大氣科學(xué)概論 第一講概述匯總

1、大氣科學(xué)概論,課程內(nèi)容,第一章,概,述,第二章,大氣運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,第三章,氣旋與反氣旋,第四章,關(guān)于氣團(tuán)和鋒的介紹,第五章,關(guān)于天氣預(yù)報(bào)的基本方法和技術(shù),第六章,海氣相互作用的產(chǎn)物,厄爾尼諾,第七章,氣候變化,本,章,內(nèi),容,?,大氣科學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容和,學(xué)科體系,?,大氣科學(xué)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及,其在生產(chǎn)建設(shè)中的應(yīng)用,?,有關(guān)大氣的物理屬性,大氣科學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容和學(xué)科體系,?,由于地球的引力作用，地球周?chē)奂粋€(gè),氣體圈層，構(gòu)成了所謂,大氣圈,;,?,大氣的分布是如此之廣，以致地球表面沒(méi)有,任何地點(diǎn)不在大氣的籠罩之下；,?,人類(lèi)就生活在大氣圈底部的“下墊面”上,;,?,大氣圈是人類(lèi)地

2、理環(huán)境的重要組成部分。,大氣圈阻擋了大多數(shù)隕石,大氣科學(xué)的研究對(duì)象,大氣科學(xué)的研究對(duì)象主要是覆蓋整個(gè),地球的,大氣圈,，也研究大氣與其周?chē)?的,水圈、冰雪圈、巖石圈,和,生物圈,相,互作用的物理和化學(xué)過(guò)程，此外還研,究太陽(yáng)系其他行星的大氣。,大氣科學(xué)的領(lǐng)域很廣，其基本內(nèi)容是：,?,把大氣當(dāng)作研究的對(duì)象來(lái)探討其,特性,和,狀態(tài),，如大,氣的組成、結(jié)構(gòu)、溫度、濕度、壓強(qiáng)和密度等等；,?,研究導(dǎo)致,大氣現(xiàn)象,發(fā)生、發(fā)展的能量來(lái)源、性質(zhì)及,其轉(zhuǎn)化；,?,研究大氣現(xiàn)象的本質(zhì)，從而能,解釋大氣現(xiàn)象,，尋求,控制其發(fā)生、發(fā)展和變化的,規(guī)律,；,?,探討如何應(yīng)用這些規(guī)律，通過(guò)一定的措施，為預(yù),測(cè),和改善大氣環(huán)

3、境服務(wù),（如人影、消霧、防雹等），使,之能更適合于人類(lèi)的生活和生產(chǎn)的需要。,大氣科學(xué)的研究?jī)?nèi)容,大氣科學(xué)是研究大氣的各種,現(xiàn)象,（包括,人類(lèi)活動(dòng)對(duì)它的影響）及其,演變規(guī)律,，,以及如何利用這些規(guī)律進(jìn)行,天氣、氣候,的,監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè),，從而趨利避害為人類(lèi)服,務(wù)的一門(mén)學(xué)科。,天氣和氣候的區(qū)別,?,天氣和氣候是兩個(gè)既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念,?,從時(shí)間尺度上講，,天氣,是指某一地區(qū)在某一瞬間或,某一,短時(shí)間,內(nèi)大氣,狀態(tài),（如氣溫、濕度、壓強(qiáng)等）和,大氣,現(xiàn)象,（如風(fēng)、云、霧、降水等）的綜合。天氣過(guò),程是大氣中的短期過(guò)程。,?,而氣候指的是在太陽(yáng)輻射、大氣環(huán)流、下墊面性質(zhì),和人類(lèi)活動(dòng)在長(zhǎng)時(shí)間相互作用下，在

4、某,一時(shí)段內(nèi)大量,天氣過(guò)程的綜合,。,世界主要?dú)夂驁D,氣候系統(tǒng),一個(gè)完整的氣候系統(tǒng)應(yīng)包括對(duì)氣候形成分布和,變化有直接或間接影響的各個(gè)環(huán)節(jié)，除太陽(yáng)輻,射這個(gè)主要能源之外，氣候系統(tǒng)包括,大氣圈、,水圈、冰雪圈、陸地表面和生物圈（,動(dòng)、植物,和人類(lèi)）等,5,個(gè)子系統(tǒng)。各個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部以及各,子系統(tǒng)彼此之間的各種物理、化學(xué)乃至生物過(guò),程的,相互作用,決定著氣候的長(zhǎng)期平均狀態(tài)以及,各種時(shí)間尺度的變化。,后天,(The Day After Tomorrow),完美風(fēng)暴,(Perfect Storm),龍卷風(fēng)（,Tornadoes,）,覆蓋整個(gè)地球的大氣的質(zhì)量約占地球,總質(zhì)量的百萬(wàn)分之一。由于地心引力的作,用

