高层大气热状态

本书是苏联学者K.Я.康德拉捷夫和O.П.费里波维奇所著《高层大气热状态》的中译本，赵明哲译，陈耀武、马彦华校，科学出版社1964年7月第1版，据苏联水文气象出版社1960年俄文版译出。内容简介称，本书系统地阐述了有关高层大气热状态的规律性问题：首先探讨了有关温度的概念和大气平衡状态的形式等一般性问题，接着阐述了目前确定高空温度的间接方法（包括声学、光学、无线电方法和流星的观测等）和直接利用火箭与卫星的测量方法，然后比较全面地论述了有关高层大气热状态的规律性、热状态中的辐射因素和平流层、中层大气的动力学特性以及有关外层大气热状态因素的理论问题，此外还详细介绍了近年来有关高层大气结构和高层大气成分方面的研究成果。本书可供从事高层大气气象学和大气物理学方面的研究工作者和业务工作者参考，同时亦可供高等院校有关专业师生参考。

据《序》，实际需要促使高层大气的研究工作迅速发展，这特别表现在人们对高层大气热状态问题十分注意。正因为如此，在利用火箭和卫星进行研究的最初计划中，就规定了要广泛地研究高空大气热状态的规律性。近来出现了很多研究高层大气热状态的理论工作，可是至今不论在苏联或在其它各国，对高层大气热状态的完整概念还没有过综合论述。本书的目的就是试图对高层大气热状态研究的现状给以简短的论述。由于篇幅有限，不可能讨论所有这方面的问题和详细引用全部有关结果，在很多情况下作者只限于引证一些文献，而且所引证的文献也不是详尽无遗的，文献目录中尽先列举了近年来最重要的著作。

序文说明了全书的篇章安排与写作分工：前两章探讨温度概念、大气中平衡状态形式等一般性问题；第一章在温度概念确定以后，简短综述热力学平衡定律；第二章讨论大气中平衡状态的主要类型，同时阐述热力学平衡不存在的情况下温度概念的运用问题。第三、四章评论目前用于确定高层大气温度的主要方法。第五章阐述高层大气热状态规律的研究结果。第六章分析高层大气热状态中的辐射因素。第七章介绍一些有关平流层和中层动力学的知识，举例说明作为热状态因素的动力过程的重要性。第八、九、十章探讨有关外部大气（热层和外层）热状态因素的理论概念。序文还特别说明，高层大气热状态问题与微观性质因素的研究（光化学、光致电离、光致离解、复合、碰撞、吸收和辐射过程等方面的问题）有着密切联系，现在不论在苏联还是在外国都进行了广泛的研究工作；详细研究微观过程的困难性是明显的，这也就说明了为什么尽管对上述问题作了大量工作，可是对它暂时还没有足够清楚了解的原因。为了阐明高层大气热状态的主要问题，在很多情况下，宏观地研究能量的传递和交换过程就已经足够。由于这两个理由，作者不再讨论微观过程，而尽可能局限在宏观现象的研究上。序末说明本书第三到第七章是康德拉捷夫写的，第一、二章和第八到第十章是费里波维奇写的，康德拉捷夫对本书进行了全面校订，并对古洛夫、罗基奥诺夫、基托夫、史维德科夫斯基等同志阅读原稿、提出宝贵意见表示感谢。

