《工程氣候?qū)W基礎(chǔ)》全套教學(xué)課件

工程氣候（學(xué)）基礎(chǔ)第一章緒論

“工程氣候?qū)W”,”應(yīng)用氣候?qū)W”：“應(yīng)用氣象學(xué)”，”產(chǎn)業(yè)工程氣象學(xué)”，”氣象服務(wù)學(xué)”，“公共氣象服務(wù)”兩類(lèi)氣象服務(wù)

一、公眾氣象服務(wù)二、部門(mén)氣象服務(wù)§1.1工程氣候服務(wù)的內(nèi)容和意義一、氣候的資源與安全意義

氣候，從學(xué)科的角度看，是一個(gè)物理過(guò)程。從國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度上看，氣候視作為一種自然資源。

1979年2月在瑞士日內(nèi)瓦召開(kāi)的世界氣候大會(huì)上，羅伯持·懷特(RobertM．White)的《發(fā)展時(shí)期的氣候》主題報(bào)告中提到：“這次大會(huì)的實(shí)質(zhì)性的準(zhǔn)備中產(chǎn)生了一個(gè)重要的新觀念，這就是我們應(yīng)當(dāng)開(kāi)始把氣候作為一種資源去思考?！?/p>

《世界氣候計(jì)劃》（1988~1997年）在其前言中第一句話就指出：“氣候既是有益于人類(lèi)的一項(xiàng)重要自然資源，又可能導(dǎo)致自然災(zāi)害?！?/p>

自然資源是指在一定的時(shí)間、地點(diǎn)的條件下能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值以提高人類(lèi)當(dāng)前和將來(lái)福利的自然環(huán)境因素和條件的總稱。大氣圈中的氣候要素能夠?yàn)槿祟?lèi)生活和生產(chǎn)活動(dòng)提供原料、能源、熱量和水分等必不可少的自然條件。例如，農(nóng)作物的光合作用的能源來(lái)自太陽(yáng)輻射，光合作用需要的二氧化碳和水汽都是來(lái)自氣候條件；氣候要素是旅游資源中的主要自然因子。人們認(rèn)識(shí)到氣候條件是人類(lèi)生存和生產(chǎn)活動(dòng)的重要環(huán)境條件，同時(shí)也是人類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)不可缺少的一種自然資源——?dú)夂蛸Y源

氣候資源定義：在自然界中形成的、并可以轉(zhuǎn)換成供人們利用的物質(zhì)或能量以及環(huán)境條件的氣候要素的總體。例如：光、熱、水等氣候要素是動(dòng)、植物生長(zhǎng)的必要條件，也是直接影響生物產(chǎn)量和質(zhì)量的主要因子，太陽(yáng)能、風(fēng)能資源可為人類(lèi)提供能源。

氣候資源就是可以在生產(chǎn)物質(zhì)財(cái)富中作為基本環(huán)境條件和能源利用的那些氣候要素。氣候資源具有波動(dòng)變化和可再生的特點(diǎn)，但有些氣候資源的再生性是脆弱的，當(dāng)諸如人類(lèi)活動(dòng)等外部強(qiáng)迫超過(guò)一定限度時(shí)，局地氣候的平衡將被打破，產(chǎn)生諸如土地退化等難以逆轉(zhuǎn)的變化，此時(shí)氣候資源就是不可再生的?？沙掷m(xù)發(fā)展是指資源環(huán)境的永續(xù)利用，維護(hù)氣候資源的可再生性，是可持續(xù)發(fā)展的必要基礎(chǔ)之一。

工程氣候（學(xué)）定義：根據(jù)氣候?qū)W理論和長(zhǎng)期氣候觀測(cè)資料，為重大工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和規(guī)劃提供所需的氣候指標(biāo)值和氣候可行性論證，從而能夠最有效的利用氣候資源，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益并避免或減少氣候?yàn)?zāi)害損失，同時(shí)保護(hù)氣候資源的可再生性。

工程氣候服務(wù)是利用氣候?qū)W的理論，解決國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)的具體氣候影響的一門(mén)實(shí)用科學(xué)。工程氣候服務(wù)的作用就是研究充分而合理地開(kāi)發(fā)利用氣候資源，加速經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)保護(hù)氣候資源的可再生性。另一方面，對(duì)可能出現(xiàn)的氣候?yàn)?zāi)害，氣候服務(wù)研究以減輕氣候的難以預(yù)測(cè)變化的危害性?？傊捎?個(gè)字：“趨利避害”來(lái)概括。

工程氣候服務(wù)的研究就是充分應(yīng)用氣候的有利一面，以最小的代價(jià)，減少氣候造成的損失。對(duì)規(guī)劃和設(shè)計(jì)人員以及企業(yè)經(jīng)營(yíng)者說(shuō)來(lái)，充分利用氣候資料能夠使經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最大限度的適應(yīng)氣候環(huán)境，獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益并減少氣候?yàn)?zāi)害所造成的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失。二、氣候服務(wù)對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的影響作用

氣候服務(wù)研究的范圍很廣，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水力資源、能源(包括可再生能源)、交通通訊和人類(lèi)居住環(huán)境和衛(wèi)生以及商業(yè)等最易受到氣候的影響。氣候服務(wù)就是要了解各個(gè)領(lǐng)域和氣候間的關(guān)系，明確其易受氣候影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，研究不同的氣候價(jià)值(指標(biāo)值)。這類(lèi)研究還包括了氣候極端事件，也就是對(duì)正常氣候來(lái)說(shuō)為非典型氣候系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)各個(gè)方面的影響，進(jìn)而依據(jù)這些研究采取適當(dāng)?shù)拇胧┓烙淦茐男浴?/p>

氣候信息的作用：氣候信息能應(yīng)用于國(guó)家各種不同的計(jì)劃和業(yè)務(wù)活動(dòng)中，而且，糧食生產(chǎn)、水力資源、太陽(yáng)能、風(fēng)能、交通通訊、人類(lèi)衛(wèi)生和新居住環(huán)境的建筑設(shè)計(jì)、旅游與體育活動(dòng)等最易受到氣候的影響，長(zhǎng)期以來(lái)氣候服務(wù)工作在這些方而的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中已有所發(fā)展，并且也提出了適應(yīng)于區(qū)域的當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的相應(yīng)指標(biāo)。在我國(guó)雖已為有關(guān)部門(mén)提供了有實(shí)際使用價(jià)值的氣候服務(wù)，但卻不能用來(lái)定量地解釋氣候的成因和許多其他有重大科學(xué)及實(shí)際意義的問(wèn)題，所以還需要注意到過(guò)程(形成這些觀測(cè)現(xiàn)象的原因)和物理數(shù)學(xué)模擬的研究。

工程氣候服務(wù)應(yīng)用對(duì)保障不同時(shí)間結(jié)構(gòu)人類(lèi)活動(dòng)的二個(gè)方面，即規(guī)劃和設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)和管理是必不可少的。所以先是分析氣候?qū)θ祟?lèi)社會(huì)活動(dòng)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的作用。任何一項(xiàng)建設(shè)工程的設(shè)計(jì)都要應(yīng)用氣候要素的一些均值、極值、重現(xiàn)期、頻率、概率和保證率等，即使基本資料都已便于利用，但仍有再將這些資料變成適合不同類(lèi)型用戶要求的派生資料。例如，基本氣象資料可以派生的指標(biāo)值，如風(fēng)壓、風(fēng)能功率密度、風(fēng)振、雪壓、最大可能降水、積溫、可能最大綜合荷載、可能最低溫度、雷擊風(fēng)險(xiǎn)等。這些指標(biāo)值常常影響到基本建設(shè)的投資。其取值合理與否關(guān)系到建設(shè)工程的經(jīng)濟(jì)、適用和安全。

如果在做長(zhǎng)期規(guī)劃決策時(shí)沒(méi)有考慮氣候條件或考慮不周。則要在未來(lái)的管理中和業(yè)務(wù)工作中利用短期天氣預(yù)報(bào)作臨時(shí)的防御措施，抗拒極值幾乎是不可能的，或者是花費(fèi)更大的財(cái)力。例如，一次臺(tái)風(fēng)吹毀了建筑物，若在設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有充分考慮氣候極值的出現(xiàn)概率(也就是建筑風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值)，天氣預(yù)報(bào)即使完全正確，也避免不了建筑物受破壞。

氣候應(yīng)用有它的潛在作用和價(jià)值，有些人不了解這一點(diǎn)，當(dāng)然這可能是因?yàn)闅夂蛑笜?biāo)值(極值)是長(zhǎng)遠(yuǎn)起作用的，在一段時(shí)間內(nèi)未出現(xiàn)氣候極值，即使取值不確切在短期內(nèi)也不會(huì)被人們發(fā)現(xiàn)，人們往往就忽視其價(jià)值。氣象科學(xué)在長(zhǎng)期戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，除了天氣預(yù)報(bào)有重要作用外，還需要更廣泛、更深入地利用氣候?qū)W和氣候變化的理論。

提高對(duì)氣候及其變化問(wèn)題興趣的推動(dòng)力，在很大程度上是近年來(lái)嚴(yán)重影響許多國(guó)家經(jīng)濟(jì)甚至某些國(guó)家生存條件的一系列大的氣候異常。在許多情況下，氣候異常的后果還涉及國(guó)家之的關(guān)系。同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，人類(lèi)本身開(kāi)始對(duì)氣候產(chǎn)生意想不到的影響。這種影響暫且僅局限于有限的范圍內(nèi)，只影響局部地方的某些氣候特點(diǎn)。但是在人口增長(zhǎng)和人類(lèi)更強(qiáng)烈的活動(dòng)的條件下，人們能在廣闊的空間上，甚至在以后幾代子孫的生活中使氣候發(fā)生出乎意外的變化。

由此可見(jiàn)，氣候?qū)ι鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)影響是不能忽視的。天氣預(yù)報(bào)是氣象部門(mén)最主要的服務(wù)手段，但氣候信息的利用也是一種很重要的手段。世界氣候計(jì)劃指出：“為了人類(lèi)本身經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和環(huán)境活動(dòng)的利益，已廣泛地應(yīng)用了氣候規(guī)律，以減輕氣候難以預(yù)測(cè)的變化的危害性?！比?、工程氣候服務(wù)應(yīng)用的特點(diǎn)1、長(zhǎng)期性：規(guī)劃與設(shè)計(jì)所需氣候指標(biāo)，氣候信息服務(wù)。與天氣預(yù)報(bào)、防雷技術(shù)等服務(wù)有所不同2、專門(mén)性和針對(duì)性：不同部門(mén)所需的指標(biāo)不同。3、地域小范圍：針對(duì)具體的某項(xiàng)工程。涉及小范圍的小氣候特征。4、氣候?qū)W與工程技術(shù)科學(xué)的交叉融合，相互滲透，是邊緣科學(xué)。分別產(chǎn)生農(nóng)業(yè)氣候、軍事氣候、醫(yī)學(xué)氣候、水文氣候、交通氣候等。天氣預(yù)報(bào)則服務(wù)于不特定的人群，僅需研究氣象學(xué)本身技術(shù)的提高。四、工程氣候服務(wù)涉及的主要學(xué)科和分析方法

（一）工程氣候服務(wù)涉及的學(xué)科理論氣候?qū)W小氣候?qū)W邊界層氣象學(xué)氣候統(tǒng)計(jì)學(xué)自然資源學(xué)自然災(zāi)害學(xué)

