現(xiàn)代氣候學第1章：現(xiàn)代氣候學基礎

1、現(xiàn)代氣候學基礎現(xiàn)代氣候學基礎 第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 氣候系統(tǒng)氣候系統(tǒng) 第三章第三章 氣候系統(tǒng)的能量平衡氣候系統(tǒng)的能量平衡 第四章第四章 氣候系統(tǒng)的水分循環(huán)氣候系統(tǒng)的水分循環(huán) 第五章第五章 大氣系統(tǒng)的平均狀態(tài)大氣系統(tǒng)的平均狀態(tài) 第六章第六章 海海氣相互作用氣相互作用 第七章第七章 陸面過程陸面過程 第八章第八章 冰雪圈與氣候冰雪圈與氣候 第九章第九章 氣候變化氣候變化 第第 十十 章章 人類活動與氣候人類活動與氣候 第十一章第十一章 氣候診斷與預測氣候診斷與預測 第十二章第十二章 氣候數(shù)值模擬氣候數(shù)值模擬第一章緒論第一章緒論1.1 “氣候氣候”的概念的概念1.2 現(xiàn)代氣候學和傳統(tǒng)

2、氣候學現(xiàn)代氣候學和傳統(tǒng)氣候學1.3 氣候學的發(fā)展氣候學的發(fā)展1.4 現(xiàn)代氣候學的任務現(xiàn)代氣候學的任務1.1 “氣候氣候”的概念的概念u 天氣天氣：某一地區(qū)在某一瞬間或某一短時間：某一地區(qū)在某一瞬間或某一短時間內(nèi)大氣現(xiàn)象（風、云、雨、雪、干、濕、雷、內(nèi)大氣現(xiàn)象（風、云、雨、雪、干、濕、雷、電等）及其狀態(tài)（溫度、壓強、濕度、密度等）電等）及其狀態(tài)（溫度、壓強、濕度、密度等）的綜合。的綜合。u 氣候與天氣的聯(lián)系和區(qū)別：氣候與天氣的聯(lián)系和區(qū)別： 時間尺度、變化特點、影響因子時間尺度、變化特點、影響因子 過去過去140年來地球表面平均氣溫變化情況年來地球表面平均氣溫變化情況1.2現(xiàn)代氣候學和傳統(tǒng)氣候學現(xiàn)

3、代氣候學和傳統(tǒng)氣候學 描述一定區(qū)域的氣候特點 氣候形成和變化的原因，要求預測某個地區(qū)或全球范圍的各個時間尺度的氣候變化，即圍繞平衡態(tài)的擾動或對平衡態(tài)的偏差或距平1.2現(xiàn)代氣候學和傳統(tǒng)氣候學現(xiàn)代氣候學和傳統(tǒng)氣候學按研究尺度可分為：大氣候學、中氣候學和小氣候學；按研究所用的原理和方法可分為：天氣氣候學 、物理氣候學、動力氣候學、衛(wèi)星氣候學、統(tǒng)計氣候學和地理氣候學；按研究時段和所用資料可分為地質(zhì)時期氣候學、歷史時期氣候學和現(xiàn)代氣候學。1.2現(xiàn)代氣候學和傳統(tǒng)氣候學現(xiàn)代氣候學和傳統(tǒng)氣候學氣候學研究的三種基本手段氣候學研究的三種基本手段觀測分析揭示事實，數(shù)值模擬和理論解釋闡明機理1.3 氣候學的發(fā)展氣候學

4、的發(fā)展中國二十四節(jié)氣中國二十四節(jié)氣萌芽時期：世紀中葉以前萌芽時期：世紀中葉以前，感性和經(jīng)，感性和經(jīng)驗認識階段，零碎的定性觀察和描述。驗認識階段，零碎的定性觀察和描述。1.3 氣候學的發(fā)展氣候學的發(fā)展發(fā)展初期：世紀中葉世紀中葉發(fā)展初期：世紀中葉世紀中葉 觀測方面觀測方面：氣象儀器的發(fā)明、建立地面氣象觀：氣象儀器的發(fā)明、建立地面氣象觀測站和觀測網(wǎng)，開始氣象要素的觀測和積累測站和觀測網(wǎng)，開始氣象要素的觀測和積累發(fā)明時間發(fā)明時間發(fā)明者姓名發(fā)明者姓名發(fā)明者國籍發(fā)明者國籍發(fā)明的氣象發(fā)明的氣象觀測儀器觀測儀器1593伽利略伽利略意大利意大利溫度表溫度表1643托里拆利托里拆利意大利意大利氣壓表氣壓表1667

