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：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。全书内容丰富、概念清楚、深入浅出、图文并茂，可读性强。

Frederick K. Lutgens，美国伊利诺伊大学教授，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，主要从事绘图工作。三人合作，完成了气象学、地球科学、地质学等教材的撰写与更新。
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与教学工作，发表论文多篇。

第1章 大气概述 1
1.1 大气——天气和气候 2
1.1.1 美国的天气 2
1.1.2 气象学、天气和气候 3
1.2 大气灾害：来自自然的袭击 6
1.3 科学探索的本质 7
1.3.1 假设 9
1.3.2 理论 9
1.3.3 科学方法 9
1.4 地球的圈层 10
1.4.1 地圈 12
1.4.2 大气圈 12
1.4.3 水圈 12
1.4.4 生物圈 13
1.5 地球系统 14
1.5.1 地球系统科学 14
1.5.2 地球系统 15
1.6 大气的组成 17
1.6.1 大气的主要成分 17
1.6.2 二氧化碳 18
1.6.3 变化的大气成分 19
1.7 臭氧耗竭——一个全球性问题 20
1.7.1 南极臭氧洞 21
1.7.2 臭氧耗竭效应 21
1.7.3 蒙特利尔议定书 22
1.8 大气层的垂直结构 22
1.8.1 气压变化 22
1.8.2 温度变化 23
1.9 大气成分的垂直变化 27
1.9.1 电离层 27
1.9.2 极光 27
术语表 28
思考题 28
习题 28
第2章 地球表面和大气加热过程 30
2.1 地日关系 31
2.1.1 地球的运动 31
2.1.2 季节的成因是什么？ 32
2.1.3 地球的朝向 33
2.1.4 两至点和两分点 34
2.2 能量、温度和热量 38
2.2.1 能量的形式 38
2.2.2 温度 38
2.2.3 热量 39
2.3 热传递机制 39
2.3.1 传导 39
2.3.2 对流 39
2.3.3 辐射 40
2.3.4 辐射定律 42
2.4 入射太阳辐射 44
2.4.1 反射与散射 45
2.4.2 太阳辐射的吸收 47
2.5 大气层中各种气体的作用 48
2.5.1 加热大气 48
2.5.2 温室效应 49
2.6 地球的热量收支 50
2.6.1 年能量平衡 50
2.6.2 热量平衡的纬度分布 52
思考题 53
术语表 54
习题 54
第3章 温度 56
3.1 气温记录资料 57
3.1.1 基本计算方法 57
3.1.2 等温线 57
3.2 影响气温的因素 58
3.2.1 海陆分布 59
3.2.2 洋流 62
3.2.3 海拔高度 64
3.2.4 地理位置 65
3.2.5 云量和反照率 66
3.3 温度的全球分布 68
3.4 气温变化的周期 71
3.4.1 气温日变化 72
3.4.2 温度日变化的幅度 74
3.4.3 温度的年变化 75
3.5 气温的测量 75
3.5.1 机械式温度计 75
3.5.2 电子温度计 77
3.5.3 百叶箱 77
3.6 温标 78
3.7 炎热和风寒：人体不舒适指数 80
3.7.1 炎热——高温高湿 80
3.7.2 风寒——大风降温作用 81
思考题 81
术语表 82
习题 82
第4章 水汽和大气稳定度 84
4.1 大气中水的运动 85
4.2 水：独特的物质 86
4.3 水的相变 88
4.3.1 冰、液态水和水汽 88
4.3.2 潜热 88
4.3.3 蒸发和凝结 89
4.4 湿度：空气中的水汽 90
4.5 水汽压与饱和 91
4.6 相对湿度 93
4.6.1 相对湿度如何变化？ 94
4.6.2 相对湿度的自然变化 96
4.7 露点温度 97