（二）工程氣候服務(wù)的主要分析方法1、物理分析：對(duì)下墊面進(jìn)行研究，分析工程項(xiàng)目對(duì)其日照條件、下墊面熱力特征等對(duì)熱量平衡、水量平衡各分量、大氣擴(kuò)散能力的影響結(jié)果，從而得到對(duì)工程項(xiàng)目的影響評(píng)價(jià)。2、數(shù)值模擬：利用區(qū)域氣候模式或中尺度動(dòng)力學(xué)模式，以及邊界層動(dòng)力學(xué)模式，通過(guò)改變下墊面參數(shù)的方式，研究不同下墊面及其變化的工程氣候效應(yīng)，例如修建水庫(kù)的氣候效應(yīng)的模擬。3、小氣候野外考察獲取實(shí)測(cè)資料，并進(jìn)行序列訂正后，進(jìn)行分析。常規(guī)氣候觀測(cè)網(wǎng)的空間分辨率較大，無(wú)法獲得工程項(xiàng)目所在地的小氣候特征，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)囊巴饪疾焓潜匾摹?、資源衛(wèi)星資料的利用，例如對(duì)城市及城市群的熱島結(jié)構(gòu)的分析。特別是對(duì)觀測(cè)網(wǎng)稀疏的地區(qū)。5、歷史資料分析與區(qū)域氣候數(shù)值模擬相結(jié)合

工程氣候服務(wù)應(yīng)用研究中存在一個(gè)很大困難，在鄰近沒(méi)有測(cè)站網(wǎng)的地點(diǎn)如何推求其較為準(zhǔn)確的氣候值。氣象要素在空間是連續(xù)分布的，如氣溫、氣壓等，從幾個(gè)點(diǎn)的觀測(cè)值可以內(nèi)插出所需地點(diǎn)的值。對(duì)于有些氣象要素其空間分布的連續(xù)性較差甚至是離散的，如雷暴、暴雨、冰雹、大風(fēng)、霧等，內(nèi)插誤差很大，在復(fù)雜地形下內(nèi)插值甚至沒(méi)有意義。為此建立模型推求無(wú)臺(tái)站地點(diǎn)的氣象值，利用各類(lèi)模式，解決沒(méi)有觀測(cè)的地點(diǎn)的氣象設(shè)計(jì)值是非常必要，但是十分困難的。

§1.2工程氣候服務(wù)的主要內(nèi)容

一、規(guī)劃制定1、土地規(guī)劃

主要內(nèi)容包括；根據(jù)大氣和大氣降水對(duì)土壤形成、表層土的作用，氣候?qū)Φ孛惭莼?，水熱交換的影響，綜合規(guī)劃國(guó)土的開(kāi)發(fā)利用、整治和保護(hù)，針對(duì)我國(guó)土地資源待征和分布，合理地進(jìn)行宜耕、宜林、宜牧區(qū)劃，研究解決鹽堿地整治及抗旱防澇措施，減少和防止高原水土流失，沙漠化的預(yù)防和根治以及大力開(kāi)發(fā)利用沿海灘徐。

鄭景云等中國(guó)氣候區(qū)劃新方案地理學(xué)報(bào)2010.65（1）：3-12.

摘要:根據(jù)全國(guó)609個(gè)氣象站1971-2000o年的日氣象觀測(cè)資料，遵循地帶性與非地帶性相結(jié)合、發(fā)生同一性與區(qū)域氣候特征相對(duì)一致性相結(jié)合、綜合性和主導(dǎo)因素相結(jié)合、自下而上和自上而下相結(jié)合、空間分布連續(xù)性與取大去小等5個(gè)基木原則，在充分吸納已有氣候區(qū)劃基本理論與區(qū)劃方法的基礎(chǔ)上，參照中國(guó)科學(xué)院《中國(guó)自然地理》編輯委員會(huì)制定的氣候區(qū)劃一級(jí)指標(biāo)體系，對(duì)我國(guó)氣候進(jìn)行重新區(qū)劃;結(jié)果將我國(guó)劃分為12個(gè)溫度帶、24個(gè)干濕區(qū)、56個(gè)氣候區(qū)。與先前區(qū)劃方案相比發(fā)現(xiàn):20世紀(jì)70年代以來(lái)，中國(guó)氣候帶、區(qū)的總體格局井未發(fā)生明顯變化，但一些重要的氣候分界線卻出現(xiàn)了一定程度的移動(dòng)。其中亞熱帶北界與暖溫帶北界均出現(xiàn)了北移，北方地區(qū)的半濕潤(rùn)與半十旱分界線也出現(xiàn)了不同程度的東移與南擴(kuò)，同時(shí)中溫帶、暖溫帶、北亞熱帶和中亞熱帶的一級(jí)氣候區(qū)也出現(xiàn)了一定程度的變動(dòng);這種變化可能主要是因?yàn)?0世紀(jì)80年代以后我國(guó)大多數(shù)地區(qū)出現(xiàn)不同程度的增暖及北方一些區(qū)域出現(xiàn)干旱化而引起的;且與本區(qū)劃所采用的資料站點(diǎn)和部分區(qū)劃原則有一定更新有關(guān)。2、流域及水資源規(guī)劃重大水利建設(shè)項(xiàng)目必須深入調(diào)查研究，根據(jù)水文、氣候資料特別是降水(包括暴雨出現(xiàn)的強(qiáng)度和頻率)資料分析論證，進(jìn)行全面規(guī)劃，以期獲得社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的綜合最佳效益。例如，長(zhǎng)江三峽水利樞紐設(shè)計(jì)、興建，南水北調(diào)工程，均屬于關(guān)系到我國(guó)國(guó)計(jì)民生的重大水利建設(shè)項(xiàng)目

郭堅(jiān)雅聾江錦屏二級(jí)水電站局地氣候影響分析水力發(fā)電2008.34（8）：1-41、雅碧江流域概況與局地氣候特征2、氣象觀測(cè)站點(diǎn)設(shè)置，兩個(gè)剖面3、觀測(cè)數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)狀評(píng)價(jià)4、局地氣候預(yù)測(cè)思路5、氣候關(guān)系方程的建立6、局地氣候影響分析與計(jì)算段德寅傅抱璞三峽工程對(duì)氣候的影響及其對(duì)策湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)1996.19（1）摘要：用數(shù)值模擬的方法研究了三峽水庫(kù)的溫度效應(yīng).在本模式中，系統(tǒng)地考慮了許多有效的因素，如水陸間反射率的差異、溫度、水體對(duì)太陽(yáng)輻射的透射作用、水體的湍流混合、地面和水面的能量平衡及土壤熱傳導(dǎo)方程等.結(jié)果是:水庫(kù)水體白天有降溫效應(yīng)，夜間有升溫效應(yīng)，這種效應(yīng)晴天大于陰天;夏季白天的降溫效應(yīng)大于夜間的夜升溫效應(yīng)，冬季則相反.此外，也簡(jiǎn)略地討論了三峽水庫(kù)對(duì)湖南洞庭湖區(qū)防洪和氣候生態(tài)環(huán)境的影響，并提出了相應(yīng)的對(duì)策.4結(jié)論

(1)三峽水庫(kù)對(duì)溫度的影響主要發(fā)生在水體的上風(fēng)岸2km和下風(fēng)岸10km以內(nèi)，影響的空間呈“舌狀”分布，在200~400m高度，影響的水平距離最大，可達(dá)幾十公里.(2)水庫(kù)水體白天有降溫效應(yīng)，夜間有升溫效應(yīng)，晴天的效應(yīng)大于陰天;夏季白天的降溫效應(yīng)大于夜間的升溫效應(yīng)，冬季則相反.就日平均情況來(lái)說(shuō)，水體上冬季可增溫1.20C，夏季可降溫1`C.(3)水庫(kù)能減輕洞庭湖區(qū)的洪澇災(zāi)害，并改善其氣候生態(tài)環(huán)境.(4)對(duì)于水庫(kù)所造成的某些不利因素，可通過(guò)采取相應(yīng)的對(duì)策加以調(diào)節(jié)和控制.3、能源規(guī)劃能源的消耗量和消耗方式也與氣候有關(guān)，嚴(yán)寒和酷暑會(huì)導(dǎo)致能耗的增加。制定能源規(guī)劃應(yīng)遵循我國(guó)發(fā)展能源的方針政策，開(kāi)發(fā)和節(jié)約并重。要結(jié)合我國(guó)自然資源，制訂出發(fā)展各種能源的規(guī)劃。

風(fēng)能利用規(guī)劃主要根據(jù)風(fēng)能潛力大小進(jìn)行區(qū)劃，再根據(jù)需要和可能進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用的規(guī)劃和制定適合我國(guó)特點(diǎn)的風(fēng)能開(kāi)發(fā)規(guī)模和風(fēng)力機(jī)型號(hào)。發(fā)展大中型風(fēng)力機(jī)可為工農(nóng)業(yè)提供較大的功率．為此需研究各地50~150米高度的風(fēng)能密度分布，以便規(guī)劃此項(xiàng)能源工程的開(kāi)展．

5、城市建設(shè)和工業(yè)區(qū)布局規(guī)劃城市總體規(guī)劃必須遵循綜合性、地方性和預(yù)見(jiàn)性要求，以實(shí)現(xiàn)合理布局、協(xié)調(diào)功能的目的。其中大氣環(huán)境保護(hù)屬專業(yè)性規(guī)劃，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鳎瑢?duì)不利污染物擴(kuò)散的氣象條件進(jìn)行分析，使功能配置協(xié)調(diào)。根據(jù)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)控制排放總量，要求工業(yè)污染區(qū)布局對(duì)生活區(qū)的危害和影響減至最小。

二、工程設(shè)計(jì)1、建筑設(shè)計(jì)：建筑設(shè)計(jì)的任務(wù)，是創(chuàng)造適宜的室內(nèi)氣候，使得人們能夠不受反復(fù)變化著的天氣、氣候的影響而舒適地生活和正常地工作．為此，就需要對(duì)各地建筑氣候進(jìn)行研究，為了得到合理的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，風(fēng)壓是重要的問(wèn)題，其次是雪壓．地基基礎(chǔ)和管、線需理在季節(jié)性凍土層之下．大風(fēng)伴隨大雨發(fā)生雨水滲漏．采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)，需要溫度、濕度、輻射、日照等資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)．2、水利工程設(shè)計(jì)水利工程如堤壩、溢洪道、隧洞等主要建筑物都要以最大可能降水，一定頻率的暴雨洪水，降水時(shí)程分配和點(diǎn)面關(guān)系等為依據(jù)，壩的結(jié)構(gòu)還要考慮風(fēng)荷載．凌汛和上下游溫度差值有關(guān)．氣溫還影響水的密度，水溫在4°C時(shí)密度最大，4°C以下密度就較小，水的粘帶系數(shù)和摩擦作用也小，因而泥沙沉降速度相應(yīng)地加大．要估計(jì)必須的灌溉量時(shí)，降水和蒸發(fā)資料極其重要．蒸發(fā)直接影響水量的損耗，所以設(shè)計(jì)水庫(kù)及灌溉系統(tǒng)，蒸發(fā)是須要考慮的一個(gè)重要因子．3、交通和電力，通訊線路設(shè)計(jì)公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口、電力、通訊線的工程都要求有氣候資料作為設(shè)計(jì)依據(jù)．橋梁工程設(shè)計(jì)不但要考慮風(fēng)壓、風(fēng)振而且還要根據(jù)最大降水強(qiáng)度來(lái)確定橋涵孔徑的大小，保證泄洪安全．在凍土上鋪設(shè)鐵路需要有氣候資料．架空輸電、通訊線路設(shè)計(jì)，要考慮電線可能遇到的最大風(fēng)速和最大電線積冰的荷載．還要計(jì)算極端最高溫度發(fā)生時(shí)電線的弧垂和最低溫度發(fā)生時(shí)電線的張力。積冰可使電線桿塔、桅桿、纜索、導(dǎo)線及高聳構(gòu)筑物(如電視塔、廣播鐵塔增大負(fù)重和受風(fēng)面積．雷暴在線路和電力設(shè)備中可能產(chǎn)生短時(shí)的超電壓，稱為“大氣過(guò)電壓”，有時(shí)會(huì)擊穿絕緣材料造成事故，所以雷電次數(shù)是設(shè)置防雷裝置的依據(jù)．三、推求氣象災(zāi)害可能出現(xiàn)的概率應(yīng)用氣候一方面要揭示優(yōu)良的氣候資源，另一方面要推算些氣象災(zāi)害和極端氣象狀況可能出現(xiàn)的概率，以便采取預(yù)防的措施．例如，建設(shè)高大的構(gòu)筑物如冷卻塔、電視塔等，須根據(jù)預(yù)計(jì)使用期內(nèi)極端最大風(fēng)速和最大積冰的概率來(lái)確定設(shè)計(jì)的冰~風(fēng)荷載．