5、胡克胡克英國英國板式風速器板式風速器1783索修爾索修爾瑞士瑞士毛發(fā)濕度計毛發(fā)濕度計 理論研究方面理論研究方面氣象學和氣候學由單純定性的描述進入了可以氣象學和氣候學由單純定性的描述進入了可以定量分析的階段，逐漸發(fā)展為獨立的學科。定量分析的階段，逐漸發(fā)展為獨立的學科。時間時間姓名姓名國籍國籍研究成果研究成果18171817洪堡德洪堡德德國德國繪制世界平均氣溫分布圖繪制世界平均氣溫分布圖18201820布蘭德布蘭德德國德國繪制世界上第一張?zhí)鞖鈭D繪制世界上第一張?zhí)鞖鈭D18351835科里奧利科里奧利法國法國科里奧利力的概念科里奧利力的概念18451845貝格豪斯貝格豪斯德國德國繪制世界降水分布圖繪制

6、世界降水分布圖18571857白貝羅白貝羅荷蘭荷蘭風壓關系定律風壓關系定律18631863菲茨羅伊菲茨羅伊英國英國氣旋模式氣旋模式18831883漢恩漢恩德國德國氣候學大綱氣候學大綱發(fā)展時期發(fā)展時期早期：早期：19世紀末世紀末20世紀中葉世紀中葉 觀測方面觀測方面 地面觀測內(nèi)容更加豐富和精確，觀測站地面觀測內(nèi)容更加豐富和精確，觀測站網(wǎng)擴大網(wǎng)擴大 氣象觀測從地面向高空發(fā)展氣象觀測從地面向高空發(fā)展1928年蘇聯(lián)莫爾恰諾夫發(fā)明無線電探空儀年蘇聯(lián)莫爾恰諾夫發(fā)明無線電探空儀 理論研究方面理論研究方面鋒面氣旋學說鋒面氣旋學說長波理論長波理論降雨學說降雨學說氣候學方面：創(chuàng)立了氣候型的概念和幾種氣候學方面：創(chuàng)

7、立了氣候型的概念和幾種氣候分類法、出版了五卷氣候分類法、出版了五卷氣候學手冊氣候學手冊 近期：近期：20世紀中葉至今世紀中葉至今 觀測方面觀測方面先進的觀測技術先進的觀測技術常規(guī)氣象觀測網(wǎng)的加密常規(guī)氣象觀測網(wǎng)的加密開展大規(guī)模的綜合觀測試驗開展大規(guī)模的綜合觀測試驗 理論研究方面理論研究方面建立數(shù)值模式，進行定量數(shù)值模擬試建立數(shù)值模式，進行定量數(shù)值模擬試 驗，使氣象學、氣候學進入試驗科學階段。驗，使氣象學、氣候學進入試驗科學階段。氣候學領域中的科學革命氣候學領域中的科學革命國際上召開了一系列氣候學術會議、提出了氣候系國際上召開了一系列氣候學術會議、提出了氣候系統(tǒng)的概念和世界氣候計劃（）、成立了政府

8、統(tǒng)的概念和世界氣候計劃（）、成立了政府間氣候變化專業(yè)委員會（）、提出了間氣候變化專業(yè)委員會（）、提出了世世界氣候框架公約界氣候框架公約,2007年諾貝爾獎年諾貝爾獎時間時間地點地點會議名稱會議名稱1972瑞典斯德哥爾摩瑞典斯德哥爾摩聯(lián)合國環(huán)境大會聯(lián)合國環(huán)境大會1974瑞典斯德哥爾摩瑞典斯德哥爾摩聯(lián)合國糧食大會聯(lián)合國糧食大會1974瑞典斯德哥爾摩瑞典斯德哥爾摩氣候的物理基礎及其模擬的國際討論會氣候的物理基礎及其模擬的國際討論會1979日內(nèi)瓦日內(nèi)瓦第一次世界氣候大會第一次世界氣候大會推動建立了世界氣候計劃、世界氣候研究計劃（WCP）和政府間氣候變化專業(yè)委員會（政府間氣候變化專業(yè)委員會（IPCC）1

