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大氣物理學(xué)

大氣物理學(xué)

大氣物理學(xué)是研究大氣的物理現(xiàn)象、物理過程及其演變規(guī)律的學(xué)科,是大氣科學(xué)的一個(gè)分支。它主要研究大氣中的聲象、光象、電象、輻射過程、云和降水物理、近地面層大氣物理、平流層和中層大氣物理,既是大氣科學(xué)的基礎(chǔ)理論部分,又是環(huán)境科學(xué)的一個(gè)部分。

大氣物理學(xué) - 簡介

趙九章,著名大氣物理學(xué)家

大氣物理學(xué)(atmospheric physics)研究大氣中各種物理現(xiàn)象和過程及其演變規(guī)律的學(xué)科。大氣科學(xué)的一個(gè)分支。它主要研究大氣中的聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和輻射過程,云和降水物理,大氣底層的邊界層大氣物理,平流層和中層大氣物理,既是大氣科學(xué)基礎(chǔ)理論的一個(gè)部分,又和許多邊緣學(xué)科,例如農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、大氣環(huán)境科學(xué)等有密切的關(guān)系。

大氣物理學(xué)的許多內(nèi)容,早就受到人們的關(guān)注。在早期,所有的大氣熱力學(xué)和大氣動力學(xué)研究內(nèi)容均包含在大氣動力學(xué)和天氣學(xué)中,20世紀(jì)20年代,人們開始關(guān)注較小尺度大氣動力學(xué)和熱力學(xué)過程,其中包括了大氣底層的邊界層結(jié)構(gòu)的研究,因而形成大氣湍流和大氣邊界層的研究方向,40年代大氣中污染物的擴(kuò)散受到了關(guān)注,開始形成污染氣象學(xué)的研究方向。由于工農(nóng)業(yè)對人工降水的需求,并對云的微觀和宏觀有了較深入的了解,因而逐漸形成對云霧物理學(xué)的系統(tǒng)研究。有關(guān)大氣中的光學(xué)、聲學(xué)和電學(xué)現(xiàn)象的研究,早在氣象學(xué)、物理學(xué)和無線電學(xué)中進(jìn)行了一些研究,40年代開始的氣象雷達(dá)觀測,60年代氣象衛(wèi)星的釋放,對形成大氣光、聲、電學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)和衛(wèi)星

大氣物理學(xué)

氣象學(xué)的形成起了極大的推動作用。

大氣物理學(xué)的研究不僅需要發(fā)展有關(guān)的理論還需要系統(tǒng)精確的實(shí)驗(yàn)資料予以驗(yàn)證。一般氣象臺站網(wǎng)的觀測內(nèi)容遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際和理論工作的要求,因而設(shè)計(jì)和制造專用的儀器設(shè)備,組織精細(xì)的觀測是很重要的。例如大氣湍流的觀測需要快速反應(yīng)的溫度、濕度和風(fēng)的觀測儀器;云霧物理的觀測則需要使用飛機(jī)和特種雷達(dá);氣象衛(wèi)星安裝的儀器幾乎全都屬于大氣遙感的設(shè)備。

大氣物理學(xué) - 研究簡史

大氣物理現(xiàn)象

人們對大氣中的許多物理現(xiàn)象,如虹、暈、華、雷、閃電等早已注意,并進(jìn)行過研究,但內(nèi)容分散在物理、化學(xué)、天文、無線電等學(xué)科之中,把它們納入大氣物理學(xué)一個(gè)學(xué)科,則是近三、四十年中的事情。

