大氣科學
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大氣科學研究大氣的結構、組成、物理現象、化學反應、運動規律，是地球科學的一個分支。研究對象主要是地球以及太陽系其他行星的大氣圈。大氣研究的時空範圍很廣，空間尺度從一個城市、區域向全球擴展，研究的時間尺度則從幾天到幾年，以至幾十年不等。大氣科學研究的對象主要是對流層和平流層。平流層以上的大氣層由於帶電粒子的存在，以及受到宇宙中各種輻射的影響而具有特殊性，一般歸於空間物理和空間天氣學研究，或稱高層大氣物理學。
大氣科學研究的手段有現場觀測、遙測、和數值模擬等。常用觀測儀器有人造衛星、探空火箭、探空氣球、無線電探空儀、雷達、激光等。
該領域的早期先驅有理查德·阿斯曼、萊昂·德·波爾、威廉·皮耶克尼斯、卡爾-古斯塔夫·羅斯貝、吉爾伯特·沃克、雅各布·皮耶克尼斯等人。
大氣動力學[編輯]
大氣動力學涉及觀測研究以及關於具有氣象學重要性的運動系統的理論 。這些系統包括雷暴，龍捲風，重力波，熱帶氣旋，溫帶氣旋，急流，和全球規模的環流。大氣動力學研究的目標是用基本的物理原理解釋所觀測到的環流。這些研究的目標包括改善天氣預報，發展預報季節和年際氣候波動的方法和理解人為擾動（例如，增加二氧化碳濃度或臭氧層耗竭）與全球氣候的內在關係。[1]
大氣物理學[編輯]
大氣物理學是物理學在大氣研究中的應用。大氣物理學家們試圖通過利用流體流動方程、化學模型、輻射平衡以及大氣和深層海洋的能量傳輸過程，模擬地球和其他行星的大氣層。為了模擬天氣系統，大氣物理學家利用散射理論、波的傳播模式、雲物理學、統計力學和空間統計學的原理，而這些原理是高度數學化和物理相關的。大氣物理學與氣象學和氣候學都有密切聯繫，還涵蓋設計和建造用於研究大氣的儀器，以及對它們提供的數據的解釋。
英國大氣研究是由氣象局支持的。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的各司監督研究項目和涉及大氣物理的天氣模擬。美國國家天文學和電離層中心還開展高層大氣研究。
地磁場、太陽風與大氣層相互作用，形成電離層、范艾倫輻射帶、大地電流與輻射能。
大氣測量學[編輯]
主要研究課題為大氣觀測指標和具體方法。大氣測量的主要指標包括溫度、氣壓、濕度、風力四個要素，此外還有能見度、日照時數、輻射總量、雲量等等諸多項目。
大氣化學[編輯]
大氣科學是對地球及其他行星大氣進行研究的一門科學。這是一個多學科研究領域，需要借鑑環境化學、物理學、氣象學、計算機模擬、海洋學、地質學、火山學以及其他學科，並涉及光化學、均相非均相反應動力學、大氣擴散理論、痕量分析化學等領域；不僅研究大氣的化學反應，還要研究大氣成分複雜的物理化學過程。
大氣組成及其化學是很重要的，主要是因為大氣層和生物體之間的相互作用。地球大氣層的組成已經被人類活動所改變，其中一些變化對人類健康、農作物和生態系統有害。大氣化學要解決的問題諸如酸雨、光化學煙霧和全球變暖。大氣化學意在了解導致這些問題的原因，並通過對這些問題的理論理解，使可能的解決方案得到檢驗，並對政府政策變化的影響進行評估。
綜觀天氣學[編輯]
主要研究對象與日常天氣現象相關，對天氣預報至關重要。研究方法包括數學物理推導、天氣圖、統計等等。
高層大氣物理學[編輯]
高層大氣物理學主要研究地球的高層大氣——即平流層頂以上的大氣層——以及其他星球大氣的相應區域。後者的整個大氣層可能只對應地球高層大氣或其中一部分。作為大氣化學和大氣物理學的一個分支，高層大氣物理學與氣象學並不相同，後者側重於研究平流層以下的大氣現象。[2]高層大氣物理學研究的大氣區域內，最重要的物理現象是電離。
大氣環境[編輯]
研究課題包括大氣污染及其治理，人類活動對大氣物質成分帶來的影響等等。
氣候學[編輯]
相對於研究短期天氣系統數周的天氣學而言，氣候學則主要研究這些系統發生的頻率與趨勢。氣候學關注從多年直至千年的天氣事件的周期性，以及與大氣條件相關的長期天氣平均模式。 氣候學家的研究包括：局地或區域或全球自然氣候、導致氣候變化的自然和人為因素。氣候學基本觀點是過去的氣候狀況能夠幫助預報未來的氣候變化。
氣候學關注的氣候現象包括大氣邊界層、環流模式、傳熱（輻射、對流和潛熱）、海氣相互作用和地貌（特別是植被，土地使用和地形） 、大氣化學組成和物理結構。相關學科包括天體物理學，大氣物理學，化學，生態學，地質學，地球物理學，冰川學，水文學，海洋學，和火山學等。
海氣相互作用[編輯]
研究海洋表層與大氣之間的複雜相互作用。經典的研究課題包括厄爾尼諾-南方濤動、馬丹-朱利安振盪等。
其他行星大氣[編輯]
太陽系所有行星都有大氣層。這是因為它們的引力足夠強，足以使氣態的粒子靠近其表面。較大的氣態巨行星的質量足以使大量氫氦等輕質氣體維持在附近，而較小的行星則會將這些氣體流失到太空中。[3]地球大氣層的組成與其他行星不同，這是因為地球上各種生命過程引入了自由分子氧。[4]水星的大氣層大部分已經被太陽風吹走。[5]唯一一個保有濃厚大氣層的衛星是土衛六。海衛一也有一層薄大氣，月球也有大氣層存在的蹤跡。
行星大氣層收到來自太陽或其內部的不同程度的能量影響，催生了不同的天氣系統，如熱帶氣旋（地球）、沙塵暴（火星）、木星上地球大小的反氣旋風暴（即「大紅斑」），還有大暗斑（海王星）。[6]系外行星HD 189733 b據稱也擁有這樣一套天氣系統，與大紅斑相似，但面積比它大一倍。[7]
熱木星受到強烈恆星輻射，其大氣層因而流失到太空中，很像彗星的尾巴。[8][9]這些行星的晝夜溫差可能極大，因而產生超音速的風，[10]不過HD 189733b的晝夜溫差似乎不大，這說明其大氣層有效地重新分配了恆星能量。[7]
參考文獻[編輯]
引用[編輯]
- ^ University of Washington. Atmospheric Dynamics. （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Retrieved on 1 June 2007.
