《北林氣象學(xué)》課件

《北林氣象學(xué)》本課程介紹了氣象學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論。涵蓋大氣結(jié)構(gòu)、大氣運(yùn)動(dòng)、天氣系統(tǒng)、氣候變化等方面。課程簡(jiǎn)介本課程介紹為北林大學(xué)學(xué)生量身打造，涵蓋氣象學(xué)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用知識(shí)。教授氣象學(xué)原理、天氣現(xiàn)象分析、預(yù)報(bào)方法以及氣象服務(wù)等方面的知識(shí)。培養(yǎng)目標(biāo)幫助學(xué)生了解氣象學(xué)的基本原理和方法，掌握氣象觀測(cè)、分析和預(yù)報(bào)的基本技能，為將來從事相關(guān)領(lǐng)域工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。課程大綱課程內(nèi)容氣象學(xué)基礎(chǔ)大氣環(huán)流天氣系統(tǒng)氣候變化氣象應(yīng)用教學(xué)安排課程講授、課堂討論、實(shí)驗(yàn)練習(xí)、野外實(shí)習(xí)、課后作業(yè)?？己朔绞狡谥锌荚?、期末考試、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況。氣象學(xué)概論氣象學(xué)是研究地球大氣及其現(xiàn)象的科學(xué)。它涵蓋了大氣組成、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、能量交換等方面。氣象學(xué)與人類生活息息相關(guān)，對(duì)農(nóng)業(yè)、交通、能源、環(huán)境、災(zāi)害預(yù)報(bào)等方面具有重要的影響。大氣成分和結(jié)構(gòu)1主要成分空氣主要由氮?dú)狻⒀鯕夂投趸冀M成，其中氮?dú)庹?8%左右，氧氣占21%左右。2分層結(jié)構(gòu)大氣分為對(duì)流層、平流層、中間層、熱層和散逸層，每層具有不同的氣溫、密度和氣壓特征。3保護(hù)作用大氣層為地球提供保護(hù)，吸收太陽(yáng)紫外線、維持地球溫度，并為生命提供呼吸所需的氧氣。4影響因素大氣成分和結(jié)構(gòu)受多種因素影響，包括太陽(yáng)輻射、火山爆發(fā)、人類活動(dòng)等。氣壓和風(fēng)氣壓氣壓是大氣層中空氣對(duì)單位面積的壓力，單位為帕斯卡(Pa)。氣壓變化影響著天氣和風(fēng)向。風(fēng)風(fēng)是空氣流動(dòng)的現(xiàn)象，由氣壓差引起的。氣壓梯度越大，風(fēng)速越快。風(fēng)向風(fēng)向是指風(fēng)吹來的方向。氣壓梯度是指氣壓變化的方向，風(fēng)向垂直于氣壓梯度。風(fēng)速風(fēng)速是指風(fēng)吹過的速度，單位為米每秒(m/s)。風(fēng)速受氣壓差、地形的阻擋和摩擦力等因素影響。氣溫氣溫定義氣溫是指大氣溫度，通常是指某一高度或位置處空氣的溫度。氣溫是重要的氣象要素之一，直接影響著人類生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自然環(huán)境等方面。氣溫測(cè)量氣溫通常使用溫度計(jì)測(cè)量，常用的溫度計(jì)有水銀溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)和電子溫度計(jì)。氣溫測(cè)量需要遵循一定的規(guī)范，例如測(cè)量時(shí)間、測(cè)量高度等，才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。濕度水汽含量空氣中水汽的多少，表示空氣濕度。濕度計(jì)測(cè)量空氣濕度，常用儀器。露點(diǎn)溫度空氣冷卻至飽和時(shí)的溫度，反映水汽含量。相對(duì)濕度實(shí)際水汽含量與飽和水汽含量之比，影響云和降水的形成。云和降水云是由大氣中懸浮的水滴或冰晶組成的可見集合體。降水是指從云中降落到地面的水滴、冰晶或其他固態(tài)水合物。它們是天氣現(xiàn)象中的重要組成部分，與地球的氣候和生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)。云的形成和降水的發(fā)生過程非常復(fù)雜，涉及大氣中的水汽、溫度、氣壓、風(fēng)等多種因素。不同類型的云和降水會(huì)對(duì)地面的溫度、濕度、光照等產(chǎn)生不同的影響，進(jìn)而影響人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)。光照和輻射太陽(yáng)輻射太陽(yáng)輻射是地球表面能量的主要來源。