《大气物理学III》教学大纲

1、大气物理学IIIAtmospheric Physics I一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分：3学分课程总学时：32学时，其中讲课：32学时课程性质：必修开课学期：第3学期先修课程：高等数学、大学物理。适用专业：大气科学类专业教材：大气物理学，北京大学出版社，盛裴轩，毛节泰等，2003。开课单位：大气物理学院大气物理系二、课程性质、教学目标和任务大气物理学是研究大气的物理现象、物理过程及其演变规律的大气科学的分支学科。它既是大气科学的基础理论部分，又是环境科学的一个部分。该课程的学习，使学生系统掌握大气物理学各方面的基础理论知识，为以后的动力气象学、云物理学及边界层气象学等专业课的学

2、习奠定基础。本课程主要讲述：大气中各种气体成分的性质、各种气象要素的定义与计算、大气的垂直分层；大气静力学；大气热力学的基本概念和基本定律、各种热力过程和温湿参量；大气层结稳定度；辐射的基本概念和基本定律、太阳短波辐射在大气中的传输、地球长波辐射在大气中的传输；大气光学现象等大气学科的基础知识。三、教学内容和要求1. 地球大气的演化（1学时）（1）了解太阳系形成和行星大气成分；（2）理解地球大气的演化过程。重点：大气演化过程及其主要成分考点：大气演化三个阶段及其特点2.大气成分与大气分层（4学时）（1）理解空气的主要成分；（2）掌握大气分层的方法，大气垂直结构、特点及大气质量计算方法；（3）了

3、解大气的主要下垫面海洋的物理特性。重点：大气的基本特点（干洁大气，湿空气），大气组成的两种分类方法（浓度、停留时间），一些主要气体成分的基本特征，二氧化碳及其气候效应，臭氧的特性、臭氧空洞概念及其形成原因；光化学污染，酸雨，气溶胶的概念、分类方法及其主要作用；按温度划分的大气各层特征，大气上界，臭氧加热原因。3. 基本气象要素和空气状态方程（6学时）（1）掌握温湿变量的表示方法；（2）掌握状态方程（3）理解虚温、水汽和大气气溶胶的作用等概念。重点：温度：温标；湿度：混合比、比湿、水汽压、饱和水汽压（基本特点）、相对湿度、水汽密度、露点/霜点（零度以下两者的差异），湿度参量之间的关系；风：三维风

4、速和风向、极坐标和直角坐标下的风向差别，状态方程：理想气体方程、干/湿空气状态方程（推导和计算），虚温。难点：露点的概念及其与实际水汽压的关系，克拉柏龙克劳修斯方程物理意义（图形和规律）。4. 大气静力学（5学时）（1）掌握大气静力学方程及物理意义；（2）理解模式大气和气压位势高度公式并能实际应用；（3）了解标准大气和气压的时空分布；重点：大气静力学方程推导，气压阶、气压标高和海平面气压，等温大气，多元大气，均质大气压高公式推导及应用；自由对流垂直温度递减率概念，数值范围；标准大气：位势高度概念。大气热力学基础（16学时）（1）掌握大气热力学基本定律；（2）理解描述大气热力学状态的热力学方程；

5、（3）掌握大气热力学过程和大气静力稳定度；（4）掌握热力学图表并能用其描述大气热力学过程和静力稳定度分析；（5）了解绝热混合过程和等压冷却过程；（6）了解大气热力学中的温湿参量；（7）了解逆温层的概念。重点：干绝热过程和湿绝热过程以及两种过程所涉及的主要概念（如假相当位温与相当位温）；焚风（概念和应用）；大气（层结）静力稳定度的概念，气层的不稳定能量，条件性不稳定的类型，相当温度和湿球温度的概念，条件性不稳定的类型，对流性不稳定概念。热力学图解及其在温湿要素求解、热力学过程、大气稳定度分析等方面的应用。难点：热力学态函数及比熵等方程的推导和应用，克拉珀龙克劳修斯方程，相当温度和湿球温度的物理过程，使用热力学图解分析气块越山，基于探空资料的大气层结特征分析，气块升降过程中水汽和液态水含量的转化，大气静力稳定度的几种判据，潜在不稳定类型。四、课程考核（1）作业和报告：作业：23次，课程论文：1篇。（2）考核方式：闭卷考试。（3）总评成绩计算方式：平时成绩占20%、期中考试成绩占30%，期末考试成绩占50%。（4）是否使用多媒体：是。五、参考书目（1）大气科学，（美）J.M. Wallace, P.V. Hobbs 著，何金海等译，科学出版社，2008年。（2）大气辐射导