4.8 如何测量湿度？ 98
4.9 绝热温度变化 99
4.9.1 绝热冷却和凝结 99
4.10 空气抬升过程 101
4.10.1 地形抬升 101
4.10.2 锋面楔入 103
4.10.3 辐合 104
4.10.4 局地对流抬升 104
4.11 恶劣天气的起因：大气稳定度 106
4.11.1 稳定度类型 106
4.11.2 稳定空气和每日天气 108
4.11.3 稳定空气如何变化？ 109
4.11.4 温度变化和空气稳定性 110
4.11.5 垂直空气运动和空气稳定性 110
思考题 111
术语表 112
习题 112
第5章 凝结和降水类型 114
5.1 云的形成 115
5.1.1 高空凝结 115
5.1.2 云滴的增长 115
5.2 云的分类 116
5.2.1 高云 117
5.2.2 中云 118
5.2.3 低云 119
5.2.4 垂直发展型云（直展云） 119
5.2.5 云的形态变化 120
5.3 雾的类型 122
5.3.1 冷却雾 122
5.3.2 蒸发雾 123
5.4 降水的形成 125
5.4.1 冷云降水：伯杰龙过程 126
5.4.2 暖云降水：碰并过程 128
5.5 降水的类型 129
5.5.1 雨 130
5.5.2 雪 131
5.5.3 雨夹雪和冻雨 131
5.5.4 冰雹 132
5.5.5 雾凇 133
5.6 降水的观测 135
5.6.1 标准雨量计 135
5.6.2 观测降雪 135
5.6.3 天气雷达测量降水 136
5.7 人工影响天气 137
5.7.1 人工增雨（雪） 138
5.7.2 人工驱云消雾 138
5.7.3 人工消雹 139
5.7.4 预防霜冻 140
思考题 142
术语表 143
习题 143
第6章 气压和风 144
6.1 风和气压 145
6.2 气压的测量 146
6.3 气压随海拔高度变化 148
6.4 气压变化的原因 149
6.4.1 温度对气压的影响 150
6.4.2 水汽对气压的影响 151
6.4.3 气流和压力 151
6.5 影响风的因素 151
6.5.1 气压梯度力 151
6.5.2 科里奥利力 153
6.5.3 摩擦力 155
6.6 高空风 156
6.6.1 地转流 156
6.6.2 曲线流和梯度风 158
6.7 地面风 160
6.8 风与空气的垂直运动 161
6.8.1 气旋和反气旋的垂直气流 162
6.8.2 影响垂直气流的因子 163
6.9 风的观测 165
思考题 168
术语表 169
习题 170
第7章 大气环流 171
7.1 大气运动的尺度 172
7.1.1 小尺度环流和大尺度环流 173
7.1.2 风场结构 174
7.2 局地风 175
7.2.1 海陆风 175
7.2.2 山谷风 176
7.2.3 钦诺克风（焚风） 177
7.2.4 下坡风（下降风） 177
7.2.5 乡村风 177
7.3 全球环流 178
7.3.1 单圈环流模型 178
7.3.2 三圈环流模型 179
7.4 气压带与风 180
7.4.1 理想的纬向气压带 180
7.4.2 半永久性气压系统：真实大气 181
7.5 季风 183
7.5.1 亚洲季风 183
7.5.2 北美季风 185
7.6 西风带 185
7.6.1 为什么存在西风带？ 186
7.6.2 西风带的波动 186
7.7 急流 187
7.7.1 极地急流 188
7.7.2 副热带急流 188
7.7.3 急流和地球热量收支 189
7.8 全球风场和洋流 190
7.8.1 洋流的重要性 191
7.8.2 洋流和涌升流 191
7.9 厄尔尼诺、拉尼娜和南方涛动 192
7.9.1 厄尔尼诺的影响 192
7.9.2 拉尼娜的影响 194
7.9.3 南方涛动 194
7.10 全球降水分布 195
7.10.1 降水的纬向分布 196
7.10.2 陆地上的降水分布 197
思考题 199
术语表 200
第8章 气团 202
