| 词条 | 大气物理学 |
| 释义 | § 简介 赵九章，著名大气物理学家 大气物理学（atmospheric physics）研究大气中各种物理现象和过程及其演变规律的学科。大气科学的一个分支。它主要研究大气中的声学、光学、电学和辐射过程，云和降水物理，大气底层的边界层大气物理，平流层和中层大气物理，既是大气科学基础理论的一个部分，又和许多边缘学科，例如农业气象学、大气环境科学等有密切的关系。 大气物理学的许多内容，早就受到人们的关注。在早期，所有的大气热力学和大气动力学研究内容均包含在大气动力学和天气学中，20世纪20年代，人们开始关注较小尺度大气动力学和热力学过程，其中包括了大气底层的边界层结构的研究，因而形成大气湍流和大气边界层的研究方向，40年代大气中污染物的扩散受到了关注，开始形成污染气象学的研究方向。由于工农业对人工降水的需求，并对云的微观和宏观有了较深入的了解，因而逐渐形成对云雾物理学的系统研究。有关大气中的光学、声学和电学现象的研究，早在气象学、物理学和无线电学中进行了一些研究，40年代开始的气象雷达观测，60年代气象卫星的释放，对形成大气光、声、电学、雷达气象学和卫星大气物理学 气象学的形成起了极大的推动作用。 大气物理学的研究不仅需要发展有关的理论还需要系统精确的实验资料予以验证。一般气象台站网的观测内容远不能满足实际和理论工作的要求，因而设计和制造专用的仪器设备，组织精细的观测是很重要的。例如大气湍流的观测需要快速反应的温度、湿度和风的观测仪器；云雾物理的观测则需要使用飞机和特种雷达；气象卫星安装的仪器几乎全都属于大气遥感的设备。 § 研究简史 大气物理现象 人们对大气中的许多物理现象，如虹、晕、华、雷、闪电等早已注意，并进行过研究，但内容分散在物理、化学、天文、无线电等学科之中，把它们纳入大气物理学一个学科，则是近三、四十年中的事情。 20世纪40年代以来，有几个重要因素推动着大气物理学迅速发展： ① 随着人类在大气中活动范围的迅速扩展，大气物理学的研究领域不断扩大。如为了改进大气中的电波通信、光波通信、提高导弹制导水平，就需要了解它们所赖以传播的大气介质及相互作用，因此就要研究大气的声、光、电和无线电气象；又如，为避免晴空湍流引起飞机堕毁的事故，就要研究大气湍流。 ② 由工业生产排入大气中的大量气溶胶和污染物通过扩散造成大气污染，有些通过沉降或降水形成酸雨等，又被送到地面，导致土地河流污染、造成对植物和人类的严重影响。既要发展生产，又必须使大气不超过其对污染物质的稀释能力，这就要详细研究大气边界层的物理特性。 ③ 生产活动和人类的其他活动，影响着自然环境。如大气中二氧化碳含量逐年增加，影响着大气辐射过程和气候变化规律。这些又影响农业生产，特别是粮食生产。粮食问题导致对气候变化的关注，进而促进了对大气辐射问题的研究。 ④ 工农业用水逐年增加，就必须充分利用大气中丰富的水分，这就要开发大气中的水资源；此外，为避免或减轻天气灾害，又推动着人工影响天气试验研究的广泛开展，从而促进了云和降水物理学的研究。 ⑤ 60年代以来，遥感技术飞速地发展起来，辐射传输是遥感的基础，由此推动着大气辐射学的研究；人造卫星、电子计算机的发展，新技术（如激光、雷达、微波）的应用，给大气物理研究提供了有力的探测工具，获得了更多的探测资料，从而大大加速大气物理学发展的进程。 § 内容 大气物理学主要包括大气边界层物理学、云和降水物理学、雷达气象学、无线电气象学、大气声学、大气光学和大气辐射学、大气电学、平流层和中层大气物理学。它们都各有自己的特点：大气声学、大气光学、大气电学和无线电气象学，研究大气中声、光、电的现象和声波、电磁波在大气中传播的特性；雷达气象学研究用气象雷达探测大气的原理和方法，及其在天气分析预报、云和降水物理中的应用；大气辐射学研究辐射在地球大气系统内的传输转换过程和辐射平衡；云和降水物理学研究云和降水的形成、发展和消散的过程；大气边界层物理研究受地面影响较大的大气低层的温度、湿度、风等要素的水平和铅直分布，大气湍流和扩散，水汽和热量传输等；平流层和中层大气物理学研究对流层顶（10公里左右）到80～90公里大气层中发生的物理过程。