环境物理学

环境物理学就其自身的学科体系而言，还没有完全定型。它主要研究声、光、热、加速度、振动、电磁场和射线对人类的影响及其评价，以及消除这些影响的技术途径和控制措施。目的是为人类创造一个适宜的物理环境。引起物理性污染的声、光、热、电磁场在环境中是永远存在的，它们本身一般对人无害，只是在环境中的量过高或过低时，才造成污染或异常。物理性污染是局部性的，而且在污染源停止运转后，污染也就立即消失。环境物理学根据研究的对象可分为：①环境声学。研究声环境及其同人类活动的相互作用。主要研究声音的产生、传播和接收，以及声音对人体产生的生理、心理效应；研究改善和控制声环境质量的技术和管理措施。②环境光学。研究人的光环境。主要内容包括天然光环境和人工光环境，光环境对人的生理和心理的影响，光污染的危害和防治等。③环境热学。研究人的热环境。研究内容包括热环境及其对人体的影响，以及人类活动对热环境的影响。④环境电磁学。主要研究电磁污染的产生及其对人类生活环境的影响。⑤环境空气动力学。主要研究近地面大气中风的各种空气动力学特征以及各类物质在其中的迁移扩散规律。

物理性污染同化学性污染和生物性污染是不同的。化学性污染和生物性污染是环境中有了有害的物质和生物，或者是环境中的某些物质超过正常含量。而引起物理性污染的声、光、热、电磁场等在环境中是永远存在的，它们本身对人无害，只是在环境中的量过高或过低时，才造成污染或异常。例如，声音对人是必需的，但是声音过强，又会妨碍或危害人的正常活动。反之，环境中长久没有任何声音,人就会感到恐怖,甚至会疯狂。物理性污染同化学性污染和生物性污染相比，不同之处还表现在以下两个方面：一是物理性污染是局部性的，区域性或全球性污染现象比较少见；二是物理性污染在环境中不会有残余物质存在，在污染源停止运转后，污染也就立即消失。

物理环境和物理性污染的特征决定了环境物理学的研究特点，主要是：①物理环境的声、光、热、电等要素都是人类所必需的，这决定了环境物理学的研究同环境科学的其他分支学科不同，它不仅研究消除污染，而且研究适宜于人类生活和工作的声、光、热、电等物理条件；②物理性污染程度是由声、光、热、电等在环境中的量决定的，这就使环境物理学的研究同其他物理学科一样，注重物理现象的定量研究。

环境物理学根据研究的对象可分为环境声学、环境光学、环境热学、环境电磁学和环境空气动力学等分支学科。但总的说来，因为环境物理学是正在形成中的学科，它的各个分支学科中只有环境声学比较成熟。

它的任务是为改善人类的声环境，研究人所需要的声音和人所不需要的声音──噪声，尤其是研究噪声的产生、传播、评价和控制，以及对人类的生活和工作产生的影响和危害等。

声音是由固体振动、液体或气体的不稳定流动以及与固体相互作用形成的，因此有关振动的产生、传播、测试、评价以及采取隔振、防振等措施以消除其危害，也是环境声学的研究内容。

人对光的适应能力较强。人眼的瞳孔可随环境的明暗进行调节。如日光和月光的强度相差约10000倍，人都能适应。但是如果长期在弱光下看东西，目力就会受到损伤。相反，在强光下则会产生瞬时后果，甚至对眼睛造成永久性的伤害。视觉是人的重要功能，研究适宜于人的光及其变动范围，控制和改善人类需要的光环境，消除光污染的危害和影响，是环境光学的任务。

人类的生活和生产活动，不仅需要太阳辐射到地球的热能，而且需要各种燃料产生的热能。燃料的大量消费，干扰了地球环境的热平衡，使环境遭受热污染。燃料燃烧排出大量的二氧化碳，对环境产生温室效应；城市人口密集，燃料消费量大，使城市出现热岛效应等。这些都是热污染的表现。热污染对自然环境造成的破坏，会对人类和生物产生长远的影响。

人是温血动物，适合于人类生活的温度范围是很窄的，人类主要依靠穿衣服、营居室来获得生存所需要的热环境。研究适宜于人类的热环境，揭示热环境和人类活动的相互作用，控制热污染，为人类创造舒适的热环境，是环境热学的研究内容。

人类生活在电磁场中，关于电磁场对人体的影响，定量性的研究成果还比较少。光波也是一种电磁波，环境电磁学的研究对象是波长比光波更长的电磁波，研究内容是电磁波对环境的污染及其所造成的危害。

主要研究户外大尺度的空气运动。地球的旋转作用和重力作用，大气密度和温度的分层结构，大气中的相变等对大气运动的影响。在一般空气动力学中，这些虽然不很重要,而在环境空气动力学中,则是重要的研究内容。

地球大气的自然运动以及由此而产生的风、云、雨、雾等现象是大气物理学的主要课题。环境污染（如烟雾污染、温室效应、热岛效应）对大气运动的影响日益严重地干扰气象的变化，大气中或者水中的污染物质在风、日光、重力和环流的作用下扩散或下沉，这些都是环境空气动力学的研究内容。环境空气动力学还把大气运动对人类的影响，以及对鸟类、昆虫的飞行等影响作为研究内容。