四、生產(chǎn)組織和管理

大部分產(chǎn)業(yè)工程的生產(chǎn)、作業(yè)工藝過(guò)程對(duì)氣溫、濕度和風(fēng)等氣象要素有界限值要求，超出范圍將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)效率，職工勞動(dòng)場(chǎng)所的大氣環(huán)境質(zhì)量將直接影響勞動(dòng)效率。在舒適區(qū)(以溫濕度為主要指標(biāo))，人們注意力集中，動(dòng)作敏捷，勞動(dòng)生產(chǎn)率最高。通過(guò)應(yīng)用氣象情報(bào)和氣候資樹(shù)，可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效、適宜的空氣調(diào)節(jié)，使溫度、濕度和氣流速度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，以滿足生產(chǎn)工藝需要。

五、氣候可行性論證

氣候可行性論證是指在一項(xiàng)重大工程項(xiàng)目實(shí)施之前，從氣候?qū)W角度出發(fā)，根據(jù)工程項(xiàng)目對(duì)氣象要素的敏感度。對(duì)工程所在地的氣候狀況進(jìn)行分析，對(duì)氣候?yàn)?zāi)害的影響概率進(jìn)行評(píng)估，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)水平是否可以接受進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)減少氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提出建議。§1.3工程氣候服務(wù)的效益分析

一、順應(yīng)氣候規(guī)律得到經(jīng)濟(jì)效益例如，某電廠設(shè)計(jì)一個(gè)頂高90米，3500平方米蓄水面積的冷卻塔，

風(fēng)壓設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)取100年一遇20米高瞬時(shí)，用鋼量為205噸，取60年一遇20米高10分鐘平均，設(shè)計(jì)用鋼量68噸，僅為前者的1/3二、違背氣候規(guī)律會(huì)帶來(lái)不可避免的損失在生產(chǎn)建設(shè)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，違背氣候規(guī)律或是對(duì)氣候指標(biāo)值估計(jì)不當(dāng)，都可能造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。此時(shí)，即使有準(zhǔn)確的短期天氣預(yù)報(bào)，也難以避免經(jīng)濟(jì)損失，如輸電線路的覆冰設(shè)計(jì)值偏低，即使準(zhǔn)確知道將要超過(guò)設(shè)計(jì)值的覆冰過(guò)程，也很難避免倒塔、斷線等災(zāi)害的發(fā)生。例：金鳳嶺鄭長(zhǎng)貴，水庫(kù)水位調(diào)度氣候決策的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià).黑龍江氣象.1996年第2期??A2=720A1=2120K=2,94,φ(t)=--0.246A1:旱的損失，a>x§1.4有關(guān)法規(guī)1、中國(guó)氣象局于2008年12月1號(hào)頒布的第18號(hào)令《氣候可行性論證管理辦法》，屬氣象類(lèi)行政法。第一條為了加強(qiáng)對(duì)氣候可行性論證的管理，規(guī)范氣候可行性論證話動(dòng)，合理開(kāi)發(fā)利用氣候資源，避免或者減輕規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施后可能受氣象災(zāi)害氣候變化的影響，或者可能對(duì)局地氣候產(chǎn)生的影響，根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣象法》等有關(guān)法律、法規(guī)的規(guī)定，制定本辦法

第二條在中華人民共和國(guó)領(lǐng)域和中華人民共和國(guó)管轄的其他海域從事氣候可行性論證活動(dòng)的組織和個(gè)人，應(yīng)當(dāng)遵守本辦法本辦法所稱氣候可行性論證，是指對(duì)與氣候條件密切相關(guān)的規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行氣候適宜性、風(fēng)險(xiǎn)性以及可能對(duì)局地氣候產(chǎn)生影響的分析、評(píng)估活動(dòng)第四條與氣候條件密切相關(guān)的下列規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)進(jìn)行氣候可行性論證:(一)城鄉(xiāng)規(guī)劃、重點(diǎn)領(lǐng)域或者區(qū)域發(fā)展建設(shè)規(guī)劃;(二)重大基礎(chǔ)設(shè)施公共工程和大型工程建設(shè)項(xiàng)目;(三)重大區(qū)域性經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)、區(qū)域農(nóng)(牧)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整建設(shè)項(xiàng)目;(四)大型太陽(yáng)能、風(fēng)能等氣候資源開(kāi)發(fā)利用建設(shè)項(xiàng)目;(五)其他依法應(yīng)當(dāng)進(jìn)行氣候可行性論證的規(guī)劃和建設(shè)項(xiàng)目

第八條氣候可行性論證報(bào)告應(yīng)當(dāng)包括下列內(nèi)容：

(一)規(guī)劃或者建設(shè)項(xiàng)目概況；

(二)基礎(chǔ)資料來(lái)源及其代表性、可靠性說(shuō)明，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)所取得的資料，還應(yīng)當(dāng)對(duì)探測(cè)儀器探測(cè)方法和探測(cè)環(huán)境進(jìn)行說(shuō)明;(三)氣候可行性論證所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)程和方法;(四)規(guī)劃或者建設(shè)項(xiàng)目所在區(qū)域的氣候背景分析;(五)氣候適宜性、風(fēng)險(xiǎn)性以及可能對(duì)局地氣候產(chǎn)生影響的評(píng)估，極端天氣氣候事件出現(xiàn)概率;(六)預(yù)防或者減輕影響的對(duì)策和建議;(七)論證結(jié)論和適用性說(shuō)明;(八)其他有關(guān)內(nèi)容

第九條論證機(jī)構(gòu)進(jìn)行氣候可行性論證，應(yīng)當(dāng)使用氣象主管機(jī)構(gòu)直接提供的氣象資料或者經(jīng)過(guò)省、自治區(qū)、直轄市氣象主管機(jī)構(gòu)審查的氣象資料現(xiàn)有氣象資料不能滿足氣候可行性論證需要的，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)氣象探測(cè)，探測(cè)儀器、探測(cè)方法和探測(cè)環(huán)境應(yīng)當(dāng)遵守氣象探測(cè)有關(guān)法律、法規(guī)規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程參考文獻(xiàn)《中華人民共和國(guó)氣象法》《可再生能源法》中國(guó)氣象局第4號(hào)令《氣象資料共享管理辦法》中國(guó)氣象局第12號(hào)令《氣象行業(yè)管理若干規(guī)定》中國(guó)氣象局第17號(hào)令《氣象行政許可實(shí)施辦法（修訂）》中國(guó)氣象局第18號(hào)令《氣候可行性論證管理辦法》章澄昌.產(chǎn)業(yè)工程氣象學(xué),氣象出版社1997譚冠日等.應(yīng)用氣候,上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1985朱瑞兆.應(yīng)用氣候手冊(cè),氣象出版社1991馬鶴年.氣象服務(wù)學(xué)基礎(chǔ),氣象出版社2001金鳳嶺等.水庫(kù)水位調(diào)度氣候決策的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià),黑龍江氣象1996年第2期歐陽(yáng)里程.廣東省2009年電力行業(yè)氣象服務(wù)效益值評(píng)估.氣象研究與應(yīng)用2011.32（1）：45-47于波.氣象經(jīng)濟(jì)學(xué)研究對(duì)象及氣象服務(wù)特征分析.氣象與環(huán)境科學(xué).2009.32(1):22-28.思考題1、如何理解氣候是資源，但也是主要的致災(zāi)因素，造成這種對(duì)立統(tǒng)一的因素是氣候資源的哪個(gè)特點(diǎn)？2、氣候服務(wù)與天氣預(yù)報(bào)服務(wù)有什么異同？第二章長(zhǎng)期氣候資料的質(zhì)量審核

——?dú)夂蛐畔⑹占瘯r(shí)間尺度200-300年,1873年(國(guó)際氣象組織成立)以來(lái)溫度計(jì)發(fā)明1709,1714年資料來(lái)源常規(guī)觀測(cè)系統(tǒng)非常規(guī)觀測(cè)航海航空記錄專門(mén)觀測(cè)試驗(yàn)和科學(xué)計(jì)劃觀測(cè)手段分類(lèi)：實(shí)地觀測(cè)(insituobservation)。在地球表面、大氣和海洋中的某一地點(diǎn)觀測(cè)得到的結(jié)果(直接取得；在實(shí)驗(yàn)室中從某地采樣材料的分析中取得）空基觀測(cè)(space-basedobservation)。衛(wèi)星遙感包括利用極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星取得的觀測(cè)結(jié)果。氣候服務(wù)的基本形式是根據(jù)當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)期氣候資料為某項(xiàng)工程設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的氣候特征指標(biāo)值，在統(tǒng)計(jì)各種氣候指標(biāo)、進(jìn)行氣候分析之前，對(duì)氣候資料的質(zhì)量應(yīng)該進(jìn)行審查；對(duì)資料序列中個(gè)別缺、錯(cuò)的記錄要用適當(dāng)?shù)姆椒ú逖a(bǔ)和訂正；為了便于時(shí)間上和空間上相互比較，也要對(duì)氣候指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)訂正以消除測(cè)站位置遷移或觀測(cè)時(shí)期不同的影響。因此，氣候資料的審查、訂正是氣候分析不可缺少的基本工作。氣候資料的審查、訂正方法的理論依據(jù)是氣候?qū)W原理，而靈活地應(yīng)用各種統(tǒng)計(jì)分析方法，則能使我們最大限度地改善訂正的效果?！?.1氣候資料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一、氣候資料的精確性和準(zhǔn)確性1.抽樣誤差2.觀測(cè)誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差偶然誤差

二、均一性如果一個(gè)測(cè)站得到的氣象記錄序列僅僅是實(shí)際氣候變化的反映，那么，這樣的資料就是均一的。測(cè)站位置的遷移，周?chē)h(huán)境的改變，觀測(cè)儀器和安裝方法的更新，觀測(cè)時(shí)制的改變等等，都可能使觀測(cè)序列發(fā)生改變，這些變化不是實(shí)際氣候變化的反映，因而破壞了資料的均一性。對(duì)不均一的資料應(yīng)該加以訂正，或者在分析中注意到使均一性受到破壞的那些因素的作用，作出恰當(dāng)?shù)姆治鼋Y(jié)論。

