最新-农林气象学1第一章引论-PPT课件.ppt

1、气候与环境：国际政治第一焦点气候与环境：国际政治第一焦点 哥本哈根，哥本哈根，20092009年年1212月月7 7日日-18-18日，日，联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约第第1515次次缔约方会议暨缔约方会议暨京都议定书京都议定书第五次第五次缔约方会议缔约方会议 气候问题本应是超越主权的话题，与之相关的必须是气候问题本应是超越主权的话题，与之相关的必须是全球意义上的绿色经济、绿色意识、绿色政治。全球意义上的绿色经济、绿色意识、绿色政治。墨西哥的坎昆，墨西哥的坎昆，20192019年年1111月月2929日日-12-12月月1010日联合国举办的气候变化大会日联合国举办的气候变化大

2、会 全球气候的变化不只是取决于二氧化碳浓全球气候的变化不只是取决于二氧化碳浓度的升高，气候变化是非常复杂的综合性问度的升高，气候变化是非常复杂的综合性问题，有待于多学科联合研究。题，有待于多学科联合研究。地球地球大气圈大气圈天气学天气学气候学气候学变化快、周期短、单独系统变化快、周期短、单独系统变化慢、周期长、五个子系统（大气圈、水圈、变化慢、周期长、五个子系统（大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈）共同作用冰雪圈、岩石圈、生物圈）共同作用澳门地球物澳门地球物理暨气象局理暨气象局气象局除气象气候各项研究，气象局除气象气候各项研究，也负责地震和空气质量之监也负责地震和空气质量之监测。测。来源于生

3、产实践（特别是农业和建筑）、服来源于生产实践（特别是农业和建筑）、服务于生产实践，随着社会生产的发展而发展务于生产实践，随着社会生产的发展而发展发展初期包括发展初期包括16 16 世纪中叶到世纪中叶到1919世纪末世纪末欧洲工业的发展欧洲工业的发展物理学、化学、流体力学的快物理学、化学、流体力学的快速发展；航海技术的进步、远距离商业、探险队等速发展；航海技术的进步、远距离商业、探险队等扩大视野扩大视野地理学的兴起，为介于物理学与地理学地理学的兴起，为介于物理学与地理学的边缘学科气象学、气候学的发展奠定了基础。的边缘学科气象学、气候学的发展奠定了基础。这一时期主要研究成果有这一时期主要研究成果有

4、：海平面上风压关系律海平面上风压关系律、气旋模式和结构气旋模式和结构、大气中光电现象和云雨形成的初大气中光电现象和云雨形成的初步解释步解释、大气环流的若干现象解释大气环流的若干现象解释。1593 1593 年意大利学者伽利略（年意大利学者伽利略（GalileoGalileo）发明温度）发明温度表表，1643 1643 年意大利学者托里拆利（年意大利学者托里拆利（TorricelliTorricelli）发）发明气压表明气压表。特点：在地面观测的同时，也进行高空观测，从特点：在地面观测的同时，也进行高空观测，从定定性描述性描述阶段，进入到阶段，进入到定量试验定量试验阶段，从认识自然，阶段，从认识

5、自然，逐步向逐步向预测自然，控制和改造自然预测自然，控制和改造自然的方向发展。的方向发展。（1 1）开展大规模的观测试验）开展大规模的观测试验 2.2.近期近期2020世纪世纪5050年代以后年代以后 电子计算机和新技术如雷达、激光、遥感及人造卫电子计算机和新技术如雷达、激光、遥感及人造卫星等的使用，大大地促进了气象学与气候学的发展。星等的使用，大大地促进了气象学与气候学的发展。其主要表现如下：其主要表现如下：（2 2）对大气物理现象进行数值模拟试验）对大气物理现象进行数值模拟试验（3 3）把大气作为一个整体进行研究）把大气作为一个整体进行研究（4 4）气候学领域中的科学革命）气候学领域中的科