5、，大氣質(zhì)量的,90%,聚集在地表,15km,高,度以下的大氣層內(nèi)，,99.9%,（,48km,）。,2000,km,以上，上大氣極其稀薄，逐漸向,星際空間過(guò)渡，無(wú)明顯的上界。,氣候系統(tǒng)之大氣圈,觀測(cè)證明，大氣在垂直方向上的物理性質(zhì)是有顯著差,異的。根據(jù)溫度、成分、電荷等物理性質(zhì)，同時(shí)考慮,到大氣的垂直運(yùn)動(dòng)等情況，可將大氣分為五層。,大,氣,的,垂,直,結(jié),構(gòu),1.,對(duì)流層,對(duì)流層是地球大氣中,最低的一層,。云、霧、雨雪,等主要,大氣現(xiàn)象都出現(xiàn)在此層,。對(duì)流層是對(duì)人類(lèi),生產(chǎn)、生活影響最大的一個(gè)層次，也是大氣科學(xué),研究的,重點(diǎn)層次,。,對(duì)流層有以下,3,個(gè)主要特征：,（,1,）,氣溫隨高度增加而降

6、低,：,（,2,）,垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng),：,（,3,）,氣象要素水平分布不均勻,：,在對(duì)流層的最下層稱(chēng)為,行星邊界層或摩擦層,。其范圍,一般是自地面到,1,1.5km,高度。在這層里大氣受地面,摩擦和熱力的影響最大，湍流交換作用強(qiáng)，水汽和微,塵含量較多，各種氣象要素都有明顯的日變化。,行星邊界層以上的大氣層稱(chēng)為,自由大氣,。在自由大氣,中，地球表面的摩擦作用可以忽略不計(jì)。,在對(duì)流層的最上層，介于對(duì)流層和平流層之間，還有,一個(gè)厚度為數(shù)百米到,1,2km,的過(guò)渡層，稱(chēng)為,對(duì)流層頂,。,這一層的主要特征是：氣溫隨高度的增加突然降低緩,慢，或者幾乎不變，成為上下等溫。,2.,平流層,自對(duì)流層頂?shù)?55km,

7、左右為平流層。在平流層內(nèi)的,溫度,隨著高度的增高,。平流層這種氣溫分布特征是和它受地,面溫度影響很小，特別是存在著大量,臭氧,能夠直接吸收,太陽(yáng)輻射有關(guān)。雖然,30km,以上臭氧的含量已逐漸減少，,但這里紫外線輻射很強(qiáng)烈，故溫度隨高度增加得以迅速,增高，造成顯著的,暖層,。,平流層內(nèi)氣流比較平穩(wěn),，空氣,的垂直混合作用顯著減弱。,平流層中水汽含量極少，大多數(shù)時(shí)間天空是晴朗的。平,流層中的微塵遠(yuǎn)較對(duì)流層中少，但是當(dāng),火山猛烈爆發(fā),時(shí)，,火山塵可到達(dá)平流層，影響能見(jiàn)度和氣溫。,3.,中間層,自平流層頂?shù)?85km,左右為中間層。,該層的特點(diǎn)是,氣溫隨高度增加而迅速下降，并有相當(dāng),強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng),。

8、,中間層內(nèi)水汽含量更極少，幾乎沒(méi)有云層出現(xiàn)，,在中間層的,60,90km,高度上，有一個(gè)只有白天才出現(xiàn),的,電離層，叫做,D,層,。,4.,熱層,熱層又稱(chēng),熱成層,或,暖層,，它位于中間層頂以上。該層中，,氣溫隨高度的增加而迅速增高,。其增溫程度與太陽(yáng)活動(dòng),有關(guān)，當(dāng)太,陽(yáng)活動(dòng),加強(qiáng)時(shí)，溫度隨高度增加很快升高。,在熱層中空氣處于高度電離狀態(tài)，又可稱(chēng)為,電離層,，正,是由于高層大氣電離層的存在，人們才可以收聽(tīng)到很遠(yuǎn),地方的無(wú)線電臺(tái)的廣播。,此外，在高緯度地區(qū)的晴夜，在熱層中可以出現(xiàn)彩色的,極光,。,5.,散逸層,這是大氣的最高層，又稱(chēng)外層。這一層中,氣溫隨高度,增加很少變化,。由于溫度高，空氣粒子

9、運(yùn)動(dòng)速度很大，,又因距地心較遠(yuǎn)，地心引力較小，所以這一層的主要,特點(diǎn)是大氣粒子經(jīng)常散逸至星際空間，本層是大氣圈,與星際空間的過(guò)渡地帶。,氣候系統(tǒng)之大氣圈,地球大氣運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性,空間尺度：小至幾米以下，大至幾千公,里甚至上萬(wàn)公里,時(shí)間尺度；短至幾秒長(zhǎng)至數(shù)十天或更長(zhǎng),氣候系統(tǒng)各組成部分及其相互作用,地球大氣的組分以,氮、氧、氬,為主，它們占大,氣總體積的,99.96%,，此外還包括,二氧化碳、甲,烷、臭氧、水汽,、氡、氨等。大氣中還懸浮著,水滴、冰晶、塵埃、花粉等液態(tài)、固態(tài)微粒。,氧：人類(lèi)賴(lài)以生存的物質(zhì)基礎(chǔ),水汽：淡水的主要資源,臭氧：含量雖少，但能吸收太陽(yáng)紫外輻射中對(duì)生,命有害的部分,水圈包括,