9、990日內(nèi)瓦日內(nèi)瓦第二次世界氣候大會第二次世界氣候大會推動建立聯(lián)合國氣候變化框架公約和全球氣候觀測系統(tǒng)2009日內(nèi)瓦日內(nèi)瓦第三次世界氣候大會第三次世界氣候大會推動建立“全球氣候服務框架”1992巴西里約熱內(nèi)盧巴西里約熱內(nèi)盧世界環(huán)境與發(fā)展大會世界環(huán)境與發(fā)展大會（聯(lián)合國氣候變化框架公約第1次締約方會議聯(lián)合國氣候變化框架公約聯(lián)合國氣候變化框架公約（United Nations Framework Convention on Climate Change)，簡稱簡稱框架公約框架公約) 是年月日聯(lián)合是年月日聯(lián)合國政府間談判委員會就氣候變化問題達成的公約，國政府間談判委員會就氣候變化問題達成的公約，于年月

10、日在巴西里約熱內(nèi)盧舉行的聯(lián)于年月日在巴西里約熱內(nèi)盧舉行的聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會（地球首腦會議）上通過。合國環(huán)發(fā)大會（地球首腦會議）上通過。政府間氣候變化專業(yè)委員會政府間氣候變化專業(yè)委員會(IPCC, 2007年獲諾貝年獲諾貝爾獎爾獎):1988年由世界氣象組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃年由世界氣象組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃所共同建立所共同建立,其任務是對與氣候變化有關的各種問其任務是對與氣候變化有關的各種問題展開定期的科學技術社會經(jīng)濟評估題展開定期的科學技術社會經(jīng)濟評估,為保護環(huán)境為保護環(huán)境和氣候提供重要的科學依據(jù)和氣候提供重要的科學依據(jù).聯(lián)合國氣候變化框架公約聯(lián)合國氣候變化框架公約是世界上第是世界上第一個為全面控制

11、二氧化碳等溫室氣體排放，一個為全面控制二氧化碳等溫室氣體排放，以應對全球氣候變暖給人類經(jīng)濟和社會帶以應對全球氣候變暖給人類經(jīng)濟和社會帶來不利影響的國際公約，也是國際社會在來不利影響的國際公約，也是國際社會在對付全球氣候變化問題上進行國際合作的對付全球氣候變化問題上進行國際合作的一個基本框架。公約于年月一個基本框架。公約于年月日正式生效。截至年月，公日正式生效。截至年月，公約已擁有個締約方。約已擁有個締約方。 19921992年年19951995年年巴西里約熱內(nèi)盧巴西里約熱內(nèi)盧德國柏林德國柏林19961996年年瑞士日內(nèi)瓦瑞士日內(nèi)瓦19971997年年日本京都日本京都19981998年年布宜諾斯

12、艾利斯布宜諾斯艾利斯19991999年年德國波恩德國波恩20002000年年荷蘭海牙荷蘭海牙20012001年年摩洛哥馬拉喀什摩洛哥馬拉喀什20022002年年印度新德里印度新德里20032003年年意大利米蘭意大利米蘭20042004年年布宜諾斯艾利斯布宜諾斯艾利斯20052005年年加拿大蒙特利爾加拿大蒙特利爾20062006年年肯尼亞內(nèi)羅畢肯尼亞內(nèi)羅畢20072007年年印尼巴厘島印尼巴厘島20082008年年波蘭波茲南波蘭波茲南20092009年年20102010年年丹麥哥本哈根丹麥哥本哈根墨西哥坎昆墨西哥坎昆1997年年 日本京都日本京都 149個國家和地區(qū)的代表在大會上通過了個國家