6、学革命 太阳辐射是这个系统的能源。在太阳辐射的作用太阳辐射是这个系统的能源。在太阳辐射的作用下，气候系统内部产生一系列的复杂过程，这些过下，气候系统内部产生一系列的复杂过程，这些过程在不同时间和不同空间尺度上有着密切的相互作程在不同时间和不同空间尺度上有着密切的相互作用，各个组成部分之间，通过物质交换和能量交换，用，各个组成部分之间，通过物质交换和能量交换，紧密地结合成一个复杂的、有机联系的气候系统。紧密地结合成一个复杂的、有机联系的气候系统。气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈在内的，能够决定气候形成、气候冰雪圈和生物圈在内的，能

7、够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统分布和气候变化的统一的物理系统。在在85km85km以下的一般可分为两类以下的一般可分为两类:二氧化碳（二氧化碳（CO2）：大气中大气中COCO2 2含量很少，其平均含量约占大气容积的含量很少，其平均含量约占大气容积的0 00303，工业化前，工业化前260ppm,260ppm,截至截至20192019年底，世界气年底，世界气象组织公布的数据象组织公布的数据370ppm.370ppm.分布分布：随高度，主要集中于大气底部随高度，主要集中于大气底部20km20km的气层的气层内内,20km,20km以上明显减少。以上明显减少。随时间，白天、夏季、

8、晴天比夜晚、冬季、阴天少随时间，白天、夏季、晴天比夜晚、冬季、阴天少 随空间随空间，城市、矿区多（可达到城市、矿区多（可达到0.05%0.05%），农村少），农村少（低于（低于0.02%0.02%），大陆比海洋多），大陆比海洋多。来源来源：有机物的腐烂分解、燃料的燃烧、生物的有机物的腐烂分解、燃料的燃烧、生物的呼吸作用等等呼吸作用等等作用作用：绿色植物光合作用的原料；绿色植物光合作用的原料；强烈吸收长波辐射，影响大气和地面的温度，强烈吸收长波辐射，影响大气和地面的温度，产生产生“温室效应温室效应”；与自然界的碳循环有关与自然界的碳循环有关;成人每天消耗氧气成人每天消耗氧气0.75kg,0.75

9、kg,排出二氧化碳排出二氧化碳0.9kg0.9kg；1 1公顷的森林吸收公顷的森林吸收1 1吨的二氧化碳，放出吨的二氧化碳，放出0.730.73吨的吨的氧气；满足人们需求的条件是：氧气；满足人们需求的条件是：10m10m 的森林，的森林，5050mm的草地。的草地。全球变暖全球变暖1010大惊人后果：更多的森林大火、毁掉文明古大惊人后果：更多的森林大火、毁掉文明古迹、迹、“回弹回弹”的群山、运行更快的卫星、改变动物基因的群山、运行更快的卫星、改变动物基因图谱、冻土解冻令地表不平、湖泊消失、极地植物异常图谱、冻土解冻令地表不平、湖泊消失、极地植物异常繁荣、动物向更高地势迁徙、过敏症加剧。繁荣、动

10、物向更高地势迁徙、过敏症加剧。甲烷从北极跑出来啦甲烷从北极跑出来啦 甲烷（甲烷（CHCH4 4)是在湖泊、沼泽、水田中的生物体腐是在湖泊、沼泽、水田中的生物体腐败后被细菌分解生成的，天然气、工业废水、生活败后被细菌分解生成的，天然气、工业废水、生活污水和垃圾也是甲烷的产生源。稳定，在大气中可污水和垃圾也是甲烷的产生源。稳定，在大气中可驻留近百年。北半球的沼泽地是主要排放源之一。驻留近百年。北半球的沼泽地是主要排放源之一。失控气候将导致全球在未来失控气候将导致全球在未来70年进入无冰期年进入无冰期 1 1、人类大量燃烧煤、石油等矿物能源和滥伐森、人类大量燃烧煤、石油等矿物能源和滥伐森林加剧温室效