8.1 什么是气团 203
8.1.1 气团的源区 204
8.1.2 气团的分类 205
8.1.3 气团变性 205
8.2 北美气团的特征 207
8.2.1 大陆极地（cP）气团和
大陆北极（cA）气团 207
8.2.2 湖泊效应降雪：暖水上的冷空气 208
8.2.3 海洋极地（mP）气团 211
8.2.4 海洋热带（mT）气团 211
8.2.5 大陆热带（cT）气团 217
思考题 218
术语表 218
习题 218
第9章 中纬度气旋 220
9.1 锋面天气 222
9.1.1 暖锋 223
9.1.2 冷锋 224
9.1.3 静止锋 227
9.1.4 锢囚锋 227
9.1.5 干线 228
9.2 中纬度气旋与极锋理论 229
9.3 中纬度气旋的生命周期 230
9.3.1 形成：两个气团的碰撞 230
9.3.2 气旋流的发展 231
9.3.3 中纬度气旋的成熟阶段 231
9.3.4 锢囚：消亡阶段 231
9.4 理想的中纬度气旋天气 232
9.5 高空气流与气旋形成 235
9.5.1 气旋和反气旋环流 236
9.5.2 高空辐散与辐合 236
9.6 中纬度气旋的形成区域 237
9.6.1 气旋移动类型 237
9.6.2 高空气流与气旋移动 238
9.7 反气旋天气与大气阻塞 240
9.8 中纬度气旋个例研究 241
9.9 现代观点：传送带模型 247
思考题 248
术语表 249
习题 249
第10章 雷暴与龙卷风 251
10.1 名称的含意 252
10.2 雷暴 253
10.3 气团雷暴 254
10.3.1 发展阶段 254
10.3.2 发生区域 256
10.4 强雷暴 256
10.5 超级单体雷暴 258
10.5.1 飑线 259
10.5.2 中尺度对流复合体 260
10.6 闪电和雷声 262
10.6.1 闪电发生的原因 264
10.6.2 雷击 266
10.6.3 雷声 266
10.7 龙卷风 267
10.7.1 龙卷风的发生与形成 269
10.7.2 龙卷风气候学 271
10.7.3 龙卷风的特征 272
10.8 龙卷风的破坏性 274
10.8.1 龙卷风的强度 275
10.8.2 死亡率 276
10.9 龙卷风预报 277
10.9.1 龙卷风监视和警报 277
10.9.2 多普勒雷达 278
思考题 280
术语表 280
习题 281
第11章 飓风 282
11.1 飓风概况 283
11.2 飓风的形成与消亡 286
11.2.1 飓风的形成 286
11.2.2 飓风消亡 287
11.3 飓风的破坏性 288
11.3.1 萨菲尔-辛普森分级 289
11.3.2 风暴潮 289
11.3.3 风灾 290
11.3.4 内陆洪涝 291
11.3.5 飓风强度评估 293
11.4 飓风的探测、跟踪和监控 294
11.4.1 卫星监测 295
11.4.2 空中侦察 295
11.4.3 雷达和数据浮标 298
11.4.4 飓风监视和警报 299
11.4.5 飓风预报 299
思考题 300
术语表 301
习题 301
第12章 天气分析和预报 302
12.1 气象业务概述 303
12.2 天气分析 305
12.2.1 获取数据 305
12.2.2 绘制天气图 306
12.3 计算机在天气预报中的应用 309
12.3.1 数值天气预报 309
12.3.2 集合预报 311
12.3.3 预报员的作用 311
12.4 其他预报方法 313
12.4.1 持续性预报 313
12.4.2 气候学预报 313
12.4.3 类比法 313
12.4.4 趋势预报 314
12.5 高空环流和天气预报 314
12.5.1 高空图 314
12.5.2 高空气流与地面天气预报 317
12.6 长期天气预报 319
12.7 预报准确率 320
12.8 卫星在天气预报中的作用 321
12.8.1 气象卫星图像 322
12.8.2 卫星探测的其他内容 324