太陽(yáng)輻射分為直射輻射和散射輻射。光合作用光照對(duì)植物的光合作用至關(guān)重要，影響著植物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量。熱量平衡地表吸收和反射太陽(yáng)輻射，影響著地表溫度和熱量平衡。大氣環(huán)流1大氣環(huán)流定義大氣環(huán)流是指全球范圍內(nèi)的大氣運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，它將熱量和水分從赤道地區(qū)輸送到兩極，并影響著全球的氣候。2主要環(huán)流系統(tǒng)地球上有三大主要環(huán)流系統(tǒng)：哈德利環(huán)流、費(fèi)雷爾環(huán)流和極地環(huán)流，它們相互作用，驅(qū)動(dòng)著全球的大氣運(yùn)動(dòng)。3環(huán)流的影響大氣環(huán)流對(duì)全球的氣候、降水、氣溫、風(fēng)力等都具有重要的影響，是研究天氣和氣候變化的基礎(chǔ)。熱帶天氣系統(tǒng)熱帶氣旋熱帶氣旋是熱帶地區(qū)的一種強(qiáng)烈的風(fēng)暴系統(tǒng)。其特征是低氣壓中心，周圍有螺旋狀的強(qiáng)風(fēng)和降雨。臺(tái)風(fēng)臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在西北太平洋的熱帶氣旋，通常在夏季和秋季形成，并可能造成巨大的破壞。颶風(fēng)颶風(fēng)是發(fā)生在北大西洋和東北太平洋的熱帶氣旋，通常在夏季和秋季形成，并可能造成巨大的破壞。熱帶低氣壓熱帶低氣壓是比熱帶氣旋強(qiáng)度更弱的風(fēng)暴系統(tǒng)，但仍然可能帶來強(qiáng)降雨和強(qiáng)風(fēng)。中緯度天氣系統(tǒng)鋒面系統(tǒng)中緯度地區(qū)主要受鋒面系統(tǒng)影響，冷鋒、暖鋒和靜止鋒常造成降水和氣溫變化。氣旋和反氣旋氣旋和反氣旋是中緯度天氣系統(tǒng)的重要組成部分，氣旋常帶來降水和多云天氣，反氣旋則帶來晴朗干燥天氣。山地氣象海拔的影響山區(qū)海拔較高，氣溫、氣壓和濕度等氣象要素都有明顯的垂直變化。地形的影響山地地形復(fù)雜，對(duì)風(fēng)向、風(fēng)速、降水量等氣象要素的影響很大。特殊天氣現(xiàn)象山區(qū)常出現(xiàn)云海、霧凇、冰雹等特殊天氣現(xiàn)象，對(duì)人類活動(dòng)有較大影響。城市氣象1城市熱島效應(yīng)城市建筑和道路吸收熱量，導(dǎo)致城市氣溫比郊區(qū)更高。2城市風(fēng)高樓大廈改變風(fēng)向，城市風(fēng)速通常比郊區(qū)更低。3城市降水城市熱島效應(yīng)會(huì)增加城市降水量，但城市污染也可能抑制降水。4城市霧霾城市污染物和氣象條件結(jié)合，容易導(dǎo)致霧霾天氣的形成。季風(fēng)氣候季風(fēng)形成季風(fēng)是由于陸地和海洋熱容量差異形成的。夏季，陸地比海洋升溫快，氣壓低，形成低壓區(qū)。海洋比陸地升溫慢，氣壓高，形成高壓區(qū)。海洋氣流流向陸地，形成夏季風(fēng)。季風(fēng)影響季風(fēng)對(duì)全球氣候和生態(tài)系統(tǒng)有重要影響。亞洲季風(fēng)帶來豐富降水，滋養(yǎng)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。南美洲季風(fēng)帶來雨季和旱季，影響生物多樣性。氣候變化全球氣溫上升地球表面溫度不斷升高，導(dǎo)致冰川融化，海平面上升，極端天氣事件增多。氣候模式改變降雨量和降雪量發(fā)生變化，干旱和洪澇災(zāi)害加劇，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源利用。生物多樣性受損氣候變化導(dǎo)致動(dòng)植物物種滅絕，生態(tài)系統(tǒng)失衡，影響人類的生存環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。氣象觀測(cè)和監(jiān)測(cè)1地面觀測(cè)氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向等2高空觀測(cè)探空儀測(cè)量溫度、濕度、氣壓等3衛(wèi)星遙感觀測(cè)云層、降水、溫度等4雷達(dá)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)降水、雷暴、風(fēng)切變等氣象觀測(cè)和監(jiān)測(cè)是獲取氣象數(shù)據(jù)的重要手段，為天氣預(yù)報(bào)、氣候研究、災(zāi)害預(yù)警等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。