10、海洋,、,湖泊、江河、地下水,和,地表上,的一切液態(tài)水，其中海洋在氣候形成和變化中,最重要。,海洋是由世界大洋和鄰近海域的含鹽海水所組,成。其總面積約占地球表面的,71%,，相當(dāng)于陸,地面積的,2.5,倍。無(wú)論從力學(xué)和熱力學(xué)效應(yīng)來(lái)看，,海洋在氣候系統(tǒng)中具有最大的慣性，是,一個(gè)巨,大的能量貯存庫(kù),。,氣候系統(tǒng)之水圈,（海洋）,氣候系統(tǒng)之水圈,洋,流,示,意,圖,暖流,寒流,水圈（海洋）,由于海洋對(duì)太陽(yáng)輻射的,反射率,比陸面小，海洋,單位面積所吸收的太陽(yáng)輻射能比陸地多,25,50,。全球海洋表層的年,平均溫度要比全球陸,面溫度約高,10,左右。,如果僅考慮,100m,深的表層海水，即占整個(gè)氣候,系

11、統(tǒng)總熱量的,95.6,。僅此一端就可見(jiàn)其在氣,候系統(tǒng)中的重要性。,陸面有時(shí)亦稱(chēng)巖石圈。巖石圈的變化時(shí)間尺度甚,長(zhǎng)，其中如山脈形成的時(shí)間尺度約為,10,5,10,8,a,，,大陸飄移的時(shí)間尺度約為,10,6,10,9,a,，而陸塊位置,和高度變化的時(shí)間尺度則更在,10,9,a,以上。,它們的這些特征對(duì)地質(zhì)時(shí)期的氣候變化是有巨大,影響的，但對(duì)近代在季節(jié)、年際、十年際乃致百,年際的氣候變化中是可以忽略的。,氣候系統(tǒng)之巖石圈,陸面（,巖石圈,）,在上述近代氣候變化的時(shí)間尺度內(nèi)，除,火山爆發(fā),外，對(duì)大氣的作用主要還是發(fā)生在,陸地表面,。因,此在氣候系統(tǒng)中通常不用巖石圈這個(gè)更廣泛的名,詞，而采用陸面一詞。

12、,陸地表面具有不同的海拔高度和起伏形勢(shì)，可分,為山地、高原、平原、丘陵和盆地等類(lèi)型。它們,以不同的規(guī)模錯(cuò)綜分布在各大洲之上，構(gòu)成,崎嶇,復(fù)雜的下墊面,。,氣候系統(tǒng)之巖石圈,青,藏,高,原,冰雪圈包括,大陸冰原,、,高山冰川,、,海冰,和,地面,雪蓋,等。,陸地雪蓋有季節(jié)性的變化，海冰有季節(jié)性到幾,十年際的變化，而大陸冰原和冰川的變化要緩,慢得多，約在幾百年甚至到幾百萬(wàn)年的周期。,冰川和冰原的體積變化與海平面高度的變化有,很大關(guān)系。,氣候系統(tǒng)之冰雪圈,冰雪圈,由于冰雪具有很大的,反射率,，在冰雪覆蓋下，,地表（包括海洋和陸地）與大氣間的熱量交,換被阻止，因此冰雪對(duì)地表熱量平衡有很大,影響。它是氣

13、候系統(tǒng)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)。,總之，冰雪的主要效應(yīng)是增大了地表反照率，,對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)總是起冷卻（源）作用,。,氣候系統(tǒng)之冰雪圈,生物圈除了包括動(dòng)植物，也包括,人類(lèi)本身,。,生物圈的各部分在變化的時(shí)間尺度上有顯著差,異，但它們對(duì)氣候的變化都很敏感，而且反過(guò),來(lái)又影響氣候。,生物對(duì)于大氣和海洋的,CO,2,平衡，氣溶膠粒子,的產(chǎn)生，以及其它與氣體成分和鹽類(lèi)有關(guān)的化,學(xué)平衡等都有很重要的作用。,由于動(dòng)物需要得到適當(dāng)?shù)氖澄锖蜅⒌?，所?動(dòng)物群體的變化也反映了氣候的變化。,氣候系統(tǒng)之生物圈,氣候系統(tǒng)之生物圈,大氣的氣體組成成分,微量氣體含量通常用體積或質(zhì)量混合比表示。其定義,為單位體積,(,質(zhì)量,),大氣

