CONTENTS
Preface  ... xiii
CHAPTER ONE Introduction to the Atmosphere  ... 1
  The Earths Four Spheres  ... 2
  Weather and Climate  ... 3
  The Atmosphere and Environmental Issues  ... 4
  Composition of the Atmosphere  ... 5
  The Ozone Problem  ... 7
  Origin of the Atmosphere  ... 10
  Exploring the Atmosphere  ... 11
  Vertical Structure of the Atmosphere  ... 14
    Temperature Changes in the Vertical  ... 16
    Vertical Variations in Composition  ... 19
    The Ionosphere  ... 20
  Review  ... 22
  Problems  ... 23
  Vocabulary Review  ... 23
CHAPTER TWO Solar and Terrestrial Radiation  ... 24
  Earth-Sun Relationships  ... 25
    Motions of Earth  ... 25
    The Seasons  ... 25
  Heat and Temperature  ... 33
  Mechanisms of Heat Transfer  ... 33
    Conduction  ... 33
    Convection  ... 34
    Radiation  ... 34
  Incoming Solar Radiation  ... 38
    Scattering  ... 38
    Reflection  ... 39
    Absorption within the Atmosphere  ... 41
  Terrestrial Radiation  ... 42
  Heat Budget  ... 45
  Latitudinal Heat Balance  ... 46
  Review  ... 49
  Problems  ... 49
  Vocabulary Review  ... 50
CHAPTER THREE Temperature  ... 51
  Air Temperature Data  ... 52
  Controls of Temperature  ... 55
    Land and Water  ... 55
    Ocean Currents  ... 58
    Altitude  ... 59
    Geographic Position  ... 59
    Cloud Cover and Albedo  ... 60
  World Distribution of Temperatures  ... 61
  Cycles of Air Temperature  ... 63
  Applications of Temperature Data  ... 67
  Temperature Measurement  ... 69
  Temperature Scales  ... 72
  Review  ... 74
  Problems  ... 75
  Vocabulary Review  ... 75
CHAPTER FOUR Moisture and Atmospheric Stability  ... 76
  The Hydrologic Cycle  ... 77
  Changes of State  ... 78
  Humidity  ... 79
  Humidity Measurement  ... 86
  Condensation Aloft and Adiabatic Temperature Changes  ... 90
  Atmospheric Stability  ... 92
    Determination of Stability  ... 92
    Stability and Daily Weather  ... 95
    Changes in Stability  ... 96
  Lifting Processes  ... 99
    Convective Lifting  ... 99
    Orographic Lifting  ... 99
    Frontal Wedging  ... 100
    Convergence  ... 101
  Review  ... 104
  Problems  ... 104
  Vocabulary Review  ... 105
CHAPTER FIVE Forms of Condensation and Precipitation  ... 106
  Condensation and Cloud Formation  ... 107
  Clouds  ... 108
    Cloud Classifications  ... 109
    Cloud Dscriptions  ... 109
    Clouds of Vertical Development  ... 110
    Cloud Varieties  ... 113
  Fog  ... 115
    Fogs Formed by Cooling  ... 115
    Fogs Formed by Evaporation  ... 117
  Minor Forms of Condensation  ... 118
  Formation of Precipitation  ... 119
    Bergeron Process  ... 119
    Collision-Coalescence  ... 121
  Forms of Precipitation  ... 124
    Rain  ... 124
    Snow  ... 126
    Sleet and Glaze  ... 127
    Hail  ... 128
    Rime  ... 128
  Precipitation Measurement  ... 129
    Standard Instruments  ... 129
    Weather Radar  ... 130
  Intentional Weather Modification  ... 132
    Cloud Seeding  ... 133
    Fog and Cloud Dispersal  ... 134
    Hail Suppression  ... 135
    Frost Prevention  ... 136
  Review  ... 138
  Problems  ... 139
  Vocabulary Review  ... 139
CHAPTER SIX Air Pressure and Winds  ... 140
  Air Pressure  ... 141
    Factors Affecting Air Pressure  ... 142
    Pressure Changes with Altitude  ... 142
  Measuring Air Pressure  ... 144
  Factors Affecting Wind  ... 147
    Pressure-Gradient Force  ... 147
    Coriolis Effect  ... 149
    Friction  ... 151
  Winds Aloft and Geostrophic Flow  ... 154
  Curved Flow and the Gradient Wind  ... 156