天氣預(yù)報(bào)技術(shù)數(shù)據(jù)收集和處理氣象觀測(cè)站、氣象衛(wèi)星、雷達(dá)等收集天氣數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)校準(zhǔn)、質(zhì)量控制和分析處理。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)利用數(shù)學(xué)模型模擬大氣運(yùn)動(dòng)，生成未來天氣預(yù)測(cè)，涵蓋溫度、降水、風(fēng)速等要素。統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法基于歷史天氣數(shù)據(jù)，分析天氣模式，預(yù)測(cè)未來天氣情況，適用于短期預(yù)報(bào)。集合預(yù)報(bào)技術(shù)運(yùn)行多個(gè)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型，生成多套預(yù)報(bào)結(jié)果，評(píng)估預(yù)報(bào)的不確定性。預(yù)報(bào)產(chǎn)品發(fā)布將天氣預(yù)報(bào)結(jié)果轉(zhuǎn)化為文本、圖形、地圖等形式，發(fā)布給公眾和相關(guān)部門。天氣預(yù)報(bào)應(yīng)用災(zāi)害預(yù)警天氣預(yù)報(bào)提供重要信息，例如洪水、暴風(fēng)雨和干旱，幫助人們做好準(zhǔn)備和采取預(yù)防措施，減少損失。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)農(nóng)民使用天氣預(yù)報(bào)來優(yōu)化播種時(shí)間、灌溉和收割，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效和穩(wěn)定。航空運(yùn)輸飛行員利用天氣預(yù)報(bào)了解風(fēng)向、能見度和云層狀況，確保飛行安全和效率。旅游休閑旅行者參考天氣預(yù)報(bào)選擇最佳出行時(shí)間，計(jì)劃行程，避免惡劣天氣影響旅行體驗(yàn)。氣象數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)收集包括氣象站、雷達(dá)、衛(wèi)星等多種觀測(cè)手段。數(shù)據(jù)分析利用統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)可視化將數(shù)據(jù)以圖表、地圖等形式呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理建立數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。氣象分析方法11.數(shù)據(jù)可視化使用圖表和地圖，分析氣象數(shù)據(jù)，顯示氣象要素的時(shí)空分布，發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)和模式。22.統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法，計(jì)算氣象數(shù)據(jù)，分析氣象要素之間的關(guān)系，以及氣象事件的發(fā)生概率。33.數(shù)值模擬利用數(shù)值模型，模擬大氣運(yùn)動(dòng)過程，預(yù)測(cè)未來天氣變化，評(píng)估氣候變化的影響。44.物理分析運(yùn)用物理定律和原理，解釋氣象現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制，探索大氣變化的規(guī)律。氣象模型數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型模擬大氣運(yùn)動(dòng)和天氣變化，提供未來天氣預(yù)報(bào)。氣候模型研究地球氣候系統(tǒng)長(zhǎng)期變化，預(yù)測(cè)未來氣候變化趨勢(shì)。風(fēng)能模型模擬風(fēng)能資源分布，預(yù)測(cè)風(fēng)能發(fā)電潛力。氣象災(zāi)害預(yù)警氣象災(zāi)害預(yù)警是利用氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)結(jié)果，提前發(fā)出預(yù)警信息，以減少災(zāi)害損失的預(yù)警系統(tǒng)。1預(yù)警發(fā)布通過電視、廣播、手機(jī)短信、網(wǎng)站等渠道發(fā)布預(yù)警信息。