据目录，全书十章：绪论；第一章气体统计理论中的一些知识，下分温度的概念、统计平衡定律；第二章大气不是处在统计平衡条件下的气体，下分存在于地球大气中的一些平衡状态（局部的热力学平衡、基尔霍夫定律在地球大气中成立的问题、单色辐射平衡、辐射平衡、平衡状态的混合型、质点按状态的定常分布）、不存在热力学平衡条件下的温度概念、关于地球大气中统计平衡定律成立的一些意见；第三章确定高空温度的间接方法，下分声学方法、流星的观测、光学方法（曙暮光方法、探照灯的探测、夜天光和极光的光谱研究、臭氧的光谱）、无线电方法（均匀大气高度、有效复合系数、电子的碰撞频率、大气的热无线电辐射）、大气潮汐的观测和其他方法；第四章利用火箭和卫星测量温度，下分在火箭上的温度测量（电阻温度计、压力计的测量、声速的测量、落球法、光学方法）、根据卫星观测确定温度（根据卫星制动观测确定大气密度、压力计的测量、大气的热力探测）、卫星的温度和热量平衡；第五章观测到的高层大气热状态的规律性，下分不同高度上的温度垂直分布、温度的年变化、温度的日变化；第六章决定平流层和中层热状态的辐射因素，下分高层大气的吸收辐射、平流层热状态的辐射因素、中层热状态的辐射因素、平流层和中层的辐射平衡理论；第七章高层大气动力学的一些知识，下分高层大气中的气流、大型环流运动；第八章热层和外层热状态的理论概念，下分辐射平衡理论在热层大气中的应用、考虑导热的热状态理论模式、由行星际气体引起的高层大气的加热；第九章能量守恒方程及其在高层大气温度分布问题上的应用，下分能量守恒方程的推导、导热方程的讨论、关于热状态理论的一些意见；第十章各种因素对高层大气加热的作用问题，下分太阳的紫外辐射和伦琴射线辐射、行星际气体、太阳吸积的星际介质和从太阳大气中逸散的质点、微粒流、电流、磁流体动力波、地球大气和行星际气体的摩擦、微流星、低声波、地“冕”。书末附结语、参考文献、附录、名词索引。

前20页所见《绪论》述研究高层大气各种现象（极光、曙暮光、夜天光等）已有很长历史，但仅在本世纪内，首先由于实际需要促进，高层大气物理学的各个分支才开始迅速发展；由于无线电联系及无线电广播的需要，电离层物理学研究蓬勃发展；由于火箭技术成就，人们能够发射卫星和宇宙火箭，使研究高空大气成分和结构的任务提到首要地位。绪论指出大气最有代表性的特点之一是很多性质在铅直方向上的不均匀性，这种不均匀性说明大气在垂直方向上有一定的成带性，可按温度随高度分布分为对流层、平流层、中层、热层、外层及相应的过渡层。绪论还介绍高层大气成分和结构的基本知识，说明在发射第一批研究火箭以前，人们主要由间接实验方法和理论计算取得有关大气密度、压力、温度和成分的知识；用火箭只可以得到低于110—130公里处的足够可靠资料；在发射人造地球卫星和宇宙火箭以前，用各种方法得到的更高处大气密度资料是极端矛盾的；最初的火箭探测资料构成的标准大气模式与更早期由电离层和光谱学研究所给出的模式比较起来，前者得出的大气概念要冷得多、密度也小得多，较近期发射火箭得到的资料重新给出的概念是这里的大气很热而且不那么稀薄，这和人造卫星观测得到的情报是一致的。绪论还列表给出大气层名称、上界和下界的平均高度及过渡层，并列表给出N.格尔逊的大气模式，列高度、温度、压力、质点数目、密度等数据。第一章《气体统计理论中的一些知识》则讨论温度的概念和统计平衡定律，说明温度是热力学平衡状态下对整个子系统取同一数值的系统状态函数，并给出状态实现几率的统计力学公式，讨论麦克斯韦分布、玻尔兹曼定律、萨哈定律等，还特别指出高空大气很稀薄，作为一般意义上物体加热程度的温度概念不大适用，在300到500公里高空气温可达几千度，但把宏观物体放置于这样稀薄的大气内，物体温度要比介质温度低很多，其原因在于气体质点很少和物体表面相撞，物体温度将完全取决于它的辐射平衡；温度是宏观概念，仅当所研究体积线尺度远大于自由路程时，论及温度才有意义。本次仅见前20页，后续内容待补。