《气象学与气候学基础》第一章：绪论-课件.ppt

1、气象学与气候学基础 2019年9月第一章 绪论气象学与气候学的概念气象学与气候学在国民经济中的意义气象学和气候学的发展一、气象学的概念 1 1、定义、定义：研究发生于大气中的的一切物理现象和物理过程，探讨其演变规律和变化，并应用于实践的科学。物理现象：大气中的风、云、雨、雪、雹、冷暖、干湿、光、电、声等现象。物理过程：增温、冷却、蒸发、凝结。2、研究对象：地球上的四大圈层之一大气圈 主要研究内容：大气的一般特性：大气的组成、范围、结构、温度、湿度、压力、密度等。大气现象的发生、发展、及能量的来源。探求大气现象的本质、巡求变化规律。将大气现象中的规律应用于实践。天气学：1 1、定义：、定义：研究

2、地球条件下不同的区域内所产生的天气过程、天气系统的成因、演变规律，并在天气预报上应用的科学。天气过程：天气系统的发生、发展、消失、演变的全过程 天气系统：引起天气变化和分布的高压、低压、高压脊、低压槽等大气运动系统。天气预报：人们根据天气演变规律的认识，对未来一定时期内天气变化作出的主观、客观的判断2、研究对象：地球上的大气 气候学：1、定义：研究地球上气候的形成原因、分布类型、变化规律的科学。2、研究对象：地球上的气候。二、天气与气候的区别二、天气与气候的区别 1、概念不同：天气：天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（温度、相对湿度气压等）和大气现象（风、云、雨、雪、降水等）的综合

3、。属于短时间内的微观现象 气候：气候：是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时间相互作用，在某一时段内大量天气过程的综合。不仅包括该地多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。属于长时间宏观现象。某一时段：30年 不仅包括该地多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。例如：哈尔滨气候特点是：夏季多雨，炎热；冬季寒冷干燥。温度、降水的平均状况：T=3.5 P=554mm 温度、降水的极端状况：Tmax=36.7 Tmin=-38.7 Pmax=mm Pmin=mm2、变化周期不同天气：短期天气过程：活动时间5天 中期天气过程：活动时间510天 长期天气过程：

4、活动时间10天3个月 特点是：天气变化快，周期短。气候：周期分季际、年、十年、百年、千年、万年等。特点是：气候变化慢，时间长。3、各自研究的系统不同天气：仅是大气中所产生的天气现象，是个单纯的系统气候：包括大气、水、冰雪、陆地、生物（动物、植物、人）五个子系统。是个庞大的系统，各个系统相互联系、作用、，并决定着气候的长期平均状况。气候具有地方性的特点。一、气候的概念 100多年来，“气候”的概念随人们对气候现象认识的不断深入，而不断地变化：洪堡（A.V.Humboldt,1845）汉恩（J.Hann,1908）柯本、阿里索夫等 经典的气候概念：（三个要素）月平均气温 月总降水量 月平均气压 3

5、0年的观测值 全球气候系统的概念三个因素推动了从经典气候到全球气候系统概念的发展：为了延长预报时效，必需考虑下边界：海洋、陆面（包括地形）及冰雪的影响；气候异常现象不是大气本身所能解释的；人类活动对气候的影响已经达到了不可忽视的地步。二、气候学的发展 人类对气候的认识和研究，经历了3个发展阶段 经验积累阶段（主要指16世纪以前）学科建立阶段（主要指1619世纪）近代以来的发展阶段 19世纪后期，世界气象观测网逐渐形成 30年代初，T.H.P.伯杰龙和T.海赛尔贝格开创了天气气候学 70年代起，气候学已扩展到气候系统的研究当代气候学与传统气候学 传统气候学把气候当作静态来研究，只是描述某地区的气

6、候特点，而当代气候学则把气候看作是具有不同尺度（如年际尺度、十年际尺度、百年际尺度和千年际尺度等）变化的复杂系统，要求预测某个地区或全球范围的各种时间尺度的气候变化；传统气候学把气候因子局限于大气内部种种过程，而当代气候学认为气候形成和变化不仅是大气内部状态和行为的反映，而且是与大气有明显相互作用的海洋、冰雪圈、陆地表面及生物圈所组成的复杂系统的总体；在研究方法上，当代气候学除了继承并发展了传统气候学的统计方法外，还要求对气候系统进行全面系统的观测和综合分析，并对气候系统相互作用过程和气候形成、变化的动态过程进行物理-动力学理论研究和数值模拟。当代气候学的三个特点 从气候变化来研究气候；由于认

