气象学与生活-原书第12版 2016
The Atmosphere:
An Introduction to Meteorology,
12th Edition
[美]Frederick K. Lutgens
Edward J. Tarbuck著
[美]Dennis
Tasa绘
陈星 黄樱等译
本书从科学探索的角度和物理学原理出发，详细介绍了气象学的基本概念和原理，包括：地球主要组成圈层、大气组成、物理性质、空间结构、要素变化；大气运动各种过程的物理原因；地球上各种天气和气候现象、形形色色的云和降水的形成原因；气压和风、气团、气旋和锋面天气的形成；强对流、雷暴、龙卷风和飓风（台风）等灾害性天气；人工影响天气的各种途径、天气分析和预报的方法、卫星在天气预报中的应用；空气污染及其原因；气候变化与气候系统、人类对全球气候的影响、全球变暖的可能后果、世界气候和气候分类及大气中各种奇特的光学现象和形成的原理等。本书内容丰富、概念清楚、深入浅出、图文并茂。可以作为对气象学感兴趣的人们学习了解大气变化奥秘的入门读物，也可作为高等院校非大气科学专业学生的通识课程参考教材，并可供气象学相关专业人员作为参考书和工具书。
作者简介
陈星，博士，南京大学大气科学学院教授、博士生导师。毕业于南京大学，主要从事气候学和气候变化相关的研究和教学工作。Fred Lutgens和Ed Tarbuck是伊利诺伊中央学院的退休教授，他们自1970年开始成为好朋友、好同事，有超过60年的地理科学的本科生教学经验，都引各自在教学封面的出色表现获得多种荣誉。他们自1976年开始出版**本大学教材――地球科学，获得教材与专著作者协会的McGuffy奖。1983年开始，绘图作者Dennis Tasa加入他们的作者团队，三人一起合作了超过25个地理科学方面的教材项目。
译者序
刚拿到“The Atmosphere：An Introduction
to Meteorology的第12版原版书，就急切地浏览了书的目录和全书各章内容。虽然这只是一本普通的、几乎没有任何数学公式的有关气象学的概论性教材，却一下就让我爱不释手。我从事气象学相关教学30多年，见过国内外许多类似教科书，我自己也编写过教材，然而这一本现译名为《气象学与生活》的书却让我耳目一新！
作为专业教材或科学专业图书，很容易描述太专业化、太深奥而让人感到枯燥乏味，望而却步。因此，如何将专业性、趣味性、可读性很好地融合在一起，对于科学专业书籍是否受欢迎至关重要。而由Frederick K. Lutgens和Edward J. Tarbuck合作编写，由Dennis Tasa承担绘图和美工设计的这本《气象学与生活》做到了这一点。30多年来，这本书先后修订了12版，畅销不衰，深受欢迎和好评。Frederick K. Lutgens与Edward J. Tarbuck从20世纪70年代起就是好朋友和同事，已经有50多年的教学和编写大学教材的经历，而且他们都是公认的杰出和著名的教授。从1983年起，Dennis Tasa加入了他们的团队。他们三人合作的这本书不仅涵盖了所有气象学科学问题的详细信息和内容，而且包括了过去几十年来的重要天气事件信息、典型的灾害性天气事件和资料介绍，在本书译稿中我们将这些介绍分别归类为“极端灾害性天气”和“知识窗”，作为正文知识的补充。
气象学或大气科学是研究和探讨各类天气现象、气候变化及其形成原因的科学。如果你对这一科学感兴趣，那么这本《气象学与生活》就是为你开启这一科学大门的极佳读物。该书概念清楚、简捷明了，很容易阅读理解，不需要太多的数学基础就可以获得你所关心和感兴趣的气象学问题的最基本、最全面的知识，进而初步了解天气和气候是如何形成和变化的。
