气象学与气候学 第一章_1

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1、气象学与气候学Meteorology and Climatology,主讲： 刘琰琰 大气科学学院成都信息工程学院,课程设置,总学时：40学时参考书目气象学与气候学 主编 周淑贞 高教出版社考核： 平时成绩占20%，出勤考核（3次以上缺勤总成绩视为不及格）、作业 闭卷考试成绩占80%,课程内容,为什么要学习气象学与气候学,从专业角度讲地理信息系统和遥感技术在气象方面的应用环境科学专业的一个重要知识组成部分就业优势从应用角度讲本课程与人类的生产生活有着密切联系,课程目标,掌握大气中的物理现象、物理过程和大气运动的基本原理掌握天气演变和气候的形成、分布、变化的基本原理了解人类对天气的影响和改造的基

2、本原理,课程的学习目的与基本要求,主要讲授：气象、天气、气候的基本知识、基本理论和有关观测的技能和方法。基本掌握：大气物理性状、大气的热能学、大气水分与大气运动、天气系统和天气过程重点掌握：气候的形成和分布的规律；了解气候变化和人类活动对气候的影响，并通过实践初步掌握气象观测技能和方法。,第一章 引论,一 气象学与气候学的研究对象与任务及简史二 气候系统概述三 有关大气的物理性状,一 气象学与气候学的研究对象与任务和简史 1.1 有关气象学与气候学的基本概念 1.2 气象学与气候学的研究对象 1.3 发展简史,基本概念 1,大气 atmosphere包围地球的圈层气态物质空气，统称为大气气象大

3、气中的冷、热、干、湿、风、云、雨、雪、 雾、霜、雷电、光等各种物理现象和物理过程的统称。,本学科的研究对象主要包括三个, 即:气象学、天气学和气候学,气象学（Meteorology） a. 气象学的定义 运用物理学原理和数学物理方法，研究发生于大气中一切物理性质、物理现象和物理过程的大气学科。 物理现象：风、云、雨、雪、雹、冷暖、干湿、光、电、声等现象。 物理过程：大气中增温、冷却、蒸发、凝结的过程。,物理现象,大气中的光现象,积雨云降雨已移过测站，但云的后部仍在下雨，被太阳照射之后，由于雨滴对阳光的折射和反射作用而形成内紫外红的虹（一次反射，两次折射）。同时也出现明显的内红外紫的霓（两次反射

4、，两次折射）。霓弱于虹,物理现象,物理现象,天空中的圆月被一层薄云遮盖，月光透过薄云时，产生衍射而形成了彩色光环的华。,高积云的边缘已遮住了太阳，由于云中水滴对阳光的衍射而形成内蓝外红的华。,根据华环直径的变化，可以预测天气。如果华环逐渐扩大，表明云里水滴、冰晶因为蒸发而在变小，所以不会下雨，或者晴天就将来临。 如果华环直径在缩小，表明云里水滴、冰晶在逐渐增大，云层逐渐增厚，天气将转阴雨。民间说：“大华晴，小华雨。”,物理现象,云层薄而均匀，阳光透过云层形成一个晕圈，在太阳两侧的晕圈上出现两个光斑，叫做“幻日”、“假日”。Sun dogs,飘浮在空中的六角形柱状的冰晶体，偶尔会整整齐齐地垂直排

5、列在空中。当太阳光射在这一根根六角形冰柱上，就会发生非常规律的折射现象。,物理过程,CO2增加可使大气增温。,物理过程,地球上的水汽循环,b. 气象学的研究对象 地球上的大气其中主要内容有：（1）大气一般的组成、范围、结构及各种要素等；（2）大气现象的发生、发展及能量来源；（3）探求大气现象的本质及其变化规律；（4）将大气现象中的规律应用于实践。,气象学因国民经济建设和人民生活要求，已形成众多分支（大气物理学，天气学，气候学，农业气象学，水文气象学，航空气象学；各类建设和生活需求海洋预报、台风预报、沙尘暴预报、紫外线预报，穿衣指数、晾晒指数、舒适度指数、大气环境指数、孝喘指数）。,概念 2,天