20世紀(jì)40年代以來,有幾個(gè)重要因素推動著大氣物理學(xué)迅速發(fā)展:
① 隨著人類在大氣中活動范圍的迅速擴(kuò)展,大氣物理學(xué)的研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。如為了改進(jìn)大氣中的電波通信、光波通信、提高導(dǎo)彈制導(dǎo)水平,就需要了解它們所賴以傳播的大氣介質(zhì)及相互作用,因此就要研究大氣的聲、光、電和無線電氣象;又如,為避免晴空湍流引起飛機(jī)墮毀的事故,就要研究大氣湍流。
② 由工業(yè)生產(chǎn)排入大氣中的大量氣溶膠和污染物通過擴(kuò)散造成大氣污染,有些通過沉降或降水形成酸雨等,又被送到地面,導(dǎo)致土地河流污染、造成對植物和人類的嚴(yán)重影響。既要發(fā)展生產(chǎn),又必須使大氣不超過其對污染物質(zhì)的稀釋能力,這就要詳細(xì)研究大氣邊界層的物理特性。
③ 生產(chǎn)活動和人類的其他活動,影響著自然環(huán)境。如大氣中二氧化碳含量逐年增加,影響著大氣輻射過程和氣候變化規(guī)律。這些又影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn),特別是糧食生產(chǎn)。糧食問題導(dǎo)致對氣候變化的關(guān)注,進(jìn)而促進(jìn)了對大氣輻射問題的研究。
④ 工農(nóng)業(yè)用水逐年增加,就必須充分利用大氣中豐富的水分,這就要開發(fā)大氣中的水資源;此外,為避免或減輕天氣災(zāi)害,又推動著人工影響天氣試驗(yàn)研究的廣泛開展,從而促進(jìn)了云和降水物理學(xué)的研究。
⑤ 60年代以來,遙感技術(shù)飛速地發(fā)展起來,輻射傳輸是遙感的基礎(chǔ),由此推動著大氣輻射學(xué)的研究;人造衛(wèi)星、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,新技術(shù)(如激光、雷達(dá)、微波)的應(yīng)用,給大氣物理研究提供了有力的探測工具,獲得了更多的探測資料,從而大大加速大氣物理學(xué)發(fā)展的進(jìn)程。

大氣物理學(xué) - 內(nèi)容

大氣物理學(xué)主要包括大氣邊界層物理學(xué)、云和降水物理學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)、無線電氣象學(xué)、大氣聲學(xué)、大氣光學(xué)和大氣輻射學(xué)、大氣電學(xué)、平流層和中層大氣物理學(xué)。它們都各有自己的特點(diǎn):大氣聲學(xué)、大氣光學(xué)、大氣電學(xué)和無線電氣象學(xué),研究大氣中聲、光、電的現(xiàn)象和聲波、電磁波在大氣中傳播的特性;雷達(dá)氣象學(xué)研究用氣象雷達(dá)探測大氣的原理和方法,及其在天氣分析預(yù)報(bào)、云和降水物理中的應(yīng)用;大氣輻射學(xué)研究輻射在地球大氣系統(tǒng)內(nèi)的傳輸轉(zhuǎn)換過程和輻射平衡;云和降水物理學(xué)研究云和降水的形成、發(fā)展和消散的過程;大氣邊界層物理研究受地面影響較大的大氣低層的溫度、濕度、風(fēng)等要素的水平和鉛直分布,大氣湍流和擴(kuò)散,水汽和熱量傳輸?shù)?;平流層和中層大氣物理學(xué)研究對流層頂(10公里左右)到80~90公里大氣層中發(fā)生的物理過程。大氣過程常是多因素綜合作用的結(jié)果,故大氣物理諸方面常常相互聯(lián)系,如大氣電學(xué)同云和降水物理學(xué)都研究雷暴,既各有側(cè)重,又緊密相關(guān)。