本书作者从科学探索的角度和物理学原理出发，配以丰富精美的图表，系统详细、深入浅出地介绍了气象学最基本的概念和原理。作者没有使用任何复杂的数学公式就将各种天气过程和现象的物理原理讲得清清楚楚，并在其中穿插了人们发现天气现象形成原因的历史进程和故事，使得阅读更有趣味性。虽然书中使用的许多有关天气的例子和图取自北美大陆，但并不影响读者对科学概念的理解和认识，而且在讨论气候变化、空气污染等全球性问题时，作者仍引用了全球各地甚至中国的例子。全书的章节和知识窗的安排具有很好的逻辑和衔接，可以帮助读者理解相关知识点；同时各章又都是一个相对完整的知识体系。因此，在阅读该书时，既可以系统地从头到尾循序渐进地逐章阅读,也可以作为工具书随意查找某些知识点和资料；同时，“极端灾害性天气”和“知识窗”两个栏目还可以作为资料卡片来阅读，以了解相关的概念和一些特殊天气事件。本书的另一个特点是，作者始终关注和强调人与天气的关系：人们认识天气过程是为了更好地预报天气，进而更有效地减少异常恶劣天气和气候灾害给人们日常生活与活动带来的损失，并充分利用气候资源，如太阳能、风能等为人类服务。
近几十年来，越来越多的极端天气和气候事件给人们带来巨大的生命和财产损失，全球气候变化问题越来越引起人们的广泛关注。人们常常在谈论频繁的强台风的肆虐、大暴雨带来的洪涝和城市内涝、极端严寒冰冻和热浪酷暑、空气污染和雾霾，还有“千年极寒”、“微冰期”等，似乎这些年来天气和气候从来没有正常过。每当出现异常天气气候和极端灾害性天气事件时，都会引起社会和媒体的极大关注，会通过电话或邮件来询问是不是气候异常？为什么会这样？是不是与全球气候变暖有关？亲朋好友也会提出各种各样有关天气和气候变化及空气污染的问题。此外，人们日常更为关心的是天气预报准不准。可以看出，无论是从事什么行业的人们，都越来越关心我们所面临的天气和经历的气候变化，渴望了解天气和气候的变化原因。因此，了解和掌握一些基本的气象和气候学的知识可以帮助人们认识天气和气候变化的奥秘和原因，而这本《气象学与生活》就是一个好的选择。读完这本书，你就会对上述问题有更多的了解，甚至可能成为一名不错的业余气象专家。
在这里，我要感谢我的同事黄樱博士，还有研究生惠画、王娜、于雪莹、孟翊星和陈樹，他们参与了本书部分章节的翻译工作，使得翻译得以在较短的时间内完成。
面对变幻莫测的天气和不断变化的气候，人类需要不断地探索地球大气的奥秘，寻求与自然和谐相处之路。我相信，《气象学与生活》的翻译出版将会使更多的人们对气象学这一科学产生兴趣，并在认识和了解大气与天气奥秘的过程中获得乐趣，从而使我们的生活因气象万千而更加丰富多彩。是为序。
陈星
2016年8月10日于南京仙林
前言
在自然环境中，很少有像我们称之为天气的现象能对我们日常生活产生这么大的影响。各种媒体每天都会把大量的天气事件作为主要新闻加以报道——这充分反映了人们对大气是多么感兴趣和多么好奇！
不仅大气影响人们的生活，人们也对大气造成显著影响。人们通过改变大气的成分而减少了平流层的臭氧、在全世界的城市和乡村造成严重的空气质量问题；还有，人类产生的排放很可能在全球气候变化中起着重要作用，这正是人类在21世纪所面临的最严重的环境问题之一。
为了了解影响我们日常生活的天气现象和与大气有关的严重环境问题，扩展我们对气象学原理的认识十分重要。一本基础的气象学教科书，可以让我们对天气产生极大的兴趣和好奇心，激起我们去了解人类是如何影响大气环境的愿望。
本书就是一本为了满足有这种愿望的人们需要的基础读物。我们希望这本书所介绍的知识，能激励更多的人积极投入到环境改善中去；甚至有些人由此而立志于继续气象学的研究。同样重要的是，我们相信，对大气及其过程最基本的了解将使读者更多地去欣赏我们的地球，并由此而使日常生活更加丰富多彩。
此外，除了给出大量信息和新的内容以外，本书以其可读性和人性化的内容，适合初学者作为一本非常有用的学习基本气象学原理和概念的工具书。
图书目录
第1章大气概述
1.1大气——天气和气候
1.1.1美国的天气
1.1.2气象学、天气和气候
1.2大气灾害：来自自然的袭击
1.3科学探索的本质
知识窗1.1从外空看地球
1.3.1假设
1.3.2理论
1.3.3科学方法
1.4地球圈
1.4.1地质圈
1.4.2大气圈
1.4.3水圈
1.4.4生物圈
1.5地球是一个复杂系统
1.5.1地球系统科学
1.5.2地球系统