14、中微量氣體作占體積,(,質(zhì)量,),的比,例，以,mL/L(mg/g),表示。,五大圈層相互作用,大氣科學(xué)的學(xué)科體系,物理氣象學(xué),氣象學(xué),天氣學(xué),動(dòng)力氣象學(xué),大氣科學(xué),物理氣候?qū)W,氣候?qū)W,描述氣候?qū)W,應(yīng)用氣候?qū)W,從,20,世紀(jì),60,年代以來(lái)，大氣科學(xué)擴(kuò)充了其傳,統(tǒng)的研究?jī)?nèi)容，出現(xiàn)了許多分支學(xué)科，主要,有大氣探測(cè)、天氣學(xué)與大氣環(huán)流、大氣動(dòng)力,學(xué)、氣候?qū)W與全球變化、大氣物理學(xué)、大氣,環(huán)境學(xué)、大氣化學(xué)、人工影響天氣、應(yīng)用氣,象學(xué)等。,大氣科學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系,大氣科學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系,由于人類(lèi)越來(lái)越認(rèn)識(shí)到大氣圈與水圈、冰,雪圈、巖石圈和生物圈之間相互作用和相互影,響的重要性，要了解大氣變化過(guò)程就不能

15、不深,入到其他圈層變化過(guò)程的研究。,因此，大氣科學(xué)與其它學(xué)科之間的相互滲,透也越來(lái)越深入。,大氣科學(xué)與其它學(xué)科的關(guān)系,總之，人類(lèi)生產(chǎn)和生活的發(fā)展，將不斷提,出新的問(wèn)題和要求，推動(dòng)大氣科學(xué)新理論和新,分支的發(fā)展。大氣科學(xué)新的發(fā)展，必將不斷提,高它為生產(chǎn)和生活服務(wù)的能力，如提高天氣和,氣候預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率、為開(kāi)發(fā)利用氣象資源和制,定經(jīng)濟(jì)政策提供更加可靠的科學(xué)依據(jù)等，其經(jīng),濟(jì)效益和社會(huì)效益將不可估量。,第二節(jié),大氣科學(xué)的發(fā)展歷史、,現(xiàn)狀及其在生產(chǎn)建設(shè)中的應(yīng)用,大氣科學(xué)的發(fā)展史,?,古代氣象知識(shí)的積累時(shí)期,?,大氣科學(xué)的建立時(shí)期,?,大氣科學(xué)主要分支的形成時(shí)期,?,大氣科學(xué)迅速發(fā)展時(shí)期,?,古氣象史時(shí)代,

16、從人類(lèi)有文字記載的歷史時(shí)期開(kāi)始到十六,世紀(jì)末。,氣象史的兩個(gè)時(shí)代：,?,近現(xiàn)代氣象史時(shí)代,從十六世紀(jì)末至今以來(lái)。,古代氣象知識(shí)的積累時(shí)期,（自人類(lèi)文明開(kāi)始至,16,世紀(jì)）,源流：,1,）以中國(guó)和印度為主的亞洲（中國(guó)殷代便有,記載，測(cè)量空氣濕度、風(fēng)向和降水量的儀,器都是我國(guó)最先發(fā)明的,）,2,）地中海東部、歐亞非三洲的交匯處（埃及,文化、巴比倫文化和希臘文化的發(fā)祥地）,最早的氣象學(xué)專(zhuān)著：,亞里士多德氣象匯論,英國(guó)氣象學(xué)的奠基人,-,圣比德自然本質(zhì),現(xiàn)代氣象科學(xué)的四次飛躍,?,第一次飛躍,:,（大約,1700,1859,年）,氣象儀器如溫度表、雨量器、氣壓表等相繼發(fā),明，導(dǎo)致對(duì)信風(fēng)和全球大氣環(huán)流的

17、研究。,?,各種氣象儀器相繼問(wèn)世：空氣溫度表（,1597,）、氣壓,表（,1643,）、虹吸式自記雨量計(jì)（,1662,）、毛發(fā)濕度,計(jì)（,1783,）,?,第一個(gè)氣象觀測(cè)站：,1653,年由意大利的斐迪南二世在,佛羅倫薩建立,，,18,世紀(jì),80,年代哈默爾組建了由歐洲、,北美洲和西伯利亞共,20,個(gè)國(guó)家的,57,個(gè)氣象觀測(cè)站構(gòu)成,的觀測(cè)網(wǎng)。,?,1686,年哈雷發(fā)現(xiàn)信風(fēng)，認(rèn)為信風(fēng)同太陽(yáng)供給赤道較,多的熱有關(guān)。,?,哈得來(lái)在,1735,年的關(guān)于信風(fēng)之起因中，第一次,對(duì)大氣環(huán)流考慮地球自轉(zhuǎn)的因素，并首次創(chuàng)立了經(jīng),圈環(huán)流的理論。,?,18,世紀(jì)中葉，人們開(kāi)始進(jìn)行高空探測(cè)的嘗試。,?,17,世紀(jì),1