环境物理学的研究领域是相当广阔的。如物质在作机械运动时，匀速运动对人体没有影响，而有加速度的运动则有影响。当人体受到的加速度可与重力加速度相比的情况下，人就会感到不舒适。人对加速度能容忍的变化范围还是比较大的，如人体直立，横向运动的加速度达50g也不会受到伤害。人体作机械运动或者人体处在机械振动环境中所产生的物理效应和生理效应，也是环境物理学有待深入研究的内容。环境物理学将在对物理环境和物理性污染全面、深入研究的基础上，发展自身的理论和技术，形成一个完整的学科体系。

物理性污染虽然能够利用技术手段进行控制，但是，采取各种控制技术要涉及经济、管理和立法等问题，所以要对防治技术进行综合研究，获得最佳方案。

书名:环境物理学

ISBN:750255809

作者:刘树华编

出版社:化学工业出版社

定价:34

页数:439

出版日期:2004-10-1

版次: 1

开本:32开

包装:平装

本书是作者多年来从事土壤-植被-大气系统环境物理过程教学和科研实践的概括总结，主要内容包括：环境物理学的基本知识、基本理论以及环境物理学的发展方向；土壤环境物理、植被环境物理、植被冠层中的辐射传输、土壤-植被-大气系统环境物理过程及其模型、遥感环境物理学、陆面物理过程及局地气候效应的预测模型等，具有较强的知识性、系统性和应用价值。本书可供从事环境科学、大气科学、生态科学、地理学科及区域与全球变化研究和管理的工作人员参考，也可作为高等院校相关专业本科生、研究生的教材和参考书。

1 绪论

1.1 环境物理学的定义及与社会、经济发展的关系

1.2 环境物理学的生产与发展

1.3 环境物理学的研究对象和方法

2 环境物理学概论

2.1 大气环境物理学概述

2.2 大气的垂直分层

2.3 大气质量及其垂直分布

3 地球大气系统环境物理学概念

3.1 静力平衡时大气所受的力

3.2 大气压力的测高公式

3.3 重力位势

3.4 匀质大气、等湿大气及多元大气中压强随高度的变化

3.5 标准大气模式

3.6 空气温度参数及其表达形式

3.7 空气温度饱和度及其表达形式

4 地球系统中辐射能量传输的基本物理定律

4.1 太阳-地球-大气环境系统中辐射的物理特征

4.2 辐射的物理量

4.3 辐射的基本物理定律

4.4 太阳辐射物理特征

4.5 地球大气上界的太阳辐射能

4.6 地球运动与昼夜季节和时间

5 土壤环境物理

5.1 土壤环境物理特征

5.2 土壤热通量的计算方法

5.3 土壤的温度特征

6 土壤中水环境物理

6.1 土壤中水环境物理量的一些概念

6.2 土壤中水的输送

6.3 土壤中水量平衡

6.4 土壤植物根系吸水计算及模型

6.5 土壤水运动模型

7 地球表面与大气之间环境物理交换过程

7.1 地球表面的辐射交换过程

7.2 地-气之间动量的交换过程

7.3 地-气间感热通量的交换过程

7.4 地-报间潜热通量的交换过程

8 遥感环境物理学

8.1 遥感数据的大气校正

8.2 地表环境物理参数的反演技术

8.3 地表反照率的反演技术

8.4 地表温度的反演技术

8.5 地表地壤温度的反演方法

8.6 大气可降水的反演方法

8.7 用近红外通道遥感整层水汽总量

8.8 热惯量法遥感土壤水分方法

8.9 作物覆盖下土壤水量的热红外遥感方法

9 植被冠层中的辐射传输

9.1 地形对太阳直接辐射影响的计算

9.2 植被冠层内太阳直接副射透过率的计算

9.3 太阳直接辐射透过植被冠层的计算

9.4 植被冠层对总辐射的截获量的计算

9.5 植被冠层内长波福射的传输

1 植被与大气的物质、能量传输与贮存

1.1 梯度扩散模式在能量和物质输送中的局限性

1.2 高阶闭合模式

1.3 流场轨迹模式

1.4 空气动力学传导多层模式

1.5 土壤-植被-大气相互作用的环境物理过程

1.6 植被冠层热量贮存模式

第11章 生物圈与大气圈物质、能量输送

11.1 简单生物圈模型（SiB）结构

11.2 改进简单生物圈模型（SiB2）

11.3 简单生物圈模型（SiB）中存在的问题

11.4 植被光合作用、冠层气孔导度和蒸散的环境物理机理

11.5 冠层内部辐射传输

12 陆面生态系统环境物理过程预测方法

12.1 地面温度Tg的确定方法

12.2 地面温度Tg的其他近似确定方法和试验结果

12.3 土壤含水量的强迫恢复处理

12.4 单层植被环境物理过程的参数化

13 土壤-植被-大气系统环境生物物理过程

13.1 土壤表面环境生物物理过程

13.2 植被冠层环境生物物理过程

13.3 阻力系数和空气动力学阻力

13.4 表面辐射环境生物物理过程

13.5 植被热量和水汽的输送过程

13.6 土壤温度的预测

13.7 地表水文过程

14 土壤-植被-大气系统水分输送环境物理模式

14.1 大气子系统参数化

14.2 植被子系统参数化

14.3 土壤子系统参数化

14.4 模式的初、边值条件及数据的处理方法

14.5 不同植被覆盖度对地表热力平衡的影响

14.6 验证性实验

15 森林植被陆面物理过程及局地环境气候效应

15.1 模式介绍

15.2 差分格式、边界条件与初条件

15.3 森林生态系统环境物理特征

15.4 非均匀森林植被陆面物理过程和大气边界层相互作用及局地气候效应