大氣物理學(xué) - 大事記

相關(guān)書籍

公元前3世紀(jì),歐幾里得(Euclid,前330?-前260?)論述光的直線傳播和反射定律。
1世紀(jì),古書《漢書》記載尖端放電、避雷知識和有關(guān)的裝置。王充(27-97)著《論衡》,記載有關(guān)力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、磁學(xué)等方面的物理知識。希龍(Heron,62-150)創(chuàng)制蒸汽旋轉(zhuǎn)器,是利用蒸汔動力的最早嘗試,他還制造過虹吸管。
2世紀(jì),托勒密(C.Ptolemaeus,100?-170?)發(fā)現(xiàn)大氣折射。張衡(78-139)創(chuàng)制地動儀,可以測報(bào)地震方位,創(chuàng)制渾天儀。王符(85-162)著《潛夫論》分析人眼的作用。
5世紀(jì),祖沖之(429-500),改造指南車,精確推算л值,在天文學(xué)上精確編制《大明歷》。
8世紀(jì),王冰(唐代人)記載并探討了大氣壓力現(xiàn)象。
13世紀(jì),趙友欽(1279-1368)著《革象新書》,記載有他作過的光學(xué)實(shí)驗(yàn)以及光的照度、光的直線傳播、視角與小孔成象等問題。
15世紀(jì),達(dá)·芬奇(L.da Vinci,1452-1519)設(shè)計(jì)了大量機(jī)械,發(fā)明溫度計(jì)和風(fēng)力計(jì),最早研究永動機(jī)不可能問題。
1609年,伽利略,初次測光速,未獲成功。 1609年,開普勒(J.Kepler,1571-1630)著《新天文學(xué)》,提出開普勒第一、第二定律。
1619年,開普勒著《宇宙諧和論》,提出開普勒第三定律。
1620年,斯涅耳(W.Snell,1580-1626)從實(shí)驗(yàn)歸納出光的反射和折射定律。
1632年,伽利略《關(guān)于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》出版,支持了地動學(xué)說,首先闡明了運(yùn)動的相對性原理。
1636年,麥森(M.Mersenne,1588-1648)測量聲的振動頻率,發(fā)現(xiàn)諧音,求出空氣中的聲速。

大氣物理學(xué) - 與其他分支學(xué)科關(guān)系

大氣物理學(xué)和大氣科學(xué)其他分支有緊密的聯(lián)系,如大氣物理過程受到天氣背景的制約,同時(shí)大氣物理研究和探測的結(jié)果,又廣泛用于天氣分析和預(yù)報(bào),所以它和天氣學(xué)關(guān)系密切;云動力學(xué)是大氣物理學(xué)和大氣動力學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物;大氣物理學(xué)的許多內(nèi)容涉及對氣候變化的研究;大氣物理學(xué)是大氣探測和應(yīng)用氣象學(xué)的基礎(chǔ),而這兩個(gè)學(xué)科的發(fā)展,又豐富了大氣物理學(xué)的內(nèi)容,例如大氣物理為氣象雷達(dá)觀測提供原理依據(jù),而雷達(dá)的氣象信息則為研究大氣物理過程提供了豐富的資料。

大氣中很多過程還和大氣化學(xué)有關(guān)系,特別是工農(nóng)業(yè)污染物排入大氣中,使大氣物理過程復(fù)雜化,如平流層和中層大氣的輻射過程,光化學(xué)反應(yīng)是重要因素之一。

大氣物理學(xué) - 展望

科學(xué)技術(shù)的許多新成就,推動大氣物理學(xué)向前發(fā)展,又不斷向大氣物理學(xué)提出新的要求,人類在大氣中活動頻繁,有意和無意地影響大氣,使大氣狀態(tài)變得更加復(fù)雜。如何進(jìn)一步認(rèn)識大氣的精細(xì)結(jié)構(gòu),深入了解大氣三維空間的演變,有效地利用、妥善地保護(hù)和不斷地改造大氣,是大氣物理學(xué)長期的重大任務(wù)。

大氣物理學(xué) - 相關(guān)學(xué)科

大氣科學(xué)、氣候?qū)W、物候?qū)W、古氣候?qū)W、年輪氣候?qū)W、大氣化學(xué)、動力氣象學(xué)、大氣邊界層物理、云和降水物理學(xué)、云和降水微物理學(xué)、云動力學(xué)、雷達(dá)氣象學(xué)、無線電氣象學(xué)、大氣輻射學(xué)、大氣光學(xué)、大氣電學(xué)、平流層大氣物理學(xué)、大氣聲學(xué)、天氣學(xué)、熱帶氣象學(xué)、極地氣象學(xué)、衛(wèi)星氣象學(xué)、生物氣象學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、森林氣象學(xué)、醫(yī)療氣象學(xué)、水文氣象學(xué)、建筑氣象學(xué)、航海氣象學(xué)、航空氣象學(xué)、軍事氣象學(xué)、空氣污染氣象學(xué)。

大氣物理學(xué) - 參考資料

大科普網(wǎng) http://www.ikepu.com/geography/atmospheric/branch/atmospheric_physics_total.htm
大唐資料庫網(wǎng) http://info.datang.net/D/D0221.htm
澤澤網(wǎng) http://www.zzgwu.com/wiki/index.php?doc-view-10092