18、9,世紀(jì)初，流體的概念及牛頓的力學(xué)三大,定律和微,積分學(xué)，為動(dòng)力氣象學(xué)提供了理論基礎(chǔ)。,?,第一次飛躍,:,（大約,1700,1859,年）,現(xiàn)代氣象科學(xué)的四次飛躍,?,第二次飛躍,:,（,1860,1940,）,無(wú)線電報(bào)發(fā)明，地面氣象觀測(cè)網(wǎng)產(chǎn)生，天氣圖誕,生，,V,?,Bjerknes,創(chuàng)立了鋒面學(xué)說(shuō)，提出了著名,的斜壓概念和環(huán)流理論，從此天氣學(xué)和動(dòng)力氣象,學(xué)形成并得到發(fā)展。,?,第一張?zhí)鞖鈭D：,1820,年，布蘭德斯（德國(guó)）,?,風(fēng)與氣壓關(guān)系的提出：,1857,年，白貝羅（荷蘭）,?,科里奧利力的引入：,1861,年，費(fèi)雷爾（美國(guó)）,?,環(huán)流理論：,1897,年，,V,?,Bjerknes

19、,（,1921,年提出大氣,環(huán)流圖案）現(xiàn)代天氣學(xué)理論，天氣分析和天氣預(yù)報(bào)方,法，基本上是由,V,?,Bjerknes,父子、索爾貝格和伯杰,龍等人在,20,世紀(jì),20,30,年代期間建立起來(lái)的。,?,1939,年,Rossby,等提出了長(zhǎng)波理論。,?,第二次飛躍,:,（,1860,1940,）,現(xiàn)代氣象科學(xué)的四次飛躍,?,第三次飛躍,:,（,1941,1980,）,無(wú)線電探空儀發(fā)明，高空觀測(cè)網(wǎng)迅速建立，,Rossby,提出了長(zhǎng)波動(dòng)力學(xué)，創(chuàng)立了長(zhǎng)波理論。,Lorenz,提出奇異吸引子與混沌理論、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理,論、適應(yīng)理論、突變理論和不穩(wěn)定理論等并相,繼得到應(yīng)用，大尺度天氣學(xué)進(jìn)入成熟階段。,現(xiàn)代氣象科

20、學(xué)的四次飛躍,?,第四次飛躍,:,（大,1980,）,空間和地面大氣遙感探測(cè)與氣象信息技術(shù)系統(tǒng)日,趨完善，大氣科學(xué)試驗(yàn)正從局部的專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)向全,球的綜合性試驗(yàn)過(guò)渡，氣候研究正朝著更加廣泛、,更加綜合的方向發(fā)展。,大氣科學(xué)迅速發(fā)展,（,20,世紀(jì),50,年代以來(lái)）,特點(diǎn)：,第一、是開(kāi)展大規(guī)模的科學(xué)實(shí)驗(yàn)；,第二、是利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn)；,第三、是把大氣作為一個(gè)整體進(jìn)行研究；,此外，愈來(lái)愈注意人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候的影響,我國(guó)大氣科學(xué)研究的發(fā)展概況,?,我國(guó)自周朝以后，許多典籍中都有關(guān)于氣象和氣候知,識(shí)的記載。例如，徐霞客游記、易經(jīng)、孫,子兵法、本草綱目、山海經(jīng),、楚辭等,?,1743,年法國(guó)傳教士

21、高比在北京設(shè)立的測(cè)侯所，是我國(guó),境內(nèi)用近代氣象儀器進(jìn)行測(cè)候的開(kāi)始。,1911,年后，我,國(guó)在北京成立中央觀象臺(tái)。,1927,年后，在南京中央研,究院設(shè)置氣象研究所?？谷諔?zhàn)爭(zhēng)期間，,1941,年在重慶,成立中央氣象局。,我國(guó)大氣科學(xué)研究的發(fā)展概況,新中國(guó)成立以來(lái)，全國(guó)各地普遍建立各級(jí)臺(tái),站，地面和高空氣象測(cè)報(bào)網(wǎng)已基本建成。特,別是結(jié)合農(nóng)業(yè)的需要，促進(jìn)了我國(guó)具有獨(dú)創(chuàng),性的縣站預(yù)報(bào)的建立和發(fā)展?；A(chǔ)理論、天,氣氣候、衛(wèi)星氣象、人工影響天氣等方面都,開(kāi)展了研究。,大氣科學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā),展中的作用,（,1,）大氣科學(xué)在防災(zāi)減災(zāi)中的作用；,（,2,）在環(huán)境保護(hù)方面的作用；,（,3,）在航線航路等

22、交通安全方面的作用。,一、在防災(zāi)減災(zāi)中的作用,?,大氣科學(xué)與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著密切關(guān)系；,?,發(fā)生在大氣中的各種現(xiàn)象及其變化，如雨水和,溫暖等可以造福人類(lèi)；,?,但是它們也可以帶來(lái)嚴(yán)寒、酷暑、干旱和雨澇、,冰雹、龍卷,等,氣象災(zāi)害,，這些都直接影響了工農(nóng),業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸和人民生活，甚至威脅了人民,的生命財(cái)產(chǎn)。,臺(tái)風(fēng),臺(tái)風(fēng)“莫拉克”,09,年,8,月莫拉克臺(tái)風(fēng)造成,全臺(tái)灣共,461,人死亡、,192,人失蹤、,46,人受傷。農(nóng)林,漁牧損失累計(jì)達(dá)到新臺(tái)幣,145,多億萬(wàn)元,。,深圳連降暴雨,海上世界酒吧街被淹,07,年,6,月,11,日凌晨,4,時(shí)，受連日暴雨影,響，廣東韓江水位暴漲，沿江的豐