三、代表性在氣象站觀測(cè)到的氣象記錄，不僅反映了測(cè)站所在地的氣候，而且，也能反映測(cè)站附近一定區(qū)域中氣候的基本特征，這就是氣候資料的代表性。一般來(lái)說(shuō)，由于地理環(huán)境的差異，各個(gè)測(cè)站所能代表的區(qū)域大小是不一樣的。因此，在不同目的、不同空間尺度的氣候分析中，對(duì)同一測(cè)站是否具有代表性的判斷也可以是不同的。例如，河谷中的測(cè)站，由于地形對(duì)降水的影響，降水量常常偏大，在大范圍氣候分析中，由于它不能反映廣大非河谷地區(qū)的氣候特征，因此是沒(méi)有代表性的；但是，在中小尺度的氣候分析中，特別是在分析地形對(duì)降水量的影響時(shí)，河谷測(cè)站的資料就是有代表性的了。一般來(lái)說(shuō)，只要觀測(cè)場(chǎng)地的設(shè)置符合規(guī)范要求，氣象站的資料都能代表類(lèi)似地理環(huán)境下相當(dāng)大范圍內(nèi)的氣候狀況。

四、比較性在氣候分析中，為了研究氣候空間變化和時(shí)間變化的規(guī)律，必須了解各地區(qū)或各時(shí)期氣候的差異和聯(lián)系。這就要比較各地區(qū)、各時(shí)期的氣候特征。在作空間比較時(shí)，要求各測(cè)站的資料都是在同一時(shí)期內(nèi)取得的。這是因?yàn)闅夂驙顩r既有明顯的年際變化，還有著各種不同時(shí)間尺度的周期振動(dòng)和長(zhǎng)期趨勢(shì)，如果觀測(cè)資料的時(shí)期不同，不同測(cè)站的資料反映了周期振動(dòng)或長(zhǎng)期趨勢(shì)的不同階段，空間變化引起的氣候差異就很難與時(shí)間變化引起的氣候差異相區(qū)分，因而也就失去了空間比較的意義。在作時(shí)間比較時(shí)，由于類(lèi)似的原因，通常也要求所比較的資料是在同樣長(zhǎng)的時(shí)段內(nèi)觀測(cè)到的。對(duì)于觀測(cè)時(shí)期（或長(zhǎng)度）不同的資料進(jìn)行空間（或時(shí)間）比較時(shí)，原則上都應(yīng)先用適當(dāng)?shù)姆椒右杂喺?。氣候資料的審查是一件復(fù)雜而精致的工作，不僅要具有一定的氣象學(xué)、天氣學(xué)、氣候?qū)W和氣象觀測(cè)的知識(shí)，而且需要相當(dāng)豐富的氣候資料實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，才能把工作做好。氣候資料審查可分為技術(shù)性檢查和合理性檢查兩部分。技術(shù)性檢查①查閱測(cè)站歷史沿革記載和資料的說(shuō)明等等，分析是否存在測(cè)站遷移、儀器和觀測(cè)方法更新、觀測(cè)時(shí)制的改革等引起的資料不均一性。②根據(jù)觀測(cè)規(guī)范、統(tǒng)計(jì)規(guī)定，檢查觀測(cè)記錄和統(tǒng)計(jì)結(jié)果是否符合規(guī)定，核對(duì)統(tǒng)計(jì)計(jì)算有無(wú)錯(cuò)誤。③檢查同一要素各個(gè)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目之間是否協(xié)調(diào)。合理性檢查①本站前后期資料比審法。氣候變化是緩慢的、連續(xù)的。因此，雖然逐年的觀測(cè)值并不一樣，但它們應(yīng)在一個(gè)大致相同的水平上隨機(jī)波動(dòng)。如果通過(guò)前后期資料的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)資料序列中存在明顯的不連續(xù)變化，則可能存在非均一性，應(yīng)該配合測(cè)站歷史沿革情況作進(jìn)一步的分析判斷。②區(qū)域資料比審法。相鄰測(cè)站由于受同一天氣系統(tǒng)的影響，氣候要素的變化常常有相當(dāng)好的一致性和相關(guān)性。相鄰測(cè)站氣象要素之間的相互聯(lián)系規(guī)律，可以成為我們發(fā)現(xiàn)和訂正錯(cuò)誤記錄的重要依據(jù)。相鄰測(cè)站氣象要素觀測(cè)值的差值或比值具有相對(duì)穩(wěn)定性，在沒(méi)有非均一性影響時(shí)，差值和比值的時(shí)間序列應(yīng)在一個(gè)大致不變的水平上隨機(jī)波動(dòng)。如果相鄰測(cè)站氣象要素觀測(cè)值的差值或比值時(shí)間序列呈現(xiàn)明顯的長(zhǎng)期趨勢(shì)，或者在某一時(shí)間前后有跳躍式變化，通常都指示著其中一個(gè)測(cè)站的觀測(cè)值受到了非均一性的影響。③氣象要素相關(guān)法。各種不同的氣象要素從不同的側(cè)面描寫(xiě)了一地的天氣氣候特征，它們之間存在著各種不同程度的相關(guān)。在實(shí)際工作中，常常用同一測(cè)站或者若干個(gè)地理環(huán)境相似的測(cè)站的不同要素觀測(cè)值做成相關(guān)圖，當(dāng)資料符合要求時(shí)，所有點(diǎn)子應(yīng)密集地落在一根曲線或直線附近，如果個(gè)別點(diǎn)子明顯偏離回歸線，則這個(gè)點(diǎn)子代表的觀測(cè)值可能有明顯的誤差。

§2.2地面非實(shí)時(shí)資料質(zhì)量控制流程1、格式檢查

格式檢查:為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查前的預(yù)處理檢查。主要檢查文件中的數(shù)據(jù)錄入格式及數(shù)據(jù)范圍是否與觀測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)定格式和記錄簿表格式相一致，另加進(jìn)行臺(tái)站相關(guān)參數(shù)的一致性檢查。絕大部分氣象資料是以一定格式的氣象電報(bào)形式傳遞、儲(chǔ)存和被調(diào)用的。而在編碼、傳遞中極易產(chǎn)生一些錯(cuò)誤，如組碼混淆、變字…等等。用戶難于識(shí)別編報(bào)的內(nèi)容，計(jì)算機(jī)也不能處理。

2、臺(tái)站參數(shù)檢查格式檢查通過(guò)后，進(jìn)行參數(shù)檢查。通過(guò)參數(shù)檢查的繼續(xù)進(jìn)行下一步的檢查；未通過(guò)臺(tái)站參數(shù)檢查的需人工審核訂正，仍然通不過(guò)的，不再進(jìn)行下一步質(zhì)量檢查。3、氣候界限值檢查

范圍檢查:是對(duì)氣候要素值或要素允許值檢查。從氣候的角度不可能出現(xiàn)的要素臨界值稱之為要素的氣候界限值。資料形成時(shí)規(guī)定采用的表示方式和范圍，為要素的允許范圍。如風(fēng)速大于0，風(fēng)向范圍0~360°。超出要素的氣候界限規(guī)定或允許值范圍的資料為錯(cuò)誤資料。4、氣候極值檢查氣候極值是指某個(gè)測(cè)站歷史記錄中某要素曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)的最大值(最小值)，氣象資料是否超出極值為極值檢查。建立每個(gè)臺(tái)站氣象要素累年極值，作為氣候極值檢查參數(shù)，對(duì)超出測(cè)站要素極值的觀測(cè)資料，必須做進(jìn)一步檢查，以判斷資料正確與否。5、內(nèi)部一致性檢查

內(nèi)部一致性檢查:檢查臺(tái)站某要素自身變化是否合理，不同要素或項(xiàng)目之間是否符合某種物理聯(lián)系的檢查稱之為內(nèi)部一致性檢查。如日最低氣壓≤當(dāng)日各時(shí)氣壓≤日最高氣壓，總云量≥低云量。6、時(shí)間一致性檢查

時(shí)間一致性檢查:氣象要素隨時(shí)間的變化具有一定的規(guī)律，對(duì)氣象資料變化是否符合這種規(guī)律的檢查稱之為時(shí)間一致性檢查。各要素資料不能超出一定時(shí)間內(nèi)的變化范圍，超出的資料為可疑資料。如分鐘變化率檢查、小時(shí)變化率檢查、日變化率檢查、連續(xù)24小時(shí)以上數(shù)據(jù)無(wú)變化檢查。7、空間一致性檢查

空間一致性檢查:針對(duì)氣象參數(shù)具有一定的空間分布特點(diǎn)而進(jìn)行的檢查。其有效性取決于觀測(cè)站網(wǎng)的密度和被檢參數(shù)與空間的相關(guān)程度，通常利用與被檢查臺(tái)站相鄰的臺(tái)站同時(shí)觀測(cè)的氣象要素進(jìn)行比較，或利用鄰近測(cè)站觀測(cè)值通過(guò)一定的插值方法計(jì)算被檢查臺(tái)站的估計(jì)值，用觀測(cè)值與估計(jì)值的比較來(lái)進(jìn)行。8、氣象學(xué)公式檢查、統(tǒng)計(jì)學(xué)檢查

計(jì)算技術(shù)及計(jì)算能力的提高，使統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)有了實(shí)現(xiàn)的可能。因此，使用大量的氣候背景資料，用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法來(lái)判別資料的奇異點(diǎn)和儀器漂移。

9、質(zhì)量控制碼綜合判斷根據(jù)氣候極值檢查、內(nèi)部一致性檢查、時(shí)間一致性檢查、空間一致性檢查結(jié)果，設(shè)置質(zhì)量控制碼。10、人工審核

人機(jī)交互檢查：完全自動(dòng)化的質(zhì)量控制不可能解決所有的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)于一些特殊情況或問(wèn)題的判斷還要輔助以人工檢查。必須采取計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制和人工相結(jié)合的方式，各級(jí)質(zhì)量控制都重視質(zhì)量評(píng)估專家的作用。人工檢查可以在任何一級(jí)的質(zhì)量控制中進(jìn)行，它是各種自動(dòng)控制后對(duì)可疑或錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)用人機(jī)交互的方式進(jìn)行的質(zhì)量控制。二、自動(dòng)觀測(cè)資料與傳統(tǒng)觀測(cè)資料的質(zhì)量控制主要區(qū)別

傳統(tǒng)觀測(cè)資料的質(zhì)量控制主要面向人工觀測(cè)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度大，方法側(cè)重于對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)的檢查。電子傳感器及自動(dòng)傳輸?shù)陌l(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)觀測(cè)資料的質(zhì)量控制方法是一種挑戰(zhàn)。這是因?yàn)殡娮佑^測(cè)系統(tǒng)更多的誤差是連續(xù)性的漂移，而不是孤立的誤差，因此，對(duì)資料的連續(xù)性檢查比單個(gè)數(shù)據(jù)的檢查更重要。電子自動(dòng)觀測(cè)儀器產(chǎn)生了更多的資料量，具有高時(shí)間分辨率，使得自動(dòng)觀測(cè)資料比人上觀測(cè)資料需要更多的自動(dòng)質(zhì)量控制方法。相對(duì)人工觀測(cè)，自動(dòng)氣象站資料中因責(zé)任心不強(qiáng)而造成的人為失誤基本可避免，但會(huì)產(chǎn)生因自動(dòng)站儀器故障而造成的記錄缺測(cè)，其中主要有：風(fēng)傳感器故障，雨量傳感器故障，電腦程序故障造成數(shù)據(jù)采集錯(cuò)誤，雷擊造成采集器數(shù)據(jù)卸載異常等?！?.3氣候資料的收集與傳輸

氣候資料的收集與傳輸工作，主要是將氣象臺(tái)站觀測(cè)的各類(lèi)原始?xì)庀筚Y料，按照統(tǒng)一的規(guī)定和要求，通過(guò)不同的方式，匯集到國(guó)家和省氣候資料部門(mén)，為下一步加工整編、分析服務(wù)提供資料源，這也是建立氣候資料數(shù)據(jù)庫(kù)和檔案存檔的必要過(guò)程。一、氣象觀測(cè)規(guī)范的沿革

