气象学与气候学 - 第一章 绪论.ppt

气候学 气象学与气候学 王志福 南京信息工程大学 大气科学学院 zfwang@nuist.edu.cn 课程简介 课时安排 总学时：32学时（1-16周） 讲授为主 考核方式 平时成绩（书面作业、出勤） 期末考试 课程主要内容 第一章 绪论 第二章 大气的热能 第三章 大气中的水 第四章 大气的运动 第五章 气候的形成 第六章 气候变化 气象学与气候学 第一章 绪论 1、气象学的概念 气象学(meteorology) — 专门研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，并直接或间接用之于指导生产实践为人类服务的科学。 2、气候学的概念 气候的定义：在太阳辐射和气候系统各子系统相互作用下，某一区域在某一特定时段内大量天气过程的综合。这种天气综合不仅包括该地经常发生的天气状况，也包括特殊年份偶然出现的极端天气状况。 天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气现象（风、云、雨、雪、干、湿、雷、电等）及其状态（温度、压强、湿度、密度等）的综合。 世界1月海平面气温（摄氏度）的分布 过去157年来地球表面平均气温变化 3、天气与气候的联系和区别 两者存在统计联系 气候是大量天气过程的综合 包含天气平均状态和极端状态 区别： 时间尺度 变化特点 影响因子 4、发展简史 1）萌芽时期：公元16世纪中叶以前 零星的、局部的气象观测 感性认识和经验形成阶段，以文献记录和现象描述为主 我国曾居于世界领先 殷代： 风、云、雨、雪等文字记录 春秋战国：“二十四节气” 气象观测仪器 古希腊 4、发展简史 2）发展初期：16世纪中叶到19世纪末 观测方面：气象仪器的发明、建立地面气象观测站和观测网，开始气象要素的观测和积累 4、发展简史 理论研究方面：气象学和气候学由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段，逐渐发展为独立的学科 4、发展简史 3）发展时期：20世纪以来 早期：20世纪前五十年 观测方面： 地面观测内容更加丰富和精确，观测站网扩大 气象观测从地面向高空发展 1928年苏联莫尔恰诺夫发明无线电探空仪 4、发展简史 理论研究方面： 锋面气旋学说 长波理论 降雨学说 创立了气候型的概念、几种气候分类法、出版了五卷《气候学手册》 Walker提出三大涛动概念，把大气活动中心和世界气候联系起来 （NAO，NPO，SO） 4、发展简史 近期：20世纪中叶以后 观测方面： 先进的观测技术 常规气象观测网的加密 开展大规模的综合观测试验 全球监测系统 GEWEX观测区域示意 4、发展简史 理论研究方面： 建立数值模式，进行定量数值模拟试验，使气象学、气候学进入试验科学阶段，进行数值模拟和预测 气候学领域中的科学革命 国际上召开了一系列气候学术会议、提出了气候系统的概念和世界气候计划（WCP）、成立了政府间气候变化专业委员会（IPCC）、提出了《世界气候框架公约》 气候学术会议 气候学术会议（续） 4、发展简史 我国气象事业发展 观测方面 50年代：开始大规模建立气象观测网 70年代：开始建立天气雷达网 1979年：实施中国青藏高原气象科学试验 1985年：建立中国南极长城站气象站 　　　 开展大规模野外综合试验 4、发展简史 理论研究方面 1961年：曾庆存提出半隐式差分格式求解大气运动原始方程组 1965年：开始数值天气预报业务等等 我国气象学、气候学的奠基人竺可桢 《物候学》 1972年，《中国近五千年气候变迁的初步研究》 1987年成立了国家气候委员会、组织编写了国家气候蓝皮书、制定了国家气候研究计划 1、气候系统的概念 气候系统是由大气圈、水圈、陆地表面（岩石圈）、冰雪圈和生物圈等组成的，能够决定气候形成、气候分布和气候变化的统一的物理系统。 五个组成部分： 大气圈 (atmosphere) 、 水　圈 (hydrosphere)（海洋） 岩石圈 (lithosphere) （陆地表面） 冰雪圈 (cryosphere) 生物圈 (biosphere) 系统内部的能量形式与物理过程 能量： 辐射能、热能、位能、动能、化学能、电磁能等 过程： 动力过程、热力过程、能量的转换、物理量的输送等 反馈： 各种因子的相互作用和反馈 2、气候系统各子系统的特征 （1）大气圈 1）组成：干洁空气、水汽、固态和液态微粒（气溶胶粒子） 2）水平尺度与垂直尺度：106m / 104m 3）动力、热力性质： 热惯性小：其热力响应时间约为1个月 输送作用强：热量、水汽、动量、气溶胶、CO2、O3等 动力作用活跃：水平运动和垂直对流，形成各种天气现象 大气的气体组成成分 H2O是大气中唯一具有三态的气体，在大气中的含量不定 臭氧浓度随高度的分布 温室效应（Greenhouse Effect） 大气的保温效应（温室效应） 大气