11、应；林加剧温室效应；2 2、人类大量使用含氟的制冷剂等氯氟烃类物质、人类大量使用含氟的制冷剂等氯氟烃类物质破坏臭氧层，产生臭氧层空洞；破坏臭氧层，产生臭氧层空洞；3 3、燃烧煤石油等矿物能源和使用各类交通工具排、燃烧煤石油等矿物能源和使用各类交通工具排放的含硫、含氮等酸性气体产生酸雨放的含硫、含氮等酸性气体产生酸雨4 4、汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化合物在阳光紫、汽车尾气中的碳氢化合物和氮氧化合物在阳光紫外线作用下，发生光化学反应，产生光化学烟雾。外线作用下，发生光化学反应，产生光化学烟雾。n大气污染补充说明：大气无国界，大气被污染是大气污染补充说明：大气无国界，大气被污染是全球性的问题，为

12、了把人类居住的星球建成一个环全球性的问题，为了把人类居住的星球建成一个环境良好的世界，境良好的世界，1992年年6月在巴西里约热内卢召开月在巴西里约热内卢召开的有的有100多个国家参加的环境和发展会议上，各国多个国家参加的环境和发展会议上，各国政府首脑讨论并签署了国际政府首脑讨论并签署了国际“气候框架气候框架”和和“保护保护生物多样性生物多样性”等公约。等公约。洛杉矶光化学烟雾n京都议定书：京都议定书：2019年年12月月160个国家和地区代表在东个国家和地区代表在东京签署，限制发达国家京签署，限制发达国家6种（二氧化碳、甲烷、氧化种（二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫）

13、温室气体亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫）温室气体的排放量。规定的排放量。规定2019-2019年排放量在年排放量在2019年的基础年的基础上削减上削减5.2，其中美国削减，其中美国削减7、欧盟、欧盟8、日本、日本6、加拿大加拿大6、东欧各国、东欧各国5-8。由于温室气体减排牵涉。由于温室气体减排牵涉巨大的经济利益，执行过程困难重重。巨大的经济利益，执行过程困难重重。2019年年3月美月美国拒绝执行，直到国拒绝执行，直到2019年生效。年生效。三大环境问题三大环境问题温室效应、温室效应、酸雨、酸雨、臭氧层空洞臭氧层空洞 1 1公顷的阔叶林每年吸尘公顷的阔叶林每年吸尘32326464吨；吨；

14、1 1公顷的柳公顷的柳杉林每年可吸收二氧化硫杉林每年可吸收二氧化硫720720千克；很多树木可以千克；很多树木可以产生杀菌素，起到直接杀菌的作用。产生杀菌素，起到直接杀菌的作用。设想当我们需要买洁净空气时设想当我们需要买洁净空气时 地球变暖地球变暖“爱斯基摩爱斯基摩”一词是由印第一词是由印第安人首先叫起来的，即安人首先叫起来的，即“吃生吃生肉的人肉的人”，也称因纽特人。狩，也称因纽特人。狩猎是爱斯基摩人的传统生活方猎是爱斯基摩人的传统生活方式。或者说，在北极地区狩猎式。或者说，在北极地区狩猎是爱斯基摩人的是爱斯基摩人的“特权特权”。他。他们世世代代以狩猎为主。在格们世世代代以狩猎为主。在格陵兰

15、北部，他们在冬夏之交猎陵兰北部，他们在冬夏之交猎取海豹，取海豹，6 68 8月以打鸟和捕鱼月以打鸟和捕鱼为主，为主，9 9月猎捕驯鹿。而在阿月猎捕驯鹿。而在阿拉斯加北端，全年以狩猎海豹拉斯加北端，全年以狩猎海豹为主，并在冬夏之交猎取驯鹿，为主，并在冬夏之交猎取驯鹿，4 45 5月捕鲸。月捕鲸。京都议定书京都议定书签订现场签订现场 大气的底界是地球表面，又称下垫面，但其上界是大气的底界是地球表面，又称下垫面，但其上界是模糊的，地球大气和星际空间气体之间是逐步过渡的，模糊的，地球大气和星际空间气体之间是逐步过渡的，没有截然的分界面没有截然的分界面根据温度、成分、电离程度，同时考虑大气的垂直运根据温