6、气 某一地区在某一瞬间或某一段时间内大气状况和大气现象的综合。 大气状态：大气的气压、气温和湿度等。 大气现象：大气中的风、云、雾、雨、雪等现象。 天气预报：气温、相对湿度、露点、气压、风速及风向、云覆盖度、降水等例如：三亚市某日的最高气温30C，最低气温20C ，午后有雷阵雨，这些都属于天气现象。 “今天天气很好，风和日丽，晴空万里；昨天天气很差，风雨交加”等等,天气学a.天气学的定义: 天气学是研究一定地理条件下，不同区域内所产生的天气系统、天气过程的成因演变规律，并在天气预报上应用的科学。天气系统：引起天气变化和分布的高压、低压、高压脊和低压槽等。天气过程：天气系统的发生、发展、消失和演

7、变的全过程。天气预报：人们根据对天气演变规律的认识，利用多种观测及模拟手段，对未来一定时期内天气变化作出主、客观的判断。b.天气学的研究对象: 地球上的天气。,天气系统,气候 Climate 在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动的长期作用下，在某一时段内大量天气的综合。不仅包括该地多年的平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。,概念 3,气候学 Climatologya.气候学的定义 气候学是在一定时段内由大量天气过程综合而得出的大气过程，是该时间段内全部气候成分的平均统计特征, 广义上讲是大气科学、海洋学、地球物理和地球化学、地理学、地质学、冰川学、天文学、生物学以及有关的

8、社会科学相互渗透和共同研究的交叉科学。b.气候学的研究对象：地球上的气候。气候系统内各成员相互作用，气候形成和变化过程，气候变化的机制。（气候）探索气候变化与人类活动的相互关系。（气候与人）,三部分的关系： 气象学是基础，天气学是纽带，气候学是综合。,天气与气候的关系,1.气候和天气关系密切，却是既有联系又有区别的二个不同概念：a. 天气:一个地区短时间内大气 的具体状态。例如：三亚市某日的最高气温30C，最低气温20C ，午后有雷阵雨b. 气候：指一个地方多年的天气平均状况。 例如：在中国，东部地区7月较为闷热；北方地区1月和2月多严寒天气；某市年平均气温为25C，昆明四季如春，这些都属于气

9、候现象。,2.气候是长期天气状况的综合，但不是天气状况的简单平均 天气过程短期过程。 天气特征瞬息万变的不稳定特性。 气候过程长期天气过程。 气候特征相对稳定特性。 气候虽具一定稳定性，但仍有变化 例如：南京春末初夏出现常规梅雨气侯，但有些年份则出现无雨的空梅或雨量过多的梅雨现象。,3.变化周期不同: 天气：变化快，周期短。 短期天气过程：5天； 中期天气过程：5-10天； 长期天气过程：10天-3个月。 气候：变化慢，周期长。 主要分：年、十年、百年、千年、万年 例如：大冰期-120万年； 中国明清时代的寒冷期长达500年。,天气与气候的差异,30,31,研究任务和内容: P3（一）通过实践

10、，掌握气象观测、气候统计分析和气候调查的方法，来记述所观测到的气候现象，从定性和定量两方面说明他们的特性。（二）探讨它们的正确解释和研究它们的发展规律，特别要掌握天气演变和气候形成的规律性，了解和解释各不同地区的气候特征，弄清气候资源及其地理分布，进行气候分类和气候区划，研究气候变迁的原因及其规律。（三）应用已发现的规律，采取有效措施，充分利用气候资源，减少人类活动对气候的不利影响，防御或减少气候灾害，为有关的生产建设服务。 （四）气象学、气候学与自然地理学、环境生态学和区域地理等有密切的依存关系，在教学中还应注意为这些有关后续课程奠定必要的基础。,1、掌握方法、记叙现象，说明特征；,2、探讨