知识窗1.2地球的子系统之一的碳循环
1.6大气的组成
1.6.1大气的主要成分
知识窗1.3地球大气的形成与演变
1.6.2二氧化碳
1.6.3变化的大气成分
1.7臭氧减少——一个全球性问题
1.7.1南极臭氧洞
1.7.2臭氧减少的效应
1.7.3蒙特利尔议定书
1.8大气层的垂直结构
1.8.1气压变化
1.8.2温度变化
1.9大气成分的垂直变化
1.9.1电离层
1.9.2极光
第2章地球表面和大气加热过程
2.1日地关系
2.1.1地球的运动
2.1.2季节是怎样形成的
2.1.3地球的朝向
2.1.4两至点和两分点
知识窗2.1季节变化
2.2能量、温度和热量
2.2.1能量的形式
2.2.2温度
2.2.3热量
2.3热量传输机制
2.3.1传导
2.3.2对流
2.3.3辐射
2.3.4辐射定律
知识窗2.2辐射定律
极端灾害性天气2.1紫外线指数
2.4太阳入射辐射
2.4.1反射与散射
2.4.2太阳辐射的吸收
2.5大气圈中各种气体的作用
2.5.1加热大气
2.5.2温室效应
2.6地球的热量收支
2.6.1年能量平衡
知识窗2.3太阳能
2.6.2热量平衡的纬度分布
第3章温度
3.1气温记录资料
3.1.1基本计算方法
3.1.2等温线
3.2影响气温的因素
3.2.1海陆分布
知识窗3.1北美最热和最冷的地方
3.2.2洋流
3.2.3海拔高度
3.2.4地理位置
3.2.5云量和反照率
极端灾害性天气3.1热浪
3.3温度的全球分布
知识窗3.2纬度与温度较差
3.4气温变化的周期
3.4.1气温日变化
知识窗3.3城市热岛效应：城市是如何影响温度的？
3.4.2温度日变化幅度
3.4.3温度的年变化
3.5气温的测量
3.5.1机械式温度计
3.5.2电子温度计
3.5.3百叶箱
3.6温标
知识窗3.4气温资料的用途
3.7炎热和风寒：人体不舒适指数
3.7.1炎热——高温高湿
3.7.2风寒——大风降温作用
第4章水分和大气稳定度
4.1大气中水的运动
4.2水：独特的物质
4.3水的相变
4.3.1冰、液态水和水汽
4.3.2潜热
4.3.3蒸发和凝结
4.4湿度：空气中的水汽
4.5水汽压与饱和
4.6相对湿度
知识窗4.1干空气的相对湿度是100%吗？
4.6.1相对湿度如何变化？
知识窗4.2增湿器和除湿器
4.6.2相对湿度的自然变化
4.7露点温度
4.8如何测量湿度？
4.9绝热温度变化
4.9.1绝热冷却和凝结
4.10空气抬升过程
4.10.1地形抬升
知识窗4.3降水记录和山地地形
知识窗4.4山地效应：迎风坡降水和背风坡无雨带
4.10.2锋面楔入
4.10.3辐合
4.10.4局地对流抬升
4.11恶劣天气的起因：大气稳定度
4.11.1稳定度类型
4.11.2稳定度和每日天气
4.11.3稳定度如何变化？
4.11.4温度变化和稳定度
4.11.5空气垂直运动和稳定度
第5章凝结和降水类型
5.1云的形成
5.1.1高空凝结
5.1.2云滴的增长
5.2云的分类
5.2.1高云
5.2.2中云
5.2.3低云
5.2.4垂直发展型云（直展云）
5.2.5云的形态变化
知识窗5.1飞机航迹和云量
5.3雾的类型
5.3.1冷却雾
5.3.2蒸发雾
5.4降水的形成
知识窗5.2科学与意外发现
5.4.1冷云降水：伯杰龙过程
5.4.2暖云降水：碰并过程
5.5降水的类型
5.5.1雨
5.5.2雪
5.5.3雨夹雪和冻雨
5.5.4冰雹
5.5.5雾凇
极端灾害性天气5.1最糟糕的冬天
5.6降水的观测
5.6.1标准雨量计
5.6.2降雪测量
5.6.3天气雷达测量降水
5.7人工影响天气
5.7.1人工增雨（雪）
5.7.2人工驱云消雾
5.7.3人工消雹
5.7.4预防霜冻
第6章气压和风
6.1风和气压
6.2气压的测量
6.3气压随海拔高度变化
6.4气压变化的原因
6.4.1温度对气压的影响
知识窗6.1气压与航空
6.4.2水汽对气压的影响
6.4.3气流和压力