建國(guó)前，各地氣象臺(tái)站的氣象觀測(cè)工作，按照國(guó)民政府中央氣象局編寫(xiě)的《測(cè)候手冊(cè)》、《氣象測(cè)報(bào)手冊(cè)》的規(guī)定進(jìn)行。由于沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行統(tǒng)一的規(guī)章制度，使用的儀器設(shè)備也十分簡(jiǎn)陋。因此，獲得的氣象資料極不一致，影響到氣象資料的使用價(jià)值。建國(guó)后，中國(guó)氣象局非常重視氣象觀測(cè)規(guī)范的編寫(xiě)和修改工作，在1950年至2004年間，一共編寫(xiě)頒發(fā)了地面、高空、氣象輻射、農(nóng)業(yè)氣象、園雨等多種觀測(cè)規(guī)范，使氣候資料的采集質(zhì)量得到保障。

(1)1950年11月頒發(fā)的《氣象測(cè)報(bào)簡(jiǎn)要》1950年11月，當(dāng)時(shí)的中央人民政府革命軍事委員會(huì)頒發(fā)了《氣象測(cè)報(bào)簡(jiǎn)要》。該簡(jiǎn)要是在舊中國(guó)氣象觀測(cè)工作基礎(chǔ)非常薄弱的情況下，參照前蘇聯(lián)的—些氣象觀測(cè)方法而制訂的。采用‘‘東經(jīng)120°、105°、90°三個(gè)時(shí)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)”進(jìn)行觀測(cè)，甲種站觀測(cè)24次、乙種站每日(03、06、09、12、15、18、21、24時(shí))觀測(cè)8次(地溫和地面狀態(tài)每日06、14、21時(shí)觀測(cè))，觀測(cè)項(xiàng)目設(shè)有氣溫、氣壓、濕度、降水、風(fēng)向、風(fēng)速、云(云量、云狀、云高、云向、云速)、能見(jiàn)度、地溫、蒸發(fā)、天氣現(xiàn)象等，有的氣象站還開(kāi)展了地面草面的溫度、雪深、日照、地面狀態(tài)等觀測(cè)項(xiàng)目?！稓庀鬁y(cè)報(bào)簡(jiǎn)要》是新中國(guó)氣象部門(mén)的第一部氣象觀測(cè)規(guī)范，要求各臺(tái)站從1951年11月開(kāi)始編制氣象月總簿(甲)供24次觀測(cè)用、氣象月總簿(乙)供8次觀測(cè)用、氣象月報(bào)表(供出版氣象月刊用)，以及相應(yīng)的氣象年總薄和氣象年報(bào)表報(bào)送給當(dāng)時(shí)的中央軍委氣象局。

(2)1954年t月頒發(fā)的《氣象觀測(cè)暫行規(guī)范》1954年1月1日起，各地氣象臺(tái)站開(kāi)始執(zhí)行中央氣象局新頒發(fā)的《氣象觀測(cè)暫行規(guī)范》。新規(guī)范第一次明確提出觀測(cè)資料必須具有代表性、比較性、準(zhǔn)確性，為了保證氣象資料質(zhì)量，對(duì)觀測(cè)場(chǎng)地、儀器安裝、觀測(cè)程度、觀測(cè)方法和記錄整理都提出了具體要求，并統(tǒng)一了觀測(cè)時(shí)間，所有臺(tái)站在每天地方平太陽(yáng)時(shí)01、07、13、19時(shí)進(jìn)行4次定時(shí)氣候觀測(cè)，部分臺(tái)站還在02、08、14、20時(shí)(北京時(shí))進(jìn)行繪圖天氣觀測(cè)；在05、11、17、23時(shí)(北京時(shí))進(jìn)行輔助繪圖天氣觀測(cè)。1954年起增加了積雪密度，160cm、320cm直管地溫等觀測(cè)項(xiàng)目，部分臺(tái)站還先后增加了凍土、電線積冰觀測(cè)。(3)1961年1月頒發(fā)的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》1961年1月1日，開(kāi)始執(zhí)行中央氣象局新頒發(fā)的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》，將觀測(cè)時(shí)制改變?yōu)楸本r(shí)，觀測(cè)時(shí)間改為每日02、08、14、20時(shí)4次定時(shí)觀測(cè)(輔助繪圖天氣觀測(cè)仍為05、11、17、23時(shí))，取消云速的觀測(cè)。同時(shí)，考慮到大部分地區(qū)距地160cm以下地溫變化不大的情況，決定對(duì)160cm、320cm深層地溫，凡連續(xù)觀測(cè)5年以上的臺(tái)站都停止此項(xiàng)觀測(cè)，不超過(guò)5年的臺(tái)站繼續(xù)觀測(cè)。

從1963年1月起，地面氣象觀測(cè)記錄月報(bào)表恢復(fù)了原有的項(xiàng)目?jī)?nèi)容，增加了定時(shí)觀測(cè)記錄，并對(duì)報(bào)表的報(bào)送范圍作了調(diào)整：國(guó)家基本站的(氣表—1、氣表—2、氣表—5、氣表—6、氣表—8、氣表—25)報(bào)表和一般站的(氣表—21)報(bào)表都分別報(bào)送中央氣象局和各省局氣候資料室，一般站的各種報(bào)表報(bào)送本省(區(qū)、市)氣象局氣候資料室。把各深度地溫觀測(cè)記錄月報(bào)表(氣表—3)、日照日射記錄月報(bào)表(氣表—4)、土壤凍結(jié)深度觀測(cè)記錄月報(bào)表(氣表—7)內(nèi)容簡(jiǎn)化后合并到基本觀測(cè)記錄月報(bào)表(氣表—1)；各深度地溫觀測(cè)記錄月報(bào)表(氣表—23)、日用日射記錄月報(bào)表(氣表—24)的內(nèi)容簡(jiǎn)化后合并到基本觀測(cè)記錄年報(bào)表(氣表—21)。1962年1月，取消編制地面氣象記錄月簡(jiǎn)表、氣象記錄年簡(jiǎn)表。

(4)1980年1月頒發(fā)的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》1980年1月，中央氣象局在充分總結(jié)我國(guó)30年來(lái)地面氣象觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，頒發(fā)新的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》，并重新規(guī)定各站必須觀測(cè)的項(xiàng)目、省局指定觀測(cè)的項(xiàng)目和自定項(xiàng)目。臺(tái)站必須觀測(cè)的項(xiàng)目有：云、水平能見(jiàn)度、天氣現(xiàn)象、氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)、降水、地溫、蒸發(fā)旦、雪探、日照時(shí)數(shù)。國(guó)家基本(準(zhǔn))站的地面氣象記錄月報(bào)表(氣表—1)、地面氣象記錄年報(bào)表(氣表—21)和國(guó)家一般站的地面氣象記錄年報(bào)表(氣表—21)報(bào)送國(guó)家氣象中心氣候應(yīng)用室。把原來(lái)降水量自記記錄月報(bào)表(氣表—5)的內(nèi)容并入氣表—1，取消逐日降水時(shí)數(shù)的計(jì)算，把10分鐘、14、時(shí)和24小時(shí)降水最大且的內(nèi)容并入氣表—21；把風(fēng)向風(fēng)速自記記錄報(bào)表(氣表—6)的內(nèi)容并入氣表—l；把原來(lái)的地面降水量自記記錄年報(bào)表(氣表—25)的內(nèi)容并入氣表—21，并增加15個(gè)時(shí)段的年的最大降水量。從1980年1月1日起，取消降水量自記記錄月報(bào)表(氣表—5)、風(fēng)向速自記記錄報(bào)表(氣表—6)、電線積冰觀測(cè)記錄月報(bào)表(氣表—8)、地面降水量自記記錄年報(bào)表(氣表—25)的編制工作。

(5)2004年1月頒發(fā)的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》2004年1月1日，開(kāi)始執(zhí)行中國(guó)氣象局新頒發(fā)的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》。新編的《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》既適用于自動(dòng)觀測(cè)又適用于人工觀測(cè)。編寫(xiě)的體例原則上參照現(xiàn)用的1980年的《規(guī)范》和世界氣象組織下發(fā)的《CIMO儀器和觀測(cè)方法指南》的寫(xiě)法，先按要素寫(xiě)各自的觀測(cè)方法和規(guī)定，再單獨(dú)寫(xiě)一篇自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)．突出“自動(dòng)觀測(cè)是地面氣象觀測(cè)的發(fā)展方向”?？紤]到自動(dòng)觀測(cè)的發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)文件格式、存儲(chǔ)要求、輸入方法、接口界面、數(shù)據(jù)處理方法和計(jì)算公式等做出規(guī)定。國(guó)家基本(準(zhǔn))站的地面氣象記錄月報(bào)表(氣表—1)、地面氣象記錄年報(bào)表(氣表—21)、氣象輻射記錄月報(bào)表(氣表—33)和國(guó)家一般站的地面氣象記錄年報(bào)表(氣表—21)報(bào)送國(guó)家氣象信息中心氣象資料室?！?.4氣候資料的均一性檢驗(yàn)和訂正

導(dǎo)致長(zhǎng)期氣候資料序列發(fā)生變化的因素主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是氣候因素，反映天氣和氣候的實(shí)際變化；另一類(lèi)是非氣候因素，主要是觀測(cè)臺(tái)站環(huán)境及觀測(cè)方法的改變，造成觀測(cè)記錄數(shù)據(jù)的非一致性。氣候資料的均一性檢驗(yàn)是保證氣候資料統(tǒng)計(jì)值具有良好代表性的重要手段。早在20世紀(jì)80年代中期，國(guó)外許多研究者在氣候資料均一性檢驗(yàn)和訂正方面開(kāi)展了大量的探索性研究工作，并已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，許多方法被應(yīng)用于各國(guó)氣候資料業(yè)務(wù)、科研部門(mén)的研究，隨著研究的深入，發(fā)展建立了許多均一性研究方法。近年來(lái)我國(guó)不少研究者也開(kāi)始注重這方面的研究，分別對(duì)我國(guó)的地面及探空資料進(jìn)行了均一性檢驗(yàn)與訂正研究。對(duì)于氣溫?cái)?shù)據(jù)的均一性研究已經(jīng)取得一些突破性進(jìn)展，建立了均一化的數(shù)據(jù)集，而對(duì)于其他氣象要素的均一性研究仍然停留在試驗(yàn)性的水平，沒(méi)有形成經(jīng)過(guò)訂正的均一化的數(shù)據(jù)集，許多相關(guān)領(lǐng)域的氣候變化研究仍然使用原始的沒(méi)有經(jīng)過(guò)均一化處理的觀測(cè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致研究結(jié)論存在較大的不確定性。因此，深入研究氣候資料各種要素的均一性檢驗(yàn)與訂正方法，努力探索氣候資料均一化業(yè)務(wù)的實(shí)施技術(shù)，仍是當(dāng)前我國(guó)氣候?qū)W和氣候變化研究的重要任務(wù)之一。標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)檢驗(yàn)方法SNHT(standardnormalhomogeneitytest,簡(jiǎn)稱SNHT)該方法由Alexandersson提出首先，建立參考序列，在被檢測(cè)站的周?chē)x擇若干鄰近站氣候要素建立參考序列：年降水量序列：（2.3.1）年平均氣溫序列：（2.3.2）

i=1,…n是被檢驗(yàn)站氣候序列；i=1,…n是第k個(gè)鄰近站氣候序列;n是時(shí)間序列長(zhǎng)度;