11、规律，弄清分布，进行区划；,3、应用规律，采取措施，防御灾害；,4、为有关后续课程奠定基础。,气象学与气候学的发展简史,1. 萌芽时期时间：16世纪中叶以前特点：由于人类生活和生产的需要，进行一些零星的、局部的气象观测，积累一些感性认识和经验，对某些天气现象做出一定的解释 在我国在国外,在我国：三千年前殷代甲骨文中出现关于大气现象的记载春秋战国时期确定二十四节气秦汉时出现世界上最早关于物候的文献吕氏春秋、淮南子和礼记等风向器、湿度计的发明和应用，始自汉代的雨量和水旱灾记录丰富、历史最悠久积累了大量的预知未来天气的天气谚语,星星密，雨滴滴。星星稀，好天气。星星明，来日晴。蜜蜂归窠迟，来日好天气。

12、鱼儿出水跳，风雨就来到。水缸穿裙，大雨淋淋。朝霞不出门，晚霞行千里。三月三，脱了棉袄换布衫。,日落乌云涨，半夜听雨响。日落胭脂红，非雨便是风。日落云里走，雨在半夜后。天上跑台云，地上雨淋淋。西北起黑云，雷雨必来临。云自东北起，必有风和雨。有雨山戴帽，无雨山没腰。天上鱼鳞斑，晒谷不用翻。,天气谚语,国外气象学的萌芽：公元前4世纪希腊哲学家Aristotle著有气象学一书古希腊人认为地球上由于太阳光线倾斜角度的不同，才产生气候的差异，并建立了关于热带、温带和寒带的概念在这一时期，气象学和天文学是混在一起的，可以说具有天象学的性质,2. 发展初期时间：16世纪中叶到19世纪末特点：各学科的发展为气象

13、学与气候学的发展奠定了理论基础气象观测仪器的发明，地面气象观测台、站相继建立，形成了地面气象观测网；并因无线电技术的发明，能够开始绘制地面天气图由于具备了上述条件，气象学、气候学乃与天文学逐渐分离，成为独立的学科。,主要成果发明诸多气象观测仪器1593年，意大利学者伽利略发明温度表1643年，意大利学者托里拆利发明气压表1653年，意大利北部建立了第一个地面气象观测站1783年，索修尔发明毛发湿度表1860-1865年间各国纷纷绘出了天气图,伽利略,温度计,托里拆利,气压计,主要成果研究成果关于海平面上风压关系定律、气旋模式和结构、大气中光电现象和云雨形成的初步解释、大气环流的若干现象解释等出

14、版比较有质量的世界范围内的气候图1983年，德国学者汉恩出版了世界上最早的气候学巨著气候学手册,3. 发展时期 时间：20世纪以来 特点：随着生产发展的需要和技术的进步，不但进行地面气象观测，也进行高空直接观测，从而摆脱了定性描述阶段，进入到定量试验阶段，从认识自然，逐步向预测自然，控制和改造自然的方向发展。这一时期又可分为早期和近期两个阶段。a. 早期 时间：20世纪前50年 特点：利用传统探空工具，观测开始向高空发展，为高空气象学的发展奠定了基础。,主要成果,我国： 竺可桢，气象台站和雨量站的建立。偏重于我国气候区划和季节的划分，以及对我国的季风、寒潮、台风和旱涝问题的研究。,一丝不苟座右

15、铭排万难冒百死以求真知做人原则博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之处世原则,b.近期 时间：20世纪50年代以后 主要特点表现为： 大规模的观测实验； 对大气物理现象进行数值试验； 把大气作为一个整体进行研究； 气候学领域的科学革命。,二 气候系统概述 2.1 气候系统组成 2.2 大气圈（组成和结构） 2.3 水圈、陆面、冰雪圈和生物圈,气候系统：一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。,45,2.1 气候系统组成,气候系统：一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。,大气圈：气候系统的主体，最可变的部分。水圈：主体是海洋，海洋在气候形成变化中起着十分重要的作用（面积大，比热大，含有大量盐分，水汽蒸发旺盛等）。岩石圈：影响较缓慢。冰雪圈：致冷致干效应。生物圈：反映灵敏，变化是可见的。,