23、順,縣留隍鎮(zhèn)、黃金鎮(zhèn)、潭江鎮(zhèn)水位均超,出警戒線,4,米以上，堤壩出現(xiàn)多處險(xiǎn),情，隨時(shí)有漫堤垮壩危險(xiǎn)。豐順縣三防辦采取開(kāi)閘分洪措施，截至,當(dāng)日下午,4,時(shí)，韓江水位有所回落，但仍高于警戒水位,3.5,米。,這是,豐順縣受災(zāi)最重的留隍鎮(zhèn)一處房屋被洪水淹沒(méi)。,暴雨,臺(tái)風(fēng),臺(tái)風(fēng)“海棠”,05,年,7,月超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“桑美,”重創(chuàng)浙江蒼南縣。只有,210,戶(hù)人的蒼南馬站鎮(zhèn)頂,魁村房子倒塌,150,多間，,整個(gè)村莊幾乎被夷為平地,，現(xiàn)場(chǎng)情景慘不忍睹，直,接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上千萬(wàn)元,人民幣。,2005,年,8,月颶風(fēng)“卡特里娜”,新奧爾良成了水國(guó)澤鄉(xiāng),場(chǎng)面殘不忍睹,一、在防災(zāi)減災(zāi)中的作用,?,而氣候?yàn)?zāi)害則是大范圍、

24、長(zhǎng)時(shí)間的氣候異,常造成的災(zāi)害，如長(zhǎng)時(shí)間氣溫偏高、偏低、,或降水量偏多、偏少等。氣候異常會(huì)帶來(lái),干旱、洪澇、低溫、冷害等，較嚴(yán)重的會(huì),對(duì)農(nóng)業(yè)、工業(yè)、牧業(yè)、水利、交通等產(chǎn)生,巨大影響，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。,1998,年夏季長(zhǎng)江流域和嫩江、松花,江流域發(fā)生的持大洪澇。,0,500,1000,1500,2000,2500,3000,3500,2006,氣象災(zāi)害給我國(guó)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失不斷增加,2009,2006,年：,2516.9,億,2007,年：,2378.5,億,2008,年：,3244.5,億,2009,年：,2500,億,雨雪量較大的區(qū),域集中在江淮、,江漢東部、江南、,華南及云南西北,部等地，過(guò)

25、程降,水量達(dá),50-250mm,。,紅色區(qū)域,為,凍雨區(qū),貴州累積降水,量較小，主要,是凍雨天氣,2008,年,1,月,10,日至,2,月,2,日全國(guó)降水量分布圖,2008,年,1,月我國(guó)南方冰凍雨雪災(zāi)害,2007/2008,低溫雨雪冰凍極端災(zāi)害對(duì)電力、交通、農(nóng)業(yè)、,林業(yè)和城市用水等造成災(zāi)難性影響,2010,年西南地區(qū)秋冬春連旱！,2010,年,武漢,重慶,廣州,吉林,舟曲,2010,年,7,月全國(guó)極端天氣和氣候事件,2010,年,8,月國(guó)外重大災(zāi)害性天氣氣候事件,一、在防災(zāi)減災(zāi)中的作用,?,由于天氣和氣候?yàn)?zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失如此,之大，因此，研究這些災(zāi)害的發(fā)生及成因，,持別是關(guān)于這些氣候和天氣

26、災(zāi)害預(yù)測(cè)機(jī)理,和方法的研究是當(dāng)前國(guó)際科學(xué)研究的熱門(mén),課題，更是我國(guó)社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中急,需研究的一項(xiàng)重要的科學(xué)問(wèn)題。,二、在環(huán)境保護(hù)中的作用,?,大量使用化石燃料和燃燒有機(jī)物；,?,大量施用化肥；,?,人類(lèi)生活中大量使用冰箱和汽車(chē)，汽車(chē)尾氣,大量是氮氧化物，冰箱大量施用氟利昂，而,氟利昂將會(huì)破壞大氣中的臭氧；,?,水稻種植和有機(jī)物的腐化會(huì)產(chǎn)生大量甲烷。,二、在環(huán)境保護(hù)中的作用,根據(jù)科學(xué)家的估算，當(dāng)二氧化碳增加,1,倍時(shí)，全球,氣溫將升高,1.5,左右。由于全球氣溫升高，這將,導(dǎo)致全球海平面升高。到,2050,年前后，海平面平均,將要升高,22cm,左右；,全球氣溫上升，干旱化，荒漠化加劇，水