是第k個(gè)測(cè)站平均值;是被檢驗(yàn)站與第k個(gè)鄰近站的相關(guān)系數(shù),以被檢驗(yàn)站與其它多個(gè)測(cè)站的相關(guān)系數(shù)最高的個(gè)站(3~5)為標(biāo)準(zhǔn)選擇鄰近站。

其次,對(duì)待檢序列和參考序列的比值或差值序列進(jìn)行u變換,使其成標(biāo)準(zhǔn)化序列,年降水量:;年平均氣溫：;對(duì)進(jìn)行u變換:

，為的標(biāo)準(zhǔn)差。

對(duì)序列{Zi}(i=1,2,……,n)的假設(shè)：如果{Zi}序列沒(méi)有不連續(xù)點(diǎn)存在,則統(tǒng)計(jì)假設(shè)為:對(duì)于任意i,Zi∈N(0,1);如果{Zi}有一個(gè)不連續(xù)點(diǎn)V,則統(tǒng)計(jì)假設(shè)為:Zi∈N(μ1,1),i∈{1,…,V}Zi∈N(μ2,1),i∈{V+1,…,n}μ1,μ2

分別為假設(shè)不連續(xù)點(diǎn)V前后兩個(gè)序列的平均值(μ1≠μ2),n為樣本容量。σ為前后兩段的均方差，因?yàn)闆](méi)有考慮方差間斷，所以前后不變1。根據(jù)最大似然比率的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，,經(jīng)過(guò)一定的近似處理構(gòu)造統(tǒng)計(jì)量T0為顯著性判據(jù)：其中：（2.3.3）n為待檢序列的總年數(shù),v為間斷點(diǎn)序號(hào)。

檢驗(yàn)時(shí)將被檢驗(yàn)的z序列分成v及(n-v)兩段,分別構(gòu)成z1

與z2

序列,將v從1至(n-1)不斷取值,采用程序循環(huán)計(jì)算T0的值,并挑出最大的T0

值,當(dāng)T0

值大于下表1(臨界值來(lái)源于文獻(xiàn))中n年序列的不同顯著性水平(α=0.10、0.05)的臨界值時(shí),v值對(duì)應(yīng)的年份為間斷年。

如果存在造成資料非均一的非氣候性原因，則認(rèn)為資料非均一，否則為均一。造成資料非均一的非氣候性因素主要有：臺(tái)站傳感器遷移，儀器的漂移、校準(zhǔn)、維護(hù)和新舊替換，觀測(cè)環(huán)境變化，系統(tǒng)觀測(cè)偏差和觀測(cè)/編碼變化、統(tǒng)計(jì)方法的變更等。氣候資料的非均一性訂正

氣候資料經(jīng)均一性檢驗(yàn)被認(rèn)為非均一，就需進(jìn)行相應(yīng)的訂正處理。由于臺(tái)站傳感器遷移，儀器因素、觀測(cè)編碼操作、統(tǒng)計(jì)方法變更和觀測(cè)環(huán)境變化等情況造成的非均一，需對(duì)資料進(jìn)行訂正，形成均一性記錄。由于某種環(huán)境變化(如城市擴(kuò)展變暖)造成的非均一，則不作訂正。需要訂正而無(wú)有效的訂正手段時(shí)，可以把非均一的長(zhǎng)序列分成兩個(gè)或多個(gè)均一的短序列，分段統(tǒng)計(jì)。

對(duì)降水，由Alexandersson的SNHT方法,對(duì)于檢測(cè)出的不均一的斷點(diǎn),比值的兩個(gè)均值可以由下式來(lái)計(jì)算:則第1到第V年的訂正量即為,又稱為訂正系數(shù)。式中,為序列Qi

的均方差,為序列的平均值,yi為訂正前的序列,Pi為訂正后的序列,在應(yīng)用了上述訂正系數(shù)后,序列就可以認(rèn)為是均一的。

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相對(duì)而言，具體的工程項(xiàng)目的尺度范圍都是在一個(gè)比較小的局地范圍，氣候?qū)こ添?xiàng)目的影響和工程項(xiàng)目對(duì)氣候的影響都是局部的，這種局部的氣候因受下墊面影響而與大范圍氣候背景有所差異，工程氣候評(píng)價(jià)需充分了解項(xiàng)目所在區(qū)域的小范圍氣候特征，即小氣候特征。§3.1小氣候的有關(guān)概念一、小氣候的定義氣候概念的基本內(nèi)涵是較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)大氣的統(tǒng)計(jì)狀態(tài)或較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)天氣狀態(tài)的綜合情況，在較大的不同尺度范圍內(nèi)具有一般的氣候特點(diǎn)或帶有共性的狀況，如全球氣候、區(qū)域氣候等。但是任何一個(gè)地區(qū)的具體氣候狀況并不是在整個(gè)地區(qū)范圍內(nèi)部都完全一樣，由于局地相對(duì)高度、地形條件、坡地方位、土壤性質(zhì)及地表植被覆蓋等的不同，在近地層和土壤層中可以具有與該地的一般氣候不同的自己獨(dú)特的氣候特點(diǎn)，

例如，草地溫度在白天比柏油路低，而夜間比柏油馬路高，城市內(nèi)氣溫比郊區(qū)高，室內(nèi)氣溫變化比室外小，山麓南坡冬季比北坡暖，湖泊上和森林里相對(duì)于岸上和林外是冬暖夏涼及晝涼夜暖等等現(xiàn)象，這是人們都能感受到的氣候的差異現(xiàn)象。這種在小范圍內(nèi)因局部原因而形成的與周?chē)^大范圍氣候不同的氣候特點(diǎn)就是小氣候。

所謂小氣候就是由于下墊面條件或構(gòu)造特征而形成的與周?chē)鷼夂虿煌男》秶臍夂?，或者說(shuō)是由于下墊面條件不同而形成的大范圍氣候背景下所表現(xiàn)的小尺度氣候特點(diǎn)。小氣候特點(diǎn)一般是表現(xiàn)在個(gè)別氣象要素值或個(gè)別天氣現(xiàn)象上（如雷雨、霧），但不會(huì)改變決定于大尺度過(guò)程（鋒面等）的天氣特征。

在一般的科技文獻(xiàn)和教科書(shū)中，通常將下墊面不均一性所產(chǎn)生的氣候特點(diǎn)都?xì)w結(jié)為小氣候。即小氣候可視為由于下墊面的不均一性以及人類(lèi)和生物活動(dòng)所產(chǎn)生的近地氣層和土壤上層中的氣候特點(diǎn)。通常，小氣候是在一定的自然景觀和大氣候的背景下產(chǎn)生的局部氣候差異，主要表現(xiàn)在氣象要素的數(shù)量上和垂直分布上以及個(gè)別天氣現(xiàn)象上。

按照氣候研究的空間尺度來(lái)劃分，小氣候所涉及的水平范圍和垂直范圍都是不大的，其水平范圍約為101-104米，垂直范圍約為10-1一102米。根據(jù)下墊面的性質(zhì)不同而產(chǎn)生的局地氣候差異可以區(qū)分為農(nóng)田小氣侯、森林小氣候、護(hù)田林帶小氣候、水域小氣候、雪被小氣候、起伏地形小氣候，城市小氣候等等。對(duì)于某一類(lèi)型的下墊面來(lái)說(shuō)，在晴朗無(wú)風(fēng)的條件下，小氣候特點(diǎn)表現(xiàn)得最為明顯，這時(shí)在近地面大氣層內(nèi)的溫度、濕度和風(fēng)的垂直梯度特別大。以溫度為例，如按每100米的溫度梯度來(lái)?yè)Q算，則貼地層內(nèi)的溫度梯度可以達(dá)到幾百度甚至幾千度。因此該層內(nèi)的熱量、水汽、動(dòng)量的垂直交換特別顯著并具有明顯的日變比特點(diǎn)。

因?yàn)槿祟?lèi)的大部分活動(dòng)和動(dòng)植物的生態(tài)環(huán)境都處在近地層范圍內(nèi)，同樣人類(lèi)的工程項(xiàng)目基本都在近地層范圍，水平范圍一般也是小尺度的，使得局部的氣候狀況可以按照人們的意向發(fā)生改變，所以小氣候的特征和演變研究是工程氣候論證的重要基礎(chǔ)。

二、小氣候的特點(diǎn)

小氣候一是小范圍；二是近地層；其物理過(guò)程主要發(fā)生在近地氣層和近地土壤層中，越靠近下墊面，小氣候特點(diǎn)也就越明顯，距下墊面越遠(yuǎn)小氣候特點(diǎn)也就越來(lái)越微弱，直至最后消失。與大環(huán)境氣候背景要素相比，小氣候要素具有下列特點(diǎn)：1）范圍小；由于尺度小，通常氣象站的分布密度、觀測(cè)項(xiàng)目都不能滿足小氣候研究的需要，小氣候觀測(cè)屬于特殊的觀測(cè)，測(cè)點(diǎn)密度大，觀測(cè)項(xiàng)目也因任務(wù)而變。2）差異大；由于小氣候的尺度很小，局地差異不易被大規(guī)?？諝膺\(yùn)動(dòng)所混合，所以氣象要素在垂直方向和水平方向相差都很大，根據(jù)考察資料，沙漠地區(qū)貼地氣層2mm內(nèi)，溫差可達(dá)幾十度或更大，水平方向從一個(gè)下墊面過(guò)渡到另一個(gè)下墊面，氣象要素的分布也會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)，這樣大的差異在大氣候中是不會(huì)出現(xiàn)的。3）很穩(wěn)定；由于尺度小，所產(chǎn)生的小氣候差異不易被混合，于是各種小氣候差異現(xiàn)象就比較穩(wěn)定，如山峰與山谷的差異、水面到岸上的差異，幾乎天天如此。這個(gè)特點(diǎn)使我們有可能通過(guò)短時(shí)間的實(shí)地觀測(cè)來(lái)了解它，并且有可能適當(dāng)外推，對(duì)某一氣象要素可表示為：為大氣候背景值，可由常規(guī)氣象站觀測(cè)值表示，則為局地小氣候差異，它在一定條件下是穩(wěn)定少變的。這種性質(zhì)為短時(shí)期的小氣候觀測(cè)資料的外推提供了可能。4）相對(duì)自由大氣，在近地氣層中氣象要素的主要特點(diǎn)是：

a.氣象要素具有明顯的日變化特征；

b.具有強(qiáng)烈的脈動(dòng)性質(zhì)；

c.鉛直梯度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)水平梯度；同時(shí)也有明顯的日變化特征三、小氣候?qū)W的任務(wù)與方法所謂小氣候?qū)W是研究不同下墊面上小氣候的特點(diǎn)和形成規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，它是氣候?qū)W的一個(gè)重要分支，主要任務(wù)是研究局地氣候特點(diǎn)與自然地理環(huán)境、天氣氣候條件和人類(lèi)及生物活動(dòng)之間的相互影響和相互作用