6.5影响风的因素
6.5.1气压梯度力
6.5.2科里奥利力（地球自转偏向力、科氏力）
6.5.3摩擦力
6.6高空风
6.6.1地转流
6.6.2曲线流和梯度风
知识窗6.2棒球在丹佛的库尔斯球场真的会飞得更远吗？
6.7地面风
6.8风与空气的垂直运动
6.8.1气旋和反气旋的垂直气流
6.8.2影响垂直气流的因子
6.9风的观测
知识窗6.3风能：一种潜在的替代能源
第7章大气环流
7.1大气运动的尺度
7.1.1小尺度环流和大尺度环流
知识窗7.1尘卷风
7.1.2风场结构
7.2局地风
7.2.1海陆风
7.2.2山谷风
7.2.3钦诺克风（焚风）
7.2.4下坡风（下降风）
7.2.5乡村风
7.3全球环流
7.3.1单圈环流模型
极端灾害性天气7.1圣安娜风（干热风）与山火
7.3.2三圈环流模型
7.4气压带与风
7.4.1理想的纬向气压带
7.4.2半永久性气压系统：真实大气
7.5季风
7.5.1亚洲季风
7.5.2北美季风
7.6西风带
7.6.1为什么存在西风带？
7.6.2西风带的波动
7.7急流
7.7.1极地急流
7.7.2副热带急流
7.7.3急流和地球热量收支
7.8全球风场和洋流
7.8.1洋流的重要性
7.8.2洋流和涌升流
7.9厄尔尼诺、拉尼娜和南方涛动
7.9.1厄尔尼诺的影响
7.9.2拉尼娜的影响
7.9.3南方涛动
7.10全球降水分布
7.10.1降水的纬向分布
7.10.2陆地上的降水分布
知识窗7.2假想大陆上的降水季节特征
第8章气团
8.1什么是气团
8.1.1气团的源地
8.1.2气团的分类
8.1.3气团的变性
8.2北美气团的特征
8.2.1极地大陆（cP）气团和北极大陆（cA）气团
8.2.2湖泊效应降雪：暖水上的冷空气
极端灾害性天气8.1西伯利亚寒流
8.2.3极地海洋（mP）气团
8.2.4热带海洋（mT）气团
极端灾害性天气8.2湖泊效应产生的暴风雪
极端灾害性天气8.32011年1月12日，一次典型的东北风暴
8.2.5热带大陆（cT）气团
第9章中纬度气旋
9.1锋面天气
9.1.1暖锋
9.1.2冷锋
9.1.3静止锋
9.1.4锢囚锋
9.1.5干线
9.2中纬度气旋与极锋理论
9.3中纬度气旋的生命周期
9.3.1形成：两个气团的碰撞
9.3.2气旋流的发展
9.3.3中纬度气旋的成熟阶段
9.3.4锢囚：消亡的开始（消亡阶段）
9.4理想的中纬度气旋天气
知识窗9.1预报的工具——风
9.5高空气流与气旋形成
9.5.1气旋性和反气旋性环流
9.5.2高空辐散与辐合
9.6中纬度气旋的形成区域
9.6.1气旋移动类型
9.6.2高空气流与气旋移动
9.7反气旋天气与大气阻塞
9.8中纬度气旋个例研究
极端灾害性天气9.12008年和1993年美国中西部大洪涝
9.9现代观点：传送带模型
第10章雷暴与龙卷风
10.1名称的含意
10.2雷暴
10.3气团雷暴
10.3.1发展阶段
10.3.2发生区域
10.4强雷暴
10.5超级单体雷暴
10.5.1飑线
10.5.2中尺度对流复合体
极端灾害性天气10.1突发洪水——雷暴雨的头号杀手
10.6闪电和雷声
极端灾害性天气10.2下击暴流
10.6.1闪电发生的原因
10.6.2雷击
10.6.3雷声
10.7龙卷风
10.7.1龙卷风的发生与形成
10.7.2龙卷风气候学
极端灾害性天气10.3强龙卷风后的幸存
10.7.3龙卷风的特征
10.8龙卷风的破坏性
10.8.1龙卷风强度
10.8.2死亡率
10.9龙卷风预报
10.9.1龙卷风监视和警报
10.9.2多普勒雷达
第11章飓风
11.1飓风概况
知识窗11.1角动量守恒
11.2飓风的形成与消亡
11.2.1飓风的形成
11.2.2飓风消亡
11.3飓风的破坏性
11.3.1萨菲尔—辛普森分级
11.3.2风暴潮
11.3.3大风灾害
11.3.4强降雨和内陆洪水
极端灾害性天气11.1气旋纳吉斯
11.3.5飓风强度评估
11.4飓风的探测、跟踪和监控