- ^ Brasseur, Guy. Aeronomy of the Middle Atmosphere : Chemistry and Physics of the Stratosphere and Mesosphere. Springer. 1984: xi. ISBN 978-94-009-6403-7.
- ^ Sheppard, S. S.; Jewitt, D.; Kleyna, J. An Ultradeep Survey for Irregular Satellites of Uranus: Limits to Completeness. The Astronomical Journal. 2005, 129 (1): 518–525. Bibcode:2005AJ....129..518S. arXiv:astro-ph/0410059
. doi:10.1086/426329.
- ^ Zeilik, Michael A.; Gregory, Stephan A. Introductory Astronomy & Astrophysics 4th. Saunders College Publishing. 1998: 67. ISBN 0-03-006228-4.
- ^ Hunten D. M., Shemansky D. E., Morgan T. H. (1988), The Mercury atmosphere, In: Mercury (A89-43751 19–91). University of Arizona Press, pp. 562–612
- ^ Harvey, Samantha. Weather, Weather, Everywhere?. NASA. 2006-05-01 [2007-09-09]. （原始內容存檔於2007-08-08）.
- ^ 7.0 7.1 Knutson, Heather A.; Charbonneau, David; Allen, Lori E.; Fortney, Jonathan J. A map of the day-night contrast of the extrasolar planet HD 189733b. Nature. 2007, 447 (7141): 183–6. Bibcode:2007Natur.447..183K. PMID 17495920. arXiv:0705.0993 . doi:10.1038/nature05782. (Related press release （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）)
- ^ Weaver, D.; Villard, R. Hubble Probes Layer-cake Structure of Alien World's Atmosphere. University of Arizona, Lunar and Planetary Laboratory (Press Release). 2007-01-31 [2007-08-15]. （原始內容存檔於2007-08-08）.
- ^ Ballester, Gilda E.; Sing, David K.; Herbert, Floyd. The signature of hot hydrogen in the atmosphere of the extrasolar planet HD 209458b. Nature. 2007, 445 (7127): 511–4. Bibcode:2007Natur.445..511B. PMID 17268463. doi:10.1038/nature05525. hdl:10871/16060 .
- ^ Harrington, Jason; Hansen, Brad M.; Luszcz, Statia H.; Seager, Sara. The phase-dependent infrared brightness of the extrasolar planet Andromeda b. Science. 2006, 314 (5799): 623–6. Bibcode:2006Sci...314..623H. PMID 17038587. arXiv:astro-ph/0610491 . doi:10.1126/science.1133904. (Related press release （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）)
來源[編輯]
- B. J. Finlayson-Pitts and J. N. Pitts, Jr., Atmospheric Chemistry: Fundamentals and Experimental Techniques, John Wiley & Sons, 1986, NewYork
外部連結[編輯]
- （英文）Atmospheric fluid dynamics applied to weather maps（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） - Principles such as Advection, Deformation and Vorticity
- 中國科普博覽-大氣科學館（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
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