2預(yù)警評(píng)估評(píng)估潛在災(zāi)害的影響和風(fēng)險(xiǎn)程度。3預(yù)警監(jiān)測(cè)利用氣象監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)天氣情況。4預(yù)警預(yù)測(cè)利用氣象模型和數(shù)據(jù)分析預(yù)測(cè)未來天氣情況。5預(yù)警信息收集收集氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)信息。氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)可以幫助人們及時(shí)了解天氣變化，采取相應(yīng)的防范措施，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。氣象服務(wù)天氣預(yù)報(bào)提供準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)，幫助人們做好出行、生產(chǎn)和生活準(zhǔn)備。氣象災(zāi)害預(yù)警及時(shí)發(fā)布?xì)庀鬄?zāi)害預(yù)警信息，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的氣象信息，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。航空氣象服務(wù)提供航空飛行所需的實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，確保飛行安全。氣象儀器和設(shè)備自動(dòng)氣象站自動(dòng)氣象站可以收集風(fēng)速、氣溫、濕度等數(shù)據(jù)，并自動(dòng)傳輸?shù)街醒敕?wù)器，方便科學(xué)家進(jìn)行分析。氣象氣球氣象氣球可以將探測(cè)器帶到高空，測(cè)量氣壓、氣溫、濕度等數(shù)據(jù)，幫助我們了解大氣層結(jié)構(gòu)。天氣雷達(dá)雷達(dá)可以探測(cè)降水量、風(fēng)速、風(fēng)向等，提供更準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)信息，幫助人們提前做好防災(zāi)準(zhǔn)備。氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星可以監(jiān)測(cè)全球范圍的天氣變化，幫助科學(xué)家更全面地了解大氣環(huán)流和氣候變化。野外實(shí)習(xí)和實(shí)踐1實(shí)地觀測(cè)氣象要素2天氣現(xiàn)象記錄分析3現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)氣象儀器4團(tuán)隊(duì)合作實(shí)踐技能野外實(shí)習(xí)是理論學(xué)習(xí)的實(shí)踐補(bǔ)充。學(xué)生可以學(xué)習(xí)如何使用氣象儀器，進(jìn)行氣象觀測(cè)，記錄并分析天氣現(xiàn)象。這些實(shí)踐活動(dòng)有助于學(xué)生更深入地理解氣象學(xué)原理，提升實(shí)際應(yīng)用能力，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。課程作業(yè)和考核作業(yè)形式作業(yè)形式包括課堂練習(xí)、課后作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和文獻(xiàn)綜述等。課堂練習(xí)考察學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和運(yùn)用能力。課后作業(yè)鼓勵(lì)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和拓展相關(guān)知識(shí)?？己朔绞娇己朔绞街饕ㄆ綍r(shí)成績(jī)和期末考試。平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的30%，包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。期末考試占總成績(jī)的70%，考察學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握程度。課程總結(jié)和展望北方秋季山區(qū)秋季是學(xué)習(xí)氣象學(xué)的好時(shí)機(jī)，可以觀察到各種天氣現(xiàn)象，比如霜凍和降雪。南方夏季雷雨天氣夏季是學(xué)習(xí)氣象學(xué)的另一個(gè)好時(shí)機(jī)，可以觀