大气过程常是多因素综合作用的结果，故大气物理诸方面常常相互联系，如大气电学同云和降水物理学都研究雷暴，既各有侧重，又紧密相关。 § 大事记 相关书籍 公元前3世纪，欧几里得(Euclid，前330?-前260?)论述光的直线传播和反射定律。 1世纪，古书《汉书》记载尖端放电、避雷知识和有关的装置。王充(27-97)著《论衡》，记载有关力学、热学、声学、磁学等方面的物理知识。希龙(Heron，62-150)创制蒸汽旋转器，是利用蒸汔动力的最早尝试，他还制造过虹吸管。 2世纪，托勒密(C.Ptolemaeus，100?-170?)发现大气折射。张衡(78-139)创制地动仪，可以测报地震方位，创制浑天仪。王符(85-162)著《潜夫论》分析人眼的作用。 5世纪，祖冲之(429-500)，改造指南车，精确推算л值，在天文学上精确编制《大明历》。 8世纪，王冰(唐代人)记载并探讨了大气压力现象。 13世纪，赵友钦(1279-1368)著《革象新书》，记载有他作过的光学实验以及光的照度、光的直线传播、视角与小孔成象等问题。 15世纪，达·芬奇(L.da Vinci，1452-1519)设计了大量机械，发明温度计和风力计，最早研究永动机不可能问题。 1609年，伽利略，初次测光速，未获成功。 1609年，开普勒(J.Kepler，1571-1630)著《新天文学》，提出开普勒第一、第二定律。 1619年，开普勒著《宇宙谐和论》，提出开普勒第三定律。 1620年，斯涅耳(W.Snell，1580-1626)从实验归纳出光的反射和折射定律。 1632年，伽利略《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》出版，支持了地动学说，首先阐明了运动的相对性原理。 1636年，麦森(M.Mersenne，1588-1648)测量声的振动频率，发现谐音，求出空气中的声速。 § 与其他分支学科关系 大气物理学和大气科学其他分支有紧密的联系，如大气物理过程受到天气背景的制约，同时大气物理研究和探测的结果，又广泛用于天气分析和预报，所以它和天气学关系密切；云动力学是大气物理学和大气动力学结合的产物；大气物理学的许多内容涉及对气候变化的研究；大气物理学是大气探测和应用气象学的基础，而这两个学科的发展，又丰富了大气物理学的内容，例如大气物理为气象雷达观测提供原理依据，而雷达的气象信息则为研究大气物理过程提供了丰富的资料。 大气中很多过程还和大气化学有关系，特别是工农业污染物排入大气中，使大气物理过程复杂化，如平流层和中层大气的辐射过程，光化学反应是重要因素之一。 § 展望 科学技术的许多新成就，推动大气物理学向前发展，又不断向大气物理学提出新的要求，人类在大气中活动频繁，有意和无意地影响大气，使大气状态变得更加复杂。如何进一步认识大气的精细结构，深入了解大气三维空间的演变，有效地利用、妥善地保护和不断地改造大气，是大气物理学长期的重大任务。 § 相关学科 大气科学、气候学、物候学、古气候学、年轮气候学、大气化学、动力气象学、大气边界层物理、云和降水物理学、云和降水微物理学、云动力学、雷达气象学、无线电气象学、大气辐射学、大气光学、大气电学、平流层大气物理学、大气声学、天气学、热带气象学、极地气象学、卫星气象学、生物气象学、农业气象学、森林气象学、医疗气象学、水文气象学、建筑气象学、航海气象学、航空气象学、军事气象学、空气污染气象学。 § 参考资料 [1] 大科普网 http://www.ikepu.com/geography/atmospheric/branch/atmospheric_physics_total.htm [2] 大唐资料库网 http://info.datang.net/D/D0221.htm [3] 泽泽网 http://www.zzgwu.com/wiki/index.php?doc-view-10092 |
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