13、和地區(qū)的代表在大會上通過了京都議定書京都議定書，它規(guī)定從它規(guī)定從2008到到2012年期間，主要工業(yè)發(fā)達國家的溫室氣體排放量減少的承諾。年期間，主要工業(yè)發(fā)達國家的溫室氣體排放量減少的承諾。哥本哈根世界氣候大會全稱是聯(lián)合國氣候變化框架公約第15次締約方會議暨京都議定書第5次締約方會議，這一會議被稱為哥本哈根聯(lián)合國氣候變化大會，于2009年12月7日18日在丹麥首都哥本哈根召開。192個國家的環(huán)境部長和其他官員們在哥本哈根召開聯(lián)合國氣候會議，目的是商討京都議定書一期承諾到期后的后續(xù)方案，就未來應對氣候變化的全球行動簽署新的協(xié)議。這是繼京都議定書后又一具有劃時代意義的全球氣候協(xié)議書，毫無疑問，對地球

14、今后的氣候變化走向產(chǎn)生決定性的影響。這是一次被喻為“拯救人類的最后一次機會拯救人類的最后一次機會”的會議。中國中國宣布2020年減排目標 碳排放下降40-45%美國2020年溫室氣體比2005年減排17%日本2020年日本溫室氣體排放量減少25%印度2020年排放比2005年少24%德國2020年溫室氣體的排放量比1990年減少40%俄羅斯完全有實力達減排40%目標澳大利亞2020年溫室氣體排放削減25%巴西排放量在預期基礎上減少36.1%至38.9%非洲尋求650億美元環(huán)境賠償島國聯(lián)盟呼吁發(fā)達國家提高減排至45%哥本哈根氣候會議結束，未獲得有約束力協(xié)議。但是，人類拯救地球的行動不應停止，中國

15、爭取發(fā)展權的努力也還在繼續(xù)。(1) 觀測方面觀測方面50年代：開始大規(guī)模建立氣象觀測網(wǎng)年代：開始大規(guī)模建立氣象觀測網(wǎng)70年代：開始建立天氣雷達網(wǎng)年代：開始建立天氣雷達網(wǎng)79年：實施中國青藏高原氣象科學試驗年：實施中國青藏高原氣象科學試驗85年：建立中國南極長城站氣象站年：建立中國南極長城站氣象站開展大規(guī)模野外綜合試驗開展大規(guī)模野外綜合試驗(2) 理論研究方面理論研究方面1961年：曾慶存提出半隱士差分格式求解大氣運年：曾慶存提出半隱士差分格式求解大氣運動原始方程組；動原始方程組；1965年：開始數(shù)值天氣預報業(yè)務等等年：開始數(shù)值天氣預報業(yè)務等等竺可楨的竺可楨的物候學物候學、中國近五千年來氣候變中

16、國近五千年來氣候變遷的初步研究遷的初步研究 ；1987年成立了國家氣候委員會、組織編寫了國家年成立了國家氣候委員會、組織編寫了國家氣候藍皮書、制定了國家氣候研究計劃。氣候藍皮書、制定了國家氣候研究計劃?，F(xiàn)代氣候學階段的三個特點：現(xiàn)代氣候學階段的三個特點：從氣候變化來研究氣候從氣候變化來研究氣候 ；從氣候系統(tǒng)來研究氣候；從氣候系統(tǒng)來研究氣候；從氣候動力學來研究氣候。從氣候動力學來研究氣候。1.4 現(xiàn)代氣候學的任務現(xiàn)代氣候學的任務世界氣候計劃世界氣候計劃(WCP)的四個子計劃的四個子計劃:世界氣候資料計劃（世界氣候資料計劃（WCDP）、）、世界氣候知識應用計劃（世界氣候知識應用計劃（WCAP）、）

17、、世界氣候影響研究計劃世界氣候影響研究計劃(WCIP) 世界氣候變化及變率研究計劃，后改稱為世界氣候變化及變率研究計劃，后改稱為“世界氣候研世界氣候研究計劃究計劃”（WCRP）。）。世界氣候研究計劃世界氣候研究計劃”（WCRP）包括）包括6個分計劃：個分計劃：氣候變率和可預報性研究計劃氣候變率和可預報性研究計劃(CLIVAR):重點研究變重點研究變化的大氣和緩慢變化的陸面、海洋和冰雪過程，人類的化的大氣和緩慢變化的陸面、海洋和冰雪過程，人類的影響以及地球化學和生物物質(zhì)的變化。影響以及地球化學和生物物質(zhì)的變化。平流層過程及其在氣候中作用的研究計劃平流層過程及其在氣候中作用的研究計劃（SPARC）