  Surface Winds  ... 158
  How Winds Generate Vertical Air Motion  ... 159
    Vertical Airflow Associated with Cyclones and Anticyclones  ... 160
    Factors That Promote Vertical Airflow  ... 161
  Wind Measurement  ... 161
  Review  ... 165
  Problems  ... 165
  Vocabulary Review  ... 166
CHAPTER SEVEN Circulation of the Atmosphere  ... 167
  Scales of Atmospheric Motions  ... 168
  Local Winds  ... 170
    Land and Sea Breezes  ... 171
    Mountain and Valley Breezes  ... 172
    Chinook (Foehn) Winds  ... 172
    Katabic (Fall) Winds  ... 174
  Global Circulation  ... 174
  Observed Distribution of Surface Pressure and Winds  ... 176
  Monsoon Circulation  ... 179
  The Westerlies  ... 180
    Why Westerlies?  ... 180
    Jet Streams  ... 182
    Jet Streams and Waves in the Westerlies  ... 184
    Westerlies and the Earths Heat Budget  ... 186
  Global Wind and Ocean Currents  ... 188
    The Importance of Ocean Currents  ... 189
    Ocean Currents and Upwelling  ... 189
  El Ni n ~ o and Global Weather  ... 189
  Global Distribution of Precipitation  ... 192
    Zonal Distribution of Precipitation  ... 192
    Distribution of Precipitation Over the Continents  ... 195
  Precipitation Regimes on a Hypothetical Continent  ... 196
  Review  ... 199
  Vocabulary Review  ... 200
CHAPTER EIGHT Air Masses  ... 201
  Source Regions  ... 202
  Classifying Air Masses  ... 204
  Air-Mass Modification  ... 205
  Properties of North American Air Masses  ... 205
    Continental Polar (cP) and Continental Arctic (cA) Air Masses  ... 206
    Maritime Polar (mP) Air Masses  ... 207
    Maritime Tropical (mT) Air Masses  ... 209
    Continental Tropical (cT) Air Masses  ... 214
  Review  ... 214
  Vocabulary Review  ... 214
CHAPTER NINE Weather Patterns  ... 215
  Polar-Front Theory  ... 218
  Fronts  ... 220
    Warm Fronts  ... 220
    Cold Fronts  ... 221
    Stationary Fronts  ... 224
    Occluded Fronts  ... 224
  Wave Cyclone  ... 225
    Life Cycle of a Wave Cyclone  ... 225
    Idealized Weather of a Wave Cyclone  ... 229
  Cyclogenesis  ... 230
    Formation of Cyclones and Anticyclones  ... 231
    Divergence and Convergence Aloft  ... 233
    Developing Cyclonic and Anticyclonic Flow  ... 233
  Traveling Cyclones and Anticyclones  ... 234
    Patterns of Movement  ... 234
  Weather of a Wave Cyclone  ... 238
    The Violent Spring of 75  ... 239
    Weather in Peoria  ... 243
  Review  ... 245
  Vocabulary Review  ... 245
CHAPTER TEN Thunderstorms and Tornadoes  ... 246
  Whats in a Name?  ... 247
  Thunderstorms  ... 249
    Stages in the Development of a Thunderstorm  ... 250
    Thunderstorm Formation  ... 251
    Lightning and Thunder  ... 257
  Tornadoes  ... 259
    The Development and Occurrence of Tornadoes  ... 260
    Tornado Destruction  ... 265
    Predicting Tornadoes  ... 268
    Doppler Radar  ... 269
  Review  ... 273
  Problems  ... 273
  Vocabulary Review  ... 274
CHAPTER ELEVEN Hurricanes  ... 275
  Profile of a Hurricane  ... 278
  Hurricane Formation and Decay  ... 281
  Hurricane Destruction  ... 283
  Detecting and Tracking Hurricanes  ... 286
    The Role of Satellites  ... 286
    Aircraft Reconnaissance  ... 287
    Radar and Data Buoys  ... 288
    Hurricane Watches and Warnings  ... 288
  Hurricane Modification  ... 291
  Review  ... 292
  Problems  ... 293
  Vocabulary Review  ... 293
CHAPTER TWELVE Weather Analysis and Forecasting  ... 294
  Weather Analysis  ... 295
    Gathering Data  ... 296
    Constructing a Synoptic Weather Chart  ... 297
    Available Weather Charts  ... 298
