.1 常係數二維能量平衡模式的解
5.5.2 將下墊面狀況的地理分佈引入模式
5.5.3 二維季變模式
5.6 水準二維上翻一擴散耦合模式
5.6.1 模式方程組
5.6.2 模式的解析解
5.6.3 對CO2增加的局地瞬態回應
5.7 耦合能量平衡模式存在的問題
參考文獻
第6章 氣候系統的回饋機制
6.1 回饋的概念
6.2 回饋效應的定量描述
6.3 回饋回應的特徵時間
6.4 氣候中一些主要的回饋機制
6.4.1 氣候中一些主要的正回饋的例子
6.4.2 負反饋的例子
6.5 生物一地球物理回饋
6.6 雲的回饋調節作用
6.6.1 簡化的海氣耦合距平模式
6.6.2 雲調節的海氣系統的長期振盪
6.6.3 雲量一地表溫度回饋
參考文獻
第7章 氣候系統的敏感性
7.1 氣候敏感性的概念
7.1.1 氣候敏感性的概念
7.1.2 氣候敏感性參數
7.2 氣候的敏感性估算
7.2.1 無回饋時的氣候敏感性
7.2.2 回饋對敏感性的影響
7.3 影響氣候敏感性的因數
7.3.1 影響□(數學符號)的因數
7.3.2 影響□(數學符號)的因數
7.4 氣候對CO2和痕量氣體的敏感性
7.4.1 C02濃度加倍對氣候的影響
7.4.2 其他痕量氣體引起的氣候變化
7.5 氣候對氣溶膠的敏感性試驗
7.5.1 氣溶膠對氣候的影響
7.5.2 核戰爭可能引起的氣候變化
7.6 氣候對軌道參數和太陽常數變化的敏感性
7.6.1 地球軌道參數變化的影響
7.6.2 太陽常數變化的影響
7.7 氣候對內部因數變化的敏感性
參考文獻
第8章 氣候系統的穩定性
8.1 零維系統的穩定性分析
8.1.1 非線性零維模式
8.1.2 線性穩定性分析
8.1.3 非線性有限振幅的穩定性分析
8.2 非線性一維模式
8.2.1 複合反照率
8.2.2 極端輸送的情況
8.2.3 常係數擴散模式的平衡解
8.2.4 變係數擴散模式的平衡解
8.3 一維系統的穩定性分析
8.3.1 線性穩定性分析
8.3.2 有限振幅的穩定性分析
8.4 小冰蓋不穩定
8.5 氣候突變
8.6 非線性二維季變模式
8.7 二維能量平衡模式對荒漠化類比的研究
參考文獻
第9章 氣候系統的內部振盪
9.1 30～60天低頻振盪
9.2 大氣濤動
9.2.1 北大西洋濤動(NAO)
9.2.2 北太平洋濤動與南方濤動(NP0與S0)
9.2.3 南極濤動
9.3 E1 Nino與南方濤動
9.4 准兩年振盪(QBO)
9.5 海冰氣耦合振盪
9.5.1 確定系統的週期振盪
9.5.2 回饋系統對隨機擾動的回應
參考文獻
第10章 氣候系統的強迫振盪
10.1 強迫振盪的物理機制
10.2 氣候的日變化和年變化
10.3 太陽活動和軌道變化引起的強迫
10.3.1 太陽活動強迫
10.3.2 軌道變化強迫
10.4 米蘭柯維奇(Milankovitch)週期
10.5 銀河年與大冰期
10.5.1 萬有引力係數(G)變化說
10.5.2 銀道面物質分佈不均說
10.5.3 銀河系懸臂影響說
10.6 火山活動
參考文獻
第11章 氣候變化的形成機制
11.1 影響氣候及其變化的物理過程
11.1.1 氣候形成和維持的物理過程
11.1.2 造成氣候變化的物理過程和因數
11.2 氣候演變的時空尺度
11.3 氣候變化的形成機制
11.4 增溫停滯與協同振盪
11.5 海陸熱力差異對增溫停滯的影響
11.6 熱帶海溫異常對北美降溫的影響
參考文獻
第12章 氣候模擬和預測
12.1 緯向平均動力學模式
12.1.1 緯向平均模式的設計
12.1.2 渦旋輸送的參數化
12.1.3 氣候敏感性試驗
12.2 相似一動力預報模式
12.2.1 相似一動力模式的基本原理
12.2.2 相似一動力模式的建立
12.2.3 模式的數值求解
12.2.4 季節預報試驗結果
12.2.5 相似一動力方法在複雜模式中的應用
12.3 大氣環流模式
12.4 地球系統模式
12.5 利用歷史資料訂正氣候預估
參考文獻
編後記