27、資源缺乏，,全球生態(tài)系統(tǒng)，人類(lèi)居住的環(huán)境惡化，水資源和空,氣污染,夏威夷,Mauna Loa,觀象臺(tái)測(cè)量的大氣,CO,2,濃度變化,現(xiàn)已達(dá)到,368ppmv,（百萬(wàn)分之一體積）。,(Jones et al. 1999),1920,1940,1960,1980,2000,2020,1900,5,10,15,年,1970,年,2000,年,高山生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變暖十分敏感,山地冰川普遍退縮,冰,川,面,積,（,平,方,公,里,）,乞里馬扎羅山脈（坦桑尼亞）,1986,年,2000,年,由于氣候變暖，長(zhǎng)江源最大冰川,崗加曲巴冰川近,40,年退縮,4000,米,青海湖,(a),近百年和近六百年,(b),

28、水位變化的重建曲線,湖泊水位下降、面積萎縮,年,年,湖,水,位,(,米,),湖,水,位,(,米,),1960,1970,1980,1990,4000,4500,5000,湖,面,積,(,平,方,公,里,),年,下降約,12,米,縮小,670,多,km,2,阿姆斯特丹（荷）,布雷斯特（法）,毫米,毫米,毫米,年,希維諾烏伊希切（波）,全球變暖引起海平面上升,20,世紀(jì)上升最快，從,1900,年全球平均上升,10-20cm,我國(guó)海平面上升趨勢(shì)明顯,未來(lái)還將繼續(xù)升高。預(yù)測(cè)未來(lái),100,年上升幅,度,28-68,厘米。,海,域,2030,年,2050,年,2100,年,遼寧天津,11,12,19,21

29、,57,63,山東半島東南部,-1,0,2,4,28,34,江蘇廣東東部,13,14,21,24,62,68,珠江口附近,5,7,10,13,43,50,廣東西部廣西,13,14,22,24,62,68,近五十年海平面明顯上升，平均上升速率為,每年,2.6,毫米。近幾年上升速率加快。,二、在環(huán)境保護(hù)中的作用,?,干旱化、荒漠化加劇，水資源缺乏；此外，,全球生態(tài)系統(tǒng)、人類(lèi)居住的環(huán)境惡化、水資,源和空氣污染等嚴(yán)重地影響著人類(lèi)的生活。,?,研究大氣的成分如何變化及其在大氣中如何,通過(guò)物理的、化學(xué)的和動(dòng)力的過(guò)程來(lái)改變著,地球環(huán)境也是大氣科學(xué)主要研究?jī)?nèi)容之一。,全球變暖將影響整個(gè),水循環(huán)過(guò)程,水循環(huán)將加

30、強(qiáng),1,、對(duì)飛機(jī)起飛、飛行和降落的影響,空中的顛簸、能見(jiàn)度、雷電等嚴(yán)重的影響起飛、飛行和,降落的安全。,?,空中顛簸主要是由于氣流切變大而產(chǎn)生湍流以及由于,強(qiáng)盛積云對(duì)流產(chǎn)生強(qiáng)的垂直運(yùn)動(dòng)所致；,?,機(jī)場(chǎng)能見(jiàn)度差嚴(yán)重影響飛機(jī)起飛和降落，甚至產(chǎn)生空,難事故；,?,機(jī)場(chǎng)上空發(fā)生雷電，對(duì)飛機(jī)的起飛和降落有嚴(yán)重影響；,?,暴雨和大雪天氣，由于跑道滑，且能見(jiàn)度也受影響，,在一定程度上也影響飛機(jī)的起飛和降落。,三、在現(xiàn)代交通運(yùn)輸上的作用,2,、對(duì)海港和輪船航行的,影響,海浪、海冰、風(fēng)暴潮，臺(tái)風(fēng),3,、對(duì)于鐵路和高速,公路交通的影響,濃霧，暴風(fēng)雨雪,大氣科學(xué)在生產(chǎn)建設(shè)中的應(yīng)用,（,1,）提供氣象觀測(cè)資料，并加以

31、整理分析，找出它們,的規(guī)律和特性，供生產(chǎn)建設(shè)部門(mén)應(yīng)用；,（,2,）提供未來(lái)天氣預(yù)報(bào)和氣候變化趨勢(shì)預(yù)報(bào)，做生產(chǎn),建設(shè)部門(mén)的參謀；,（,3,）根據(jù)生產(chǎn)建設(shè)的需要和可能，用人工控制局部天,氣和改造小氣候的條件,。,其中前二項(xiàng)應(yīng)用最廣，已經(jīng)在農(nóng)林、漁鹽、交通、,工程、醫(yī)療衛(wèi)生和軍事國(guó)防等方面取得良好效果。,大氣科學(xué)在生產(chǎn)建設(shè)中的應(yīng)用是十分廣泛十分,重要的，并已分門(mén)別類(lèi)形成各自獨(dú)立的應(yīng)用,氣象學(xué)和應(yīng)用氣候?qū)W，如：,農(nóng)業(yè)氣象（氣候）學(xué)，林業(yè)氣象（氣候）學(xué)，,鹽業(yè)氣象學(xué)、漁業(yè)氣象學(xué)，航空氣象學(xué)、航,海氣象學(xué)、醫(yī)療氣象學(xué)、建筑氣象學(xué)、污染,氣象學(xué),和,軍事氣象學(xué),等等。,思考題,一、基本概念,：,天氣；氣候；