18、：）：研究平流層過程在氣候中的重要作用，研究平流層過程在氣候中的重要作用，包括平流層溫度的變化趨勢，大氣成分的變化趨勢（如包括平流層溫度的變化趨勢，大氣成分的變化趨勢（如水汽）以及臭氧的垂直分布與變化等。水汽）以及臭氧的垂直分布與變化等。1.4 現(xiàn)代氣候學的任務現(xiàn)代氣候學的任務世界氣候研究計劃（世界氣候研究計劃（WCRP）包括）包括6個分計劃：個分計劃：全球能量和水分循環(huán)計劃（全球能量和水分循環(huán)計劃（GEWEX）：）：研究氣候研究氣候系統(tǒng)中的水份循環(huán)及其對全球變化的反應，特別是對溫室氣體增加系統(tǒng)中的水份循環(huán)及其對全球變化的反應，特別是對溫室氣體增加的反應。的反應。世界大洋環(huán)流計劃（世界大洋環(huán)流

19、計劃（WOCE）：）：重點研究深海結構的重點研究深海結構的作用以及大尺度海洋環(huán)流及其在氣候系統(tǒng)中的作用。作用以及大尺度海洋環(huán)流及其在氣候系統(tǒng)中的作用。北極氣候系統(tǒng)研究（北極氣候系統(tǒng)研究（ACSYS）和極地氣候計劃：）和極地氣候計劃：是一個多學科的專門研究北冰洋水文和大陸架調(diào)查的研究計劃。是一個多學科的專門研究北冰洋水文和大陸架調(diào)查的研究計劃。熱帶海洋和全球大氣計劃（熱帶海洋和全球大氣計劃（TOGA）：（）：（1985-1994年）年）把大氣的相互作用與熱帶海洋環(huán)流緊密聯(lián)系起來。成果之一是能夠把大氣的相互作用與熱帶海洋環(huán)流緊密聯(lián)系起來。成果之一是能夠提前一年或更長的時間來預測提前一年或更長的時間

20、來預測El Nino現(xiàn)象?，F(xiàn)象。1.4 現(xiàn)代氣候學的任務現(xiàn)代氣候學的任務TOGA太平洋海區(qū)的海洋觀測系統(tǒng)潮汐站（白圈），漂定浮標（彎曲箭頭），錨定浮標（菱形）、海流錨定浮標（正方形）TOGA海洋觀測一覽表TOGA大氣觀測系統(tǒng)一覽表1.4 國內(nèi)外氣候研究計劃國內(nèi)外氣候研究計劃中國氣候試驗與研究計劃中國氣候試驗與研究計劃(“九五九五”期間期間)：“南海季風試驗南海季風試驗”（SCSMEX）項目）項目“青藏高原地青藏高原地-氣系統(tǒng)物理過程及其對全球奇虎和中國災氣系統(tǒng)物理過程及其對全球奇虎和中國災害性天氣影響的觀測和理論研究害性天氣影響的觀測和理論研究”項目（簡稱高原試驗，項目（簡稱高原試驗，TIPEX）“淮河流域能量和水分循環(huán)試驗淮河流域能量和水分循環(huán)試驗”項目（簡稱淮河試項目（簡稱淮河試驗驗,GAME-HUBEX）“海峽兩岸及鄰近地區(qū)暴雨試驗研究海峽兩岸及鄰近地區(qū)暴雨試驗研究”項目（簡稱華南暴項目（簡稱華南暴雨試驗雨試驗,HUAMEX）“內(nèi)蒙古半干旱草原土壤內(nèi)蒙古半干旱草原土壤-植被植被-大氣相互作用大氣相互作用”項目（簡項目（簡稱草原試驗稱草原試驗,IMGARSS）國務院下發(fā)加快氣象事業(yè)發(fā)展的若干意見國務院下發(fā)加快氣象事業(yè)發(fā)展的若干意見 充分認識加快