11.4.1卫星监测
11.4.2飞机勘测
11.4.3雷达和数据浮标
11.4.4飓风监视和警报
11.4.5飓风预报
第12章天气分析和预报
12.1气象业务概述
12.2天气分析
12.2.1获取数据
12.2.2绘制天气图
知识窗12.1制作天气图
12.3计算机在天气预报中的应用
12.3.1数值天气预报
知识窗12.2数值天气预报
12.3.2集成预报
12.3.3预报员的作用
12.4其他预报方法
12.4.1持续性预报
12.4.2气候学预报
12.4.3类比法
12.4.4趋势预报
12.5高空环流和天气预报
12.5.1高空图
12.5.2高空气流与地面天气预报
12.6长期天气预报
12.7预报准确率
12.8卫星在天气预报中的应用
12.8.1气象卫星图像
12.8.2卫星探测的其他内容
第13章空气污染
13.1空气污染的危害
13.2空气污染源和类型
13.2.1一次污染物
极端灾害性天气13.11952年伦敦大烟雾
知识窗13.1污染正在改变气候
13.2.2二次污染物
13.3空气质量的变化趋势
13.3.1质量标准的建立
13.3.2空气质量指数
13.4影响空气污染的气象因素
13.4.1风
极端灾害性天气13.2从空中看空气污染过程
13.4.2大气稳定度
13.5酸雨
13.5.1酸雨的范围和强度
13.5.2酸雨的危害
第14章变化的气候
14.1气候系统
14.2气候变化的检测
14.2.1海底沉积物——气候资料的仓库
14.2.2氧同位素分析
14.2.3冰川中的气候变化记录
14.2.4树轮——环境历史档案
14.2.5其他类型的代用资料
14.3气候变化的自然原因
14.3.1板块构造与气候变化
14.3.2火山活动与气候变化
知识窗14.1地质时期的火山活动与气候变化
14.3.3地球轨道变化
14.3.4太阳活动与气候
14.4人类对全球气候的影响
14.4.1二氧化碳、微量气体和气候变化
14.4.2大气二氧化碳含量的增加
14.4.3大气响应
14.4.4微量气体的作用
14.5气候反馈机制
14.5.1气候反馈机制的种类
14.5.2气候模式：重要但尚不完善的工具
14.6气溶胶对气候的影响
14.7全球变暖的可能后果
14.7.1海平面上升
14.7.2变化的北极
14.7.3增大的海水酸性
14.7.4意想不到的后果
第15章世界气候
15.1气候的分类
知识窗15.1气候图
15.2气候控制因素：概述
15.2.1纬度
15.2.2海陆分布
15.2.3地理位置与盛行风向
15.2.4山脉高原
15.2.5洋流
15.2.6气压和风
15.3世界气候综述
15.4潮湿的热带气候（Af，Am）
知识窗15.2热带雨林砍伐对土壤的影响
15.4.1温度特征
15.4.2降水特征
15.5热带干湿季气候（Aw）
15.5.1温度特征
15.5.2降水特征
15.5.3季风
15.5.4气候类型的变型Cw
15.6干旱气候（B）
15.6.1“干旱”意味着什么？
15.6.2副热带沙漠气候（BWh）和草原气候（BSh）
15.6.3西海岸副热带沙漠气候
15.6.4中纬度沙漠（BWk）和草原气候（BSk）
15.7冬季温和湿润的中纬度气候带（C）
15.7.1副热带湿润气候（Cfa）
15.7.2西海岸海洋性气候（Cfb）
15.7.3副热带夏干（地中海）气候（Csa，Csb）
15.8冬季寒冷的湿润大陆气候（D）
15.8.1湿润的大陆性气候（Dfa）
15.8.2副极地气候（Dfc，Dfd）
15.9极地气候（E）
15.9.1苔原气候（ET）
15.9.2冰原气候（EF）
15.10高原气候
极端灾害性天气15.1干旱——代价巨大的大气灾害
第16章大气的光学现象
16.1光和物质的相互作用
16.1.1反射
16.1.2折射
16.2海市蜃楼
知识窗16.1高速公路海市蜃楼是真的吗？
16.3彩虹
16.4光晕、幻日和日柱
16.5光环
16.6其他光学现象
16.6.1华
16.6.2彩虹云