概括起來(lái)，小氣候?qū)W的研究?jī)?nèi)容有主要有三個(gè)方面：1)理論基礎(chǔ)、2)各種類(lèi)型小氣候和3)小氣候考察方法。在理論基礎(chǔ)中，主要有近地層物理學(xué)，包括下墊面的輻射平衡、熱量平衡和水分平衡的理論分析等；類(lèi)型小氣候主要是研究各種特殊下墊面上小氣候的形成規(guī)律和特點(diǎn)以及各種人工改造行為所產(chǎn)生的小氣候效應(yīng)；小氣候考察方法包括有：1）、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬試驗(yàn)2）、物理實(shí)驗(yàn)；如風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)3）、野外小氣候考察以及與之有關(guān)的儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)、檢定、安裝和觀測(cè)方法等。4）一定條件下，可利用高分辨率的遙感觀測(cè)資料進(jìn)行分析，如資源衛(wèi)星資料。小氣候?qū)W研究具有很大的實(shí)用價(jià)值，因?yàn)槿祟?lèi)的生產(chǎn)和生活活動(dòng)主要是在近地面大氣層進(jìn)行的，農(nóng)此、林業(yè)和城市建設(shè)等部門(mén)都和小氣候有著密切的關(guān)系，而且人類(lèi)又最容易通過(guò)改變下墊面的局部特性來(lái)影響和改造小氣候，這對(duì)提高生產(chǎn)力、發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)有很大的意義和實(shí)用價(jià)值。

小氣候?qū)W是一門(mén)與人類(lèi)的生產(chǎn)和生活活動(dòng)具有緊密聯(lián)系的科學(xué)，因此它的任務(wù)在于：

1)調(diào)查和研究各種類(lèi)型小氣候的對(duì)比特點(diǎn)并給以科學(xué)的解釋，2)探索各種類(lèi)型小氣候的形成過(guò)程和形成規(guī)律，

3)確定小氣候現(xiàn)象和小氣候要素的定量指標(biāo)及其與大氣候的內(nèi)在聯(lián)系，4)揭示小氣候變化的未來(lái)趨勢(shì)并通過(guò)各種人為措施給以積極的影響，使之朝著有利的方向發(fā)展

§3.2幾種類(lèi)型小氣候特征§3.2.1近地層中氣象要素的分布

一、近地層的范圍和特點(diǎn)圖3.2.1大氣分層基本劃分

一般意義下的近地層是指離地100米以下的氣層，大氣中最接近地面的層次。下墊面的輻射收支、濕潤(rùn)狀況及其動(dòng)力學(xué)特征，主要通過(guò)湍流方式，對(duì)行星邊界層施加影響。其中近地層大氣受下墊面的影響最大，由于這種影響，近地層中氣象要素在時(shí)、空上的變化都很大。

由于氣體粘性附著作用，在地面附近形成了很大的風(fēng)速垂直梯度，在一般的近地層大氣中，這些梯度都超過(guò)了導(dǎo)致氣流由片流狀態(tài)向湍流狀態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值，因此，近地層中大氣運(yùn)動(dòng)始終具有湍流的特點(diǎn)，而且湍流隨時(shí)間和空間都表現(xiàn)出不規(guī)則的特征。在近地層，氣壓梯度力視為不變的力，而地轉(zhuǎn)偏向力可以不考慮，最重要的因素是湍流摩擦力。近地層具有的特點(diǎn)：（1）近地層中，可以認(rèn)為動(dòng)量、熱量和水汽以及其他物理屬性的垂直輸送量不隨高度改變，故近地層又稱作常通量層。（2）氣壓隨高度的變化可以忽略不計(jì)（3）實(shí)際溫度梯度與位溫梯度認(rèn)為基本相等的（4）氣象要素的垂直梯度大于水平梯度。（5）氣象要素具有明顯的日變化。二、近地層的運(yùn)動(dòng)方程組對(duì)于湍流運(yùn)動(dòng)中的任何瞬時(shí)物理量，都可以分解成平均量和脈動(dòng)量，即將此關(guān)系帶入運(yùn)動(dòng)方程，可得近地層湍流運(yùn)動(dòng)方程：相比較，湍流運(yùn)動(dòng)方程增加了摩擦應(yīng)力（雷諾應(yīng)力）項(xiàng)：其中應(yīng)力代表作用在垂直于Z軸的平面上的湍流摩擦應(yīng)力在x軸方向的分量，余類(lèi)推。其實(shí)際物理意義表示在湍流作用下水平動(dòng)量的下傳或上傳，故也稱為動(dòng)量通量。

類(lèi)似地可以得到近地層湍流輸送的感熱通量P和水汽通量E分別為：

這里Cp為定壓比熱，q’為比濕脈動(dòng)量。在近地層中，氣象要素在時(shí)空上的變化都很大，了解氣象要素在近地層中的分布，對(duì)于掌握各種小氣候特征以及在解決各項(xiàng)工程實(shí)際問(wèn)題方面都具有重要的意義。

三、近地層中的氣溫

1、氣溫的廓線

圖3.2.21975年8月16日昆侖山口各時(shí)刻氣溫的鉛直分布（取自翁篤鳴）

近地層溫度及其廓線的變化，由下墊面輻射狀況和湍流運(yùn)動(dòng)的變化決定，近地層氣溫廓線可分為4種基本類(lèi)型：1）日射型日間地面輻射平衡為正，熱量由地面向近地層輸送，空氣溫度由地面向上迅速遞減，如圖3.2.2中的12時(shí)曲線，這是近地層氣溫垂直分布的最基本的類(lèi)型。2）輻射型與日射型分布相反，夜間地面輻射冷卻的結(jié)果，氣溫由下向上單一逆增，熱量由近地層輸向地面，這是第二種基本分布型，稱為輻射型。見(jiàn)圖3.2.2中0時(shí)曲線。3)傍晚過(guò)渡型介于日射型和輻射型之間的過(guò)渡型。傍晚時(shí)刻，隨著地表輻射平衡的迅速下降，下墊面很快冷卻，緊貼地表的氣層溫度隨之下降，趨向輻射型，但上部曲線仍然保持日射型，如圖3.2.2中18時(shí)曲線。4)早晨過(guò)渡型早晨日出之后，地面輻射平衡由負(fù)轉(zhuǎn)正并迅速增加，地面開(kāi)始迅速增溫，夜間逆溫在下部貼地層開(kāi)始改變，但種改變過(guò)程由低層逐漸傳遞到上層，即低層轉(zhuǎn)為日射型，上層保持輻射型的特征，與傍晚過(guò)渡型相反，見(jiàn)圖3.2.2中06時(shí)曲線。2、氣溫垂直遞減率從小氣候理論得出關(guān)于近地層氣溫垂直遞減率的一些定性理論結(jié)果：1）無(wú)論何種層結(jié)下，氣溫遞減率隨高度呈雙曲線降低，它表明隨著高度增加，地面的影響很快削弱，混合不斷加強(qiáng)，溫度梯度迅速遞減并趨于平衡狀態(tài)（干絕熱遞減率）。2）隨地面風(fēng)切變?cè)龃蠖鴾p小。3)的絕對(duì)值隨感熱通量的絕對(duì)值增大而增大。3、氣溫日變化達(dá)到活動(dòng)面上的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的日變化，是引起近地層氣溫日變化的根本原因，近地層氣溫日變化可近似以正弦或余弦曲線來(lái)描述。最高值在午后出現(xiàn)，最低值在早晨出現(xiàn)，隨離地高度的增加，氣溫日較差減小，位相也有一定的滯后。圖3.2.3某地不同高度氣溫日變化

根據(jù)大量觀測(cè)資料，可以認(rèn)為氣溫日較差隨離地高度呈指數(shù)或?qū)?shù)曲線遞減，位相按線性律落后。此外，氣溫日較差的變化還與下墊面濕潤(rùn)狀況、云量以及風(fēng)的狀況有關(guān)，一般說(shuō)，濕潤(rùn)下墊面的氣溫日較差要比干燥地段小得多，陰雨天氣溫日較差比晴天小，大風(fēng)天氣氣溫日較差也會(huì)減小。

圖3.2.4某地氣溫日較差隨高度變化四、近地層中的空氣濕度1、絕對(duì)濕度的垂直分布在沒(méi)有水汽平流輸送的情況下，近地層中的水汽主要靠下墊面蒸發(fā)提供，并通過(guò)湍流輸送得到，小氣候?qū)W理論分析得到結(jié)論：（1）在有蒸發(fā)的情況下，比濕隨高度是遞減的，而且其梯度隨高度增加而減小，這種比濕向上遞減的分布型，是最為普通的形式，稱為濕型分布。如果在夜間地面發(fā)生凝結(jié)時(shí)，水汽通量E為負(fù)值，梯度為負(fù)，貼地層內(nèi)絕對(duì)濕度隨高度增加，稱為干型分布，這種現(xiàn)象遠(yuǎn)不如氣溫那樣明顯和典型。因此，總的來(lái)說(shuō)，就是夜間也是濕型分布為主要的。（2）當(dāng)近地層風(fēng)速加大時(shí)，機(jī)械湍流加強(qiáng)，水汽交換強(qiáng)烈，導(dǎo)致濕度的梯度減小。（3）隨著離地高度的增加，絕對(duì)濕度梯度很快減小。（4）在足夠濕潤(rùn)地段，下墊面的風(fēng)速越大，意味著蒸發(fā)越大，濕度梯度越大。（5）地面越濕潤(rùn)，蒸發(fā)越強(qiáng)，濕度梯度越大。(6)離地高度不大時(shí)，貼地層絕對(duì)濕度垂直分布與對(duì)數(shù)模式很一致。2、絕對(duì)濕度的日變化空氣絕對(duì)濕度的日變化取決于地表濕潤(rùn)狀況和湍流交換強(qiáng)度，其常見(jiàn)形式可分為單峰型和雙峰型兩種。1）單峰型主要發(fā)生在濕潤(rùn)地區(qū)，蒸發(fā)強(qiáng)度隨輻射量平衡增加而增加，貼地層濕度保持隨輻射而變的簡(jiǎn)單規(guī)律，即在白天(午后)出現(xiàn)最大值，夜間出現(xiàn)最小值。2）雙峰型濕度日變化一般出現(xiàn)在中緯度干燥地區(qū)，上午湍流交換較弱，使地面蒸發(fā)的水汽能在貼地層附近積累，因而出現(xiàn)第一個(gè)最大值。此后，地面因上層土壤濕度減小，蒸發(fā)有所減弱，加之湍流增強(qiáng)，使近地層積累的水汽向上擴(kuò)散，于是在午后出現(xiàn)次低值，到傍晚，湍流已經(jīng)減弱，地表溫度還比較高，地面蒸發(fā)量雖然不大，但仍可使水汽在近地層中積累，形成次高值。夜間，蒸發(fā)停止（甚至產(chǎn)生凝結(jié)），絕對(duì)濕度不斷減小直到清晨之前達(dá)到最低值。在復(fù)雜條件下，可以觀測(cè)到許多不規(guī)則的日變化形式。3、相對(duì)濕度日變化相對(duì)濕度的日變化一般是比較簡(jiǎn)單的，大致與氣溫日變化曲線反向?qū)?yīng)，當(dāng)日間溫度升高時(shí)，相對(duì)濕度下降，溫度升高至最高，相對(duì)濕度降至最低；呈現(xiàn)早晨最大，午后最小的單峰型日變化。相對(duì)濕度的垂直分布，也分由下向上遞減的濕型分布和隨高度遞增的干型分布。五、近地層風(fēng)的狀況1、近地層風(fēng)速垂直變化（風(fēng)廓線）邊界層氣象學(xué)理論和大量實(shí)測(cè)資料表明，平坦下墊面近地層風(fēng)速隨高度呈對(duì)數(shù)律：

為摩擦速度，與摩擦應(yīng)力有關(guān)，在近地層不隨高度變化；稱馮.卡門(mén)常數(shù)，一般取0.4，定義為平均風(fēng)速為0的高度，稱為粗糙高度，隨下墊面粗糙程度和大氣穩(wěn)定度而變，