32、氣象學(xué)；氣候?qū)W；氣候系統(tǒng)；,二、,常識(shí)記憶,：,世界上第一個(gè)氣象站于,1653,年在意大利建立；,世界上第一張?zhí)鞖鈭D于,1820,年由布蘭德斯繪制成；,世界上第一顆氣象衛(wèi)星是美國(guó)于,1960.4.1,發(fā)射的；,世界氣象日為每年的,3,月,23,日。,1,大氣科學(xué)概觀，（美）華萊士，（美）霍,布斯，上海科學(xué)技術(shù)出版社，,1981,年,2,氣象學(xué)與氣候?qū)W，黃潤(rùn)本，高等教育出版,社，,1986,年,3,氣象學(xué)與氣候?qū)W，周淑貞，等，高等教育,出版社，,1985,年,4,大氣科學(xué)概論，黃榮輝，等，氣象出版社，,2005,年,參考書(shū)籍,有關(guān)大氣的物理屬性,在氣象學(xué)上，大氣的物理性狀主要以,氣象要素,和,空

33、氣狀態(tài)方程,來(lái)表征。,一、主要?dú)庀笠?氣象要素是指表示大氣屬性和大氣現(xiàn)象的物理,量，如,氣溫、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量、,降水量、能見(jiàn)度,等等。,（一）氣溫,在一定的容積內(nèi)，一定質(zhì)量的空氣，其溫度的高低只與,氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能有關(guān)。即這一動(dòng)能與絕對(duì)溫度,T,成正比。因此，,空氣冷熱的程度，實(shí)質(zhì)上是空氣分子平,均動(dòng)能的表現(xiàn)。,當(dāng)空氣獲得（失去）熱量時(shí)，其分子運(yùn),動(dòng)的平均速度增大（減少），平均動(dòng)能增加（減小），,氣溫也就升高（降低）。,目前我國(guó)規(guī)定用攝氏度（,）溫標(biāo)，在理論研究上常用,絕對(duì)溫標(biāo)，以,K,表示，兩種溫標(biāo)之間的換算關(guān)系為：,T=t+273.15,t+,273,。,大氣中的溫度

34、一般以,百葉箱,中干球溫度為代表。,（二）氣壓,氣壓指大氣的壓強(qiáng)。它是空氣的分子運(yùn)動(dòng)與地球重力場(chǎng),綜合作用的結(jié)果。若以,P,代表氣壓，,F,代表面積,A,上所承,受的力，則：,P,=,F,/,A,若,M,為任何面積,A,上的大氣質(zhì)量，在地球重力場(chǎng)中，,g,為,重力加速度，則這個(gè)面積,A,上大氣柱的重量為：,F,=,Mg,在靜止大氣中，面積,A,上大氣柱的重量就是該面上所承,受的力：,P,=,Mg,/,A,即,靜止大氣中任意高度上的氣壓值等于其單位面積上所,承受的大氣柱的重量,。,（二）氣壓,一般情況下氣壓值是用水銀氣壓表測(cè)量的。設(shè)水銀柱的,高度為,h,，水銀密度為,，水銀柱截面積為,S,，則水

35、銀柱的,重量,W,=,gh,S,。由于水銀柱底面積的壓強(qiáng)和外界大氣壓,強(qiáng)是一致的，從而所測(cè)大氣壓強(qiáng)為,P,=,W,/,S,=,gh,S,/,S,=,gh,。,所以氣壓?jiǎn)挝辉煤撩姿y柱高度（,mmHg,）表示，現(xiàn),通用百帕（,hPa,）來(lái)表示。,1hPa,相當(dāng)于,1cm,2,面積上受到,10,-2,牛頓（,N,）的壓力時(shí)的壓強(qiáng)值，即：,1hPa=10,-2,N/cm,2,。,當(dāng)選定溫度為,0,，緯度為,45,?,的海平面作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，海,平面氣壓為,1013.25hPa,，相當(dāng)于,760mm,的水銀柱高度，,曾經(jīng)稱(chēng)此壓強(qiáng)為,1,個(gè)大氣壓。,（三）濕度,一般表示,大氣中水汽量多少的物理量,稱(chēng)大氣濕度。大氣,濕度狀況與云、霧、降水等關(guān)系密切。,大氣濕度常用下述物理量表示：,1.,水汽壓和飽和水汽壓（,e,）,：大氣壓力是大氣中各種氣,體壓力的總和。水汽和其它氣體一樣，也有壓力。,2.,相對(duì)濕度（,f,）：,就是空氣中的實(shí)際水汽壓與同溫度下,的飽和水汽壓的