16、度、成分、电离程度，同时考虑大气的垂直运动，可将大气分为五层。动，可将大气分为五层。罕见的珠母云罕见的珠母云 带给我们的思考？电影后天、2019二、水圈、陆面、冰雪圈、生物圈概述二、水圈、陆面、冰雪圈、生物圈概述陆地表面陆地表面：也称为岩石圈，在气候系统的所有组成也称为岩石圈，在气候系统的所有组成部分中变化时间尺度是最长的。以海陆分布和山脉部分中变化时间尺度是最长的。以海陆分布和山脉大地形的热力学和动力学的影响最大。对大气环流大地形的热力学和动力学的影响最大。对大气环流的形成起着重要的作用。的形成起着重要的作用。生物圈：生物圈：指的是陆地上和海洋中的植物以及生存在指的是陆地上和海洋中的植物以及

17、生存在大气、海洋和陆地的动物。生物对于大气和海洋的大气、海洋和陆地的动物。生物对于大气和海洋的二氧化碳平衡、气溶胶的产生，以及其他气体成分二氧化碳平衡、气溶胶的产生，以及其他气体成分和盐类有关的化学平衡都有很重要的作用。其变化和盐类有关的化学平衡都有很重要的作用。其变化的时间尺度有明显的差异；对气候的变化很敏感，的时间尺度有明显的差异；对气候的变化很敏感，而且反过来又影响气候。而且反过来又影响气候。在气象学中，大气的物理性状主要用在气象学中，大气的物理性状主要用气象要气象要素素和和空气状态方程空气状态方程来表示。来表示。连续性连续性粘着性可压缩性可压缩性2 2、气压、气压：单位，单位，hpah

18、pa（国际单位）（国际单位）mmHgmmHg、mbmb、标准大气压：标准大气压：1013.25 hpa1013.25 hpa 、760 mmHg760 mmHg 其间换算关系是：其间换算关系是：1mmHg=4/3mb1mmHg=4/3mb，1mb=100Pa=1hPa=0.1kPa1mb=100Pa=1hPa=0.1kPa。国际单位为百帕国际单位为百帕 水汽压（水汽压（e e）：大气中水汽产生的那部分压力：大气中水汽产生的那部分压力 饱和水汽压（饱和水汽压（E E）：一定温度下水汽含量最大时水汽：一定温度下水汽含量最大时水汽压压（1 1）水汽压与饱和水汽压）水汽压与饱和水汽压：与气压单位相同与

19、气压单位相同（2 2）相对温度（相对温度（f f）空气距离饱和的相对程度空气距离饱和的相对程度100%efE（3 3）饱和差（饱和差（d d）d=E-ed=E-e表示空气距离饱和的绝对程度表示空气距离饱和的绝对程度 （5 5）水汽混合比）水汽混合比vdmrm0.622eqPvvdmqmm一空气块中，含有水汽质量一空气块中，含有水汽质量m mv v,干空气质量干空气质量m md d，定义：，定义：湿空气中水汽质量湿空气中水汽质量m mv v,与干空气质量与干空气质量m md d之比为之比为混合比混合比 （4 4）比湿）比湿具有保守性具有保守性大气中的混合比和比湿通常小于大气中的混合比和比湿通常小

20、于0.040.04，因此有，因此有qrqr0.622erPe（6 6）露点温度露点温度T Td d 条件：气压和水汽压不变时降低温度条件：气压和水汽压不变时降低温度T Td d T Tf f 7.5(237.3)6.11 10ddTTe237.37.51lg6.11dTe9.5(265.5)6.11 10ffTTe2 6 5.59.51lg6.1 1fTe 从天空降至地面的液态或固态水。从天空降至地面的液态或固态水。降水量（降水量（mmmm）：降落到地面的水分，在不流失、）：降落到地面的水分，在不流失、不渗透、没有蒸发的条件下，在单位时间内单位面积不渗透、没有蒸发的条件下，在单位时间内单位面积上积水的深度。上积水的深度。雪深（雪深（cmcm）、雪压）、雪压(KN/m(KN/m)4 4、降水、降水大气的动大气的动力因子力因子 风向方位图风向方位图 无无 云：云量为云：云量为0 0成成 遮空蔽日：云量为遮空蔽日：云量为1010成成 半半 空空 云：云量为云：云量为5 5成成6 6、云、云 单位单位“成成”7 7、能见度、能见度ddPR T*P vRTePPdR T(1+0.378)ePvT=(1+0.378)TvPR T