  Weather Forecasting  ... 300
    Synoptic Weather Forecasting  ... 300
    Numerical Weather Prediction  ... 302
    Statistical Methods  ... 304
    Methods of Short-Range Forecasting  ... 304
  Long-Range Forecasts  ... 305
  Forecast Accuracy  ... 306
  Tools in Weather Forecasting  ... 308
  Satellites in Weather Forecasting  ... 309
    What Weather Satellites Reveal  ... 311
    Measurement by Satellite  ... 313
  Weather Forecasting and Upper-Level Flow  ... 314
    The Winter of 1977  ... 314
    What Causes the Fluctuations?  ... 317
  Review  ... 317
  Problems  ... 317
  Vocabulary Review  ... 319
CHAPTER 13 Air Pollution  ... 320
  A Brief Historical Perspective  ... 321
  Sources and Types of Air Pollution  ... 324
    Primary Pollutants  ... 324
    Secondary Pollutants  ... 326
    Air Quality Trends  ... 327
  Meteorological Factors Affecting Air Pollution  ... 330
    Wind as a Factor  ... 330
    The Role of Atmospheric Stability  ... 331
  Acid Precipitation  ... 333
  Review  ... 336
  Vocabulary Review  ... 336
CHAPTER FOURTEEN The Changing Climate  ... 337
  Is Our Climate Changing?  ... 338
  Detecting Climate Change  ... 340
  Natural Causes of Climate Change  ... 343
    Plate Tectonics and Climate Change  ... 343
    Volcanic Activity and Climate  ... 346
    Astronomical Theory  ... 347
    Solar Variability and Climate  ... 350
  Human Impact on Global Climate  ... 351
    Carbon Dioxide, Trace Gases, and Climate Change  ... 352
    Climatic Feedback Mechanisms  ... 355
    Some Possible Consequences of Greenhouse Warming  ... 356
  The Climate of Cities  ... 360
    The Urban Heat Island  ... 360
    Urban-Induced Precipitation  ... 363
    Other Urban Effects  ... 363
  Review  ... 365
  Vocabulary  ... 365
CHAPTER FIFTEEN World Climates  ... 366
  Climatic Classification  ... 367
  Climatic Controls: A Summary  ... 371
    Latitude  ... 371
    Land and Water  ... 371
    Geographic Position and Prevailing Winds  ... 372
    Mountains and Highlands  ... 372
    Ocean Currents  ... 372
    Pressure and Wind Systems  ... 372
  The Wet Tropics  ... 373
    Temperature Characteristics  ... 375
    Precipitation Characteristics  ... 376
  Tropical Wet and Dry  ... 377
    Temperature Characteristics  ... 378
    Precipitation Characteristic  ... 378
    The Monsoon  ... 379
    The Cw Variant  ... 380
  The Dry Climates  ... 380
    What is Meant by "Dry"?  ... 381
    Subtropical Desert and Steppe  ... 382
    West Coast Subtropical Deserts  ... 385
    Middle-Latitude Desert and Steppe  ... 385
  The Humid Subtropical Climate  ... 387
  The Marine West Coast Climate  ... 389
  The Dry-Summer Subtropical Climate  ... 390
  The Humid Continental Climate  ... 391
  The Subarctic Climate  ... 394
  The Polar Climates  ... 394
    The Tundra Climate  ... 395
    Ice Cap Climate  ... 397
  Highland Climates  ... 398
  Review  ... 400
  Problems  ... 402
  Vocabulary Review  ... 402
CHAPTER SIXTEEN Optical Phenomena of the Atmosphere  ... 403
  Nature of Light  ... 404
    Reflection  ... 404
    Refraction  ... 405
  Mirages  ... 407
  Rainbows  ... 409
  Halos, Sun Dogs, and Solar Pillars  ... 412
  The Glory  ... 415
  The Corona  ... 415
  Review  ... 416
  Vocabulary Review  ... 418
APPENDIX A Metric Units  ... 419
APPENDIX B Explanation and Decoding of the Daily Weather Map  ... 423
APPENDIX C Correcting Mercurial Barometer Readings  ... 430
APPENDIX D Laws Relating to Gases  ... 435
APPENDIX E Climatic Data  ... 437
GLOSSARY  ... 443
INDEX  ... 457