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Table of Contents Preface¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿¿¿¿¿¿¿...¿¿¿.P-1 The Author¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿P-6 Chapter 1: Chemical Composition and Structure¿¿¿¿¿¿¿...1-1 1.1. Major Gases and Trace Gases¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿...1-2 1.2. Atmospheric Evolution: A Brief Overview¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿..¿¿¿¿1-7 1.3. The State of the Atmosphere¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.1-10 1.4. Temperature: Definition and Altitude Dependence¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..1-13 1.5. Temperature: Nomenclature and Physical Mechanisms¿¿¿¿¿¿¿¿.¿..1-21 1.6. Gravity¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..1-29 1.7. Atmospheric Density and Pressure¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...1-36 1.8. The Ideal Gas Law¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..1-41 1.9. Hydrostatic Balance¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿1-43 1.10. Review Topic: Units and Systems of Measurement¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿..1-51 1.11. Problems¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿.1-53 1.12. References¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.1-58 Chapter 2: Solar and Terrestrial Radiation: The Atmospheric Energy Balance¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿...2-1 2.1. Conceptual Models for Light¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿....2-2 2.2. The Sun¿.¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿¿.2-10 2.3. The Solar Constant¿.¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.....2-12 2.4. The Budget of Solar Radiation¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿¿¿¿..¿...2-15 2.5. Terrestrial Radiation¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿.¿....¿2-19 2.6. The Radiative Energy Balance¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿¿¿..¿.....2-26 2.7. The Greenhouse Effect: A Simplified Model¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿¿....2-31 2.8. The Atmospheric Energy Balance: Some Complications¿¿..¿¿¿¿¿.¿....2-38 2.9. Latitudinal Dependence of Heating and Cooling: The Seasonal Cycle¿¿......¿2-42 2.10. Problems¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿¿.2-47 2.11. References¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿.......2-52 Chapter 3: Atmospheric Water¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿....3-1 3.1. Water on Earth and in the Atmosphere¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿¿.¿¿..3-2 3.2. The Phases of Water¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿...3-8 3.3. The Physical Basis of Saturation¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿.¿.3-13 3.4. Latent Heats¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...3-18 3.5. Saturation Vapor Pressure - A Quantitative Expression¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿3-22 3.6. Cloud Formation and Cloud Types¿¿¿¿¿¿¿...¿¿¿¿¿¿...¿¿¿.3-24 3.7. The Tropospheric Lapse Rate¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿.3-28 3.8. Vertical Motions, Stable Air and Unstable Air¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.3-38 3.9. Condensation Nuclei and the Formation of Precipitation¿¿¿¿¿¿¿¿¿.3-44 3.10. The Global Water Cycle¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿.3-50 3.11. Problems¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..3-53 3.12. References¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...3-56 Chapter 4: Winds - The Global Circulation and Weather Systems¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿4.1 4.1. Wind Systems in the Earth¿s Atmosphere¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿...4-2 4.2. Forces that Drive the Winds¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿...4-4 4.3. The Pressure Gradient Force¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿.¿.4-8 4.4. The Coriolis Force¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿.4-17 4.5. The Centrifugal Force¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.4-25 4.6. Friction¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿..¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿4-26 4.7. Several Forces Acting Simultaneously¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿..4-28 4.8. Observed Winds¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..4-35 4.9. Problems¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..4-39 4.10. References¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿¿...¿..4-42 Chapter 5: Chemical Processes and Atmospheric Ozone¿¿¿¿¿..5.1 5.1. Atmospheric Chemistry ¿ An Overview¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿.5-2 5.2. Absorption of Solar Radiation ¿ The Photodissociation Rate¿¿¿¿¿¿¿¿...5-5 5.3. Atmospheric Ozone¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿¿......5-11 5.4. Chemistry in a Pure Oxygen Atmosphere¿¿¿¿¿¿¿¿...¿¿¿.¿...¿....5-13 5.5. Chemical Processes Involving Chlorine¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿......5-23 5.6. The Excited Oxygen Atom, O(1D)¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿.....5-27 5.7. Chemical Processes Involving Nitrogen¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿¿...5-27 5.8. The Antarctic Ozone Hole¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿.5-30 5.9. Chemical Processes in the Troposphere¿¿...¿¿¿¿¿¿...¿¿¿¿¿¿¿5-36 5.10. Primary Pollutants in the Troposphere¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..5-38 5.11. The Formation of Ozone in Urban Areas¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿5-42 5.12. Problems¿¿¿..¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿.5-46 5.13. References¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿..5-48 Chapter 6: The Earth¿s Climate¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..6-1 6.1. A Definition of Climate¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿.6-2 6.2. Climate over Geological Time Scales: 4.6 Billion to 1.8 Million Years Ago¿¿..6-5 6.3. Climate over the Past 1.8 Million Years¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿...¿¿¿............6-9 6.4. Mechanisms of Climate Change: An Overview¿¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿¿..6-9 6.5. Changes in Solar Luminosity and the Solar Constant¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.....6-11 6.6. Changes in the Earth¿s Orbit and Orientation¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.6-14 6.7. Changes on Land and in the Atmosphere¿¿..¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿6-19 6.8. References¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿..¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿.¿¿....6-26
Library of Congress Subject Headings for this publication:
Atmosphere.
Atmospheric physics.
Atmospheric chemistry.
Meteorology.