7、识到气候变化有一个很宽的时间谱，长者在10000年以上，短到1年、季尺度。所以，现代气候是从变动中认识气候，而不再仅仅局限于追求解释气候平均值。这也就推动了气候预测研究的发展。从气候系统来研究气候；把研究范围扩大到整个气候系统，即包括大气、海洋、冰雪、陆地、生物圈。因为人们已经发现，仅仅研究大气，不可能认识气候形成的过程，也不可能对气候变化作出有成效的预测。从气候动力学来研究气候。三、20世纪气候学理论研究的成就1.世界三大涛动2.大气环流3.月平均环流4.大气环流试验5.沃克环流6.温室效应7.月平均环流预测8.ENSO预报9.时滞振子理论10.温盐环流11.季平均环流预测世界三大涛动 北大

8、西洋涛动（NAO）北太平洋涛动（NPO）南方涛动（SO）大气环流沃克环流（Walker circulation）存在于赤道附近低纬度地带东西向的热力直接环流。首先由J.皮耶克尼斯在1969年提出，他认为这和早先G.T.沃克所称的南方涛动有联系（见大气活动中心）。在东太平洋赤道区，由于秘鲁寒流带来了冷海水，又由于东风所引起的厄瓜多尔和秘鲁沿岸的海水上翻，形成了一条从南美西岸沿赤道向西伸延的冷水舌，致使赤道区太平洋西部和东部之间，出现很大的温度差异：就多年平均来说，西太平洋和印度尼西亚地区海水的水温较秘鲁沿岸水温约高 8C以上。这样，通过海洋对大气的加热作用，就使暖空气在西太平洋和印度尼西亚一带上

9、升到高层之后，一部分向东流动，到达中、东太平洋冷水区上空下沉，在低层转而向西流动，形成了一个热力直接环流。这就是太平洋地区的沃克环流。它是赤道海洋表面因水温的东西面差异而产生的一种纬圈热力环流.沃克环流 在赤道太平洋区域，由于西太平洋暖池水温最高，东太平洋水温最低，因此西太平洋盛行上升气流，升到高空后向东流去，到达低温的东太平洋后转向下沉，然后在海面上以东风形式返回西太平洋。这样，便构成了一个东西向的大气环流圈，气象学上称作“沃克环流圈”。温室效应温室效应是指地球大气层上的一种物理特性。假若没有大气层，地球表面的平均温度不会是现在 适宜的15，而是十分低的-18。这温度上的差别是由于一类名为温

10、室气体所引致，这些气体吸收红外线辐射而影响到地球整 体的能量平衡。在现况中，地面和大气层在整体上吸收太阳辐射后能平衡于释放红外线辐射到太空外(图一)。但受到温室气体的 影响，大气层吸收红外线辐射的份量多过它释放出到太空外，这使地球表面温度上升，此过程可称为天然的温室效应。但由 于人类活动释放出大量的温室气体，结果让更多红外线辐射被折返到地面上，加强了温室效应的作用。温盐环流(thermohaline circulation、THC)又稱輸送洋流輸送洋流、深海環流深海環流等，是一個依靠海水的溫度和含鹽密度驅動的全球洋流循環系統。這個系統的運作現況是，以風力驅動的海面水流如墨西哥灣暖流等將赤道的暖

11、流帶往北大西洋，暖流在高緯度處被冷卻後下沈到海底，這些高密度的水接著流入洋盆南下前往其他的暖洋位加熱循環，一次溫鹽循環耗時大約1600年，在這個過程中洋流運輸的不單是能量（溫度/熱能），當中還包括地球固態及氣體資源等，不過溫鹽環流最受人類關注的是其全球恆溫的功能。溫鹽環流推測主要是由於北大西洋及南冰洋之間的鹽分及溫差對流而觸發的。簡化的北大西洋深層水流動循環圖，深色的線表示海底的寒流，淡色的線代表海面的暖流。北大西洋涛动（NAO）北大西洋上两个大气活动中心（冰岛低压和亚速尔高压）的气压变化为明显负相关；当冰岛低压加深时，亚速尔高压加强，或冰岛低压填塞时，亚速尔高压减弱。G.沃克称这一现象为北大西洋涛动。北大西洋涛动强，表明两个活动中心之间的气压差大，北大西洋中纬度的西风强，为高指数环流。这时墨西哥湾暖流及拉布拉多寒流均增强，西北欧和美国东南部因受强暖洋流影响，出现暖冬；同时为寒流控制的加拿大东岸及格陵兰西岸却非常寒冷。反之北大西洋涛动弱，表明两个活动中心之间的气压差小，北大西洋上西风减弱，为低指数环流。这时西北欧及美国东南部将出现冷冬，而加拿大东岸及格陵兰西岸则相对温暖。北大西洋涛动，英文名称：North Atlantic oscillation(NAO)北大西洋涛动于1920年由Sir Gilbert Walker（G.沃克）发现。