光滑下墊面和不穩(wěn)定層結(jié)對(duì)應(yīng)粗糙度較低，風(fēng)速增大時(shí)，動(dòng)力湍流的增強(qiáng)也會(huì)導(dǎo)致粗糙度的降低。如果有兩層風(fēng)速觀測(cè)值，上式可寫(xiě)成：從許多的實(shí)際觀測(cè)結(jié)果看，對(duì)較高的層次（如100米以上），風(fēng)廓線比較符合簡(jiǎn)單的乘冪律：

在同一地點(diǎn)，冪指數(shù)P是大氣層結(jié)的參數(shù)，該模型在小氣候工作中得到廣泛應(yīng)用。

近地層風(fēng)廓線分布有兩個(gè)重要影響因素，一是地表粗糙程度，二是大氣層結(jié)（穩(wěn)定度），地表越粗糙，大氣層結(jié)越不穩(wěn)定，湍流混合作用越強(qiáng)，上下層間動(dòng)量交換強(qiáng)烈，風(fēng)速切變?cè)叫?；反之，湍流混合弱，風(fēng)速切變就大。2、風(fēng)速的日變化在近地層中風(fēng)速日變化主要取決于湍流的日變化，但在同一測(cè)點(diǎn)，不同高度上風(fēng)速日變化呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。1）在較低層次，日間湍流動(dòng)量交換加強(qiáng)，地面風(fēng)速隨之增大，直到午后風(fēng)速出現(xiàn)最大值。此后，隨著交換的減弱，風(fēng)速也不斷減小，夜間風(fēng)速很小，一直持續(xù)到次日清晨日出之后，隨湍流交換的加強(qiáng)，風(fēng)速又開(kāi)始增大。這種的風(fēng)速日變化特征，在平坦開(kāi)闊地段和晴好天氣條件下非常典型。2）在較高層次的風(fēng)速日變化形式與較低層次日變化的位相恰好相反，日間湍流交換強(qiáng)時(shí)，由于動(dòng)量向下傳輸，較高層是損失動(dòng)量，風(fēng)速減小，所以呈現(xiàn)白天小夜間大的變化特征，圖3.2.6中120米高度和10米高度風(fēng)速的相反日變化趨勢(shì)就是一個(gè)典型的例子。

圖3.2.6北京冬季不同高度上的風(fēng)速日變化（由藤中林）3）在高、低兩個(gè)相反的風(fēng)速日變化層之間，有一過(guò)渡層，該層高度約為30~50米，此層風(fēng)速日變化有兩個(gè)最高，兩個(gè)最低。其日間最高是由于湍流加強(qiáng)的結(jié)果，而夜間次高則是因?yàn)橥牧鹘粨Q停止，動(dòng)量不再往下輸送所致。過(guò)渡層的高度具有年變化的特征，夏季低，冬季高，這與湍流交換強(qiáng)度的年變化有關(guān)。水體上方風(fēng)速日變化形式，由于空氣穩(wěn)定層結(jié)的日變化與陸地有很大差異，風(fēng)速日變化形式也與陸地有很大差異?！?.2.2起伏地形對(duì)氣候要素的影響

起伏地形對(duì)小氣候要素的影響，最主要的表現(xiàn)在兩個(gè)方面；一是地形差異造成太陽(yáng)輻射分布的不一致；二是起伏地形對(duì)氣流的作用。一、起伏地形對(duì)太陽(yáng)輻射的影響一是地形遮蔽程度和坡向、坡度對(duì)日照時(shí)間的影響；二是坡向、坡度對(duì)太陽(yáng)輻射尤其是直接輻射量和日變化位相的影響。

例如，可以證明，正午時(shí)，坡度為的南坡上所獲得的太陽(yáng)直接輻射相當(dāng)于緯度比其低度得水平面上的直接輻射。二、起伏地形對(duì)溫度條件的影響1、坡度方位對(duì)溫度的影響坡地上溫度分布隨坡向、坡度及季節(jié)和緯度而變化的特點(diǎn)和規(guī)律性，一般是與坡地上的輻射分布相類(lèi)似的，而且氣候愈干燥、植被愈稀少、天氣愈晴穩(wěn)、距離下墊面愈近，不同方位坡地之間的溫度差異愈顯著。

圖3.2.7不同方位坡地上地面溫度的日變化（引自傅抱璞）

1南坡，2東坡，3西坡，4北坡，5山頂

東坡因?yàn)槿粘?、日沒(méi)和輻射平衡最大值出現(xiàn)的時(shí)間最早，其溫度波的位相也最早，西坡因?yàn)槿粘?、日沒(méi)和最大輻射平衡出現(xiàn)的時(shí)間最遲，其溫度波的位相也最晚。南坡和北坡由于最大輻射平衡出現(xiàn)的時(shí)間都比東坡晚，而比西坡早，所以其溫度波的位相都介乎東坡和西坡之間。南坡最高地面溫度和日較差比其他坡面都大。由于不同方位坡地上的風(fēng)速差異很大，也會(huì)在不同程度上加強(qiáng)或減弱這種由輻射分布特點(diǎn)所造成的溫度差異。因?yàn)樵谝话闱闆r下，風(fēng)速增大有使近地層中白天溫度降低，夜間溫度提高的作用

夜間最低氣溫的分布與白天最高氣溫的分布不一樣，其隨坡向的變化很不明顯，最低溫度的等值線基本上是沿等高線分布，即山頂溫度最高，由此沿坡往下去溫度逐漸減低，在山坡的底部由于冷空氣沉積，溫度成為最低。2、地形起伏對(duì)溫度的影響在周?chē)狡聡@的山谷或盆地中，由于風(fēng)速小和湍流交換弱，有利于白天增熱和夜間冷卻，且夜間周?chē)狡律系睦淇諝舛枷蚬鹊紫鲁磷a，更加強(qiáng)了谷中的冷卻，形成‘冷湖’。在高地的頂部和坡地上，因?yàn)轱L(fēng)速較大，湍流交換較強(qiáng)，且夜間地面附近的冷空氣可以沿坡下沉，而換來(lái)自由大氣中較暖的空氣。所以不論白天增溫或夜間冷卻都比谷地或盆地中大為緩和，即凸出的地形溫度日較差小，凹洼的地形溫度日較差大（圖3.2.8）。

圖3.2.8不同地形下氣溫的日變化（引自傅抱璞）

1.谷地2.陡崖3.山頂三、起伏地形對(duì)風(fēng)的影響1、地表粗糙度對(duì)風(fēng)速的影響理論和觀測(cè)事實(shí)都表明，近地層風(fēng)速隨地表粗糙程度的增加而減小。

2、起伏地形對(duì)風(fēng)及風(fēng)廓線的影響起伏地形通過(guò)對(duì)氣流的阻擋、擠壓等強(qiáng)迫作用對(duì)近地層風(fēng)向風(fēng)速產(chǎn)生影響，一般情況下平坦下墊面近地層以水平風(fēng)速為主，起伏地形下則可能存在一定的水平攻角（氣流與水平面的夾角）；風(fēng)廓線不一定符合對(duì)數(shù)律或冪指數(shù)律。如宋麗莉等利用在貴州省西南部復(fù)雜山地上獲取的近地層梯度風(fēng)觀測(cè)資料，

圖3.2.9梯度塔周邊地形

圖3.2.10各風(fēng)向下的近地層風(fēng)速廓線

與鄰近平坦下墊面氣象站相比較，山區(qū)平均風(fēng)場(chǎng)主要表現(xiàn)在受當(dāng)?shù)刂饕卣鞯匦?西北一東南走向的深切峽谷)影響，其全年的主導(dǎo)風(fēng)向和最大風(fēng)速出現(xiàn)的方向幾乎完全轉(zhuǎn)為沿峽谷走向，即使在符合中性大氣層結(jié)條件下，風(fēng)的垂直廓線也完全不滿足冪指數(shù)分布，并且不同風(fēng)向的強(qiáng)風(fēng)攻角因地形影響其差異可達(dá)20°；不同風(fēng)向強(qiáng)風(fēng)的湍流強(qiáng)度有所不同，在縱、橫和垂直方向的湍流強(qiáng)度比值有明顯差異，其中垂直方向的湍流強(qiáng)度顯著偏大是突出特征；其中，縱向值偏大20%-60%,橫向值在某些風(fēng)向上可偏大3倍以上，垂直方向則普遍較平坦地形偏大一個(gè)量級(jí)左右。四、地形對(duì)降水的影響

1、降水隨海拔高度的變化地形對(duì)降水的影響隨地形尺度大小而不同，在尺度較大的山地，一般向風(fēng)坡降水多，背風(fēng)坡降水少。而且?guī)缀踉谒袦貛Ш透睙釒Ь暥鹊纳降?，夏季都有降水的極大或次極大高度，即向風(fēng)坡的降水一般最初隨海拔高度升高而增加，至某一高度達(dá)到最大值以后才轉(zhuǎn)而逐漸向上遞減，但如經(jīng)過(guò)山脈的氣團(tuán)是非常潮濕而不穩(wěn)定的，則最大降水量常落在山麓。最大降水量的高度隨地區(qū)和季節(jié)而不同，一般是氣候愈潮濕、大氣愈不穩(wěn)定，落下最大降水量的高度愈低。1.黃山，2.西天目山，3.峨眉山（取自傅抱璞）彭乃志等（1996）分析了三峽庫(kù)區(qū)地形對(duì)暴雨影響，認(rèn)為峽谷地形影響降水(包括暴雨)的原因很多，一是當(dāng)暖濕氣流經(jīng)過(guò)峽谷地區(qū)時(shí)，在谷地的迎風(fēng)坡因被迫抬升，有利于降水的形成和加強(qiáng);二是由谷地?zé)崃ψ饔盟纬傻木值仫L(fēng)(山谷風(fēng)和河陸風(fēng))白天是從谷底沿坡向上吹的谷風(fēng)和河風(fēng)，夜間是從谷坡上部沿坡向下吹的山風(fēng)和陸風(fēng)。在白天，當(dāng)局地風(fēng)沿坡向上吹時(shí)，其速度是逐漸向上增大，會(huì)加強(qiáng)谷坡上上升氣流的發(fā)展，有利于谷坡上降水的形成和加強(qiáng)。在夜間，當(dāng)局地風(fēng)在谷底兩邊沿波向下吹時(shí)，其速度是逐漸向下增大，在接近谷底部分，由于兩邊谷坡上的冷遷流(即山風(fēng)和陸風(fēng))相對(duì)而來(lái)，會(huì)產(chǎn)生輻合上升，有利于谷地下部夜間降水的形成和加強(qiáng);

三是峽谷地形狹管效應(yīng)，大家知道，當(dāng)氣流偏向沿著峽谷吹時(shí)，由于流區(qū)壓縮，會(huì)產(chǎn)生狹管效應(yīng)，使谷內(nèi)風(fēng)速加強(qiáng)，特別是在峽谷下部加強(qiáng)更多，而且由于峽谷地區(qū)的地形往往呈犬牙交錯(cuò)的形態(tài)，對(duì)氣流具有摩擦阻滯、輻合抬升和產(chǎn)生氣旋式彎曲等作用，目這些作用都是在峽谷下部比上部強(qiáng)，更有利于增強(qiáng)峽谷下部的降水強(qiáng)度;四是過(guò)山氣流在峽谷內(nèi)產(chǎn)生回流的結(jié)果，當(dāng)暖濕氣流翻越較深的峽谷時(shí)，由于峽谷對(duì)側(cè)谷坡的阻障，會(huì)在谷內(nèi)產(chǎn)生一定范圍的回流，這股回流與其上部的暖濕氣流形成