思考题 325
术语表 326
习题 327
第13章 空气污染 328
13.1 空气污染的危害 329
13.2 空气污染源和类型 331
13.2.1 主要污染物 331
13.2.2 次要污染物 336
13.3 空气质量的变化趋势 337
13.3.1 质量标准的建立 337
13.3.2 空气质量指数 339
13.4 影响空气污染的气象因素 339
13.4.1 风 339
13.4.2 大气稳定度 341
13.5 酸雨 342
13.5.1 酸雨的范围和强度 343
13.5.2 酸雨的危害 344
思考题 346
术语表 346
第14章 变化的气候 347
14.1 气候系统 348
14.2 气候变化的检测 349
14.2.1 海底沉积物——气候资料的
仓库 350
14.2.2 氧同位素分析 350
14.2.3 冰川中的气候变化记录 351
14.2.4 树轮——环境历史档案 352
14.2.5 其他类型的代用资料 352
14.3 气候变化的自然原因 353
14.3.1 板块构造与气候变化 354
14.3.2 火山活动与气候变化 355
14.3.3 地球轨道变化 357
14.3.4 太阳活动与气候 358
14.4 人类对全球气候的影响 361
14.4.1 二氧化碳、微量气体和气候
变化 362
14.4.2 二氧化碳含量增加 362
14.4.3 大气响应 363
14.4.4 微量气体的作用 364
14.5 气候反馈机制 365
14.5.1 气候反馈机制的种类 365
14.5.2 气候的计算机模型：重要但尚
不完善的工具 367
14.6 气溶胶对气候的影响 367
14.7 全球变暖的可能后果 368
14.7.1 海平面上升 369
14.7.2 不断变化的北极 370
14.7.3 增大的海水酸性 372
14.7.4 意想不到的后果 372
思考题 373
术语表 373
第15章 世界气候 374
15.1 气候的分类 375
15.2 气候控制因素 379
15.2.1 纬度 379
15.2.2 海陆分布 379
15.2.3 地理位置与盛行风向 379
15.2.4 山脉与高原 379
15.2.5 洋流 380
15.2.6 气压与风 380
15.3 世界气候综述 380
15.4 潮湿的热带气候（Af，Am） 381
15.4.1 温度特征 383
15.4.2 降水特征 384
15.5 热带干湿季气候（Aw） 384
15.5.1 温度特征 385
15.5.2 降水特征 385
15.5.3 季风 386
15.5.4 气候类型的变型Cw 387
15.6 干旱气候（B） 387
15.6.1 “干旱”意味着什么？ 388
15.6.2 副热带沙漠气候（BWh）和
草原气候（BSh） 388
15.6.3 西海岸副热带沙漠气候 391
15.6.4 中纬度沙漠气候（BWk）和
草原气候（BSk） 392
15.7 冬季温和湿润的中纬度气候带（C） 393
15.7.1 副热带湿润气候（Cfa） 393
15.7.2 西岸海洋性气候（Cfb） 395
15.7.3 副热带夏季干旱（地中海）
气候（Csa，Csb） 396
15.8 冬季寒冷的湿润大陆气候（D） 397
15.8.1 湿润大陆性气候（Dfa） 398
15.8.2 副极地气候（Dfc，Dfd） 399
15.9 极地气候（E） 400
15.9.1 苔原气候（ET） 401
15.9.2 冰原气候（EF） 403
15.10 高原气候 403
思考题 406
术语表 408
习题 408
第16章 大气的光学现象 409
16.1 光和物质的相互作用 410
16.1.1 反射 410
16.1.2 折射 411
16.2 海市蜃楼 413
16.3 彩虹 415
16.4 光晕、幻日和日柱 418
16.5 光环 420
16.6 其他光学现象 421
16.6.1 华 421
16.6.2 彩虹云 421
思考题 422
术语表 423