氣候系統(tǒng)課件

全球氣候系統(tǒng)

南京信息工程大學(xué)

繆啟龍教授

第一章氣候系統(tǒng)一、氣候的定義狹義上：氣候通常被定義為“天氣的平均狀態(tài)”嚴(yán)格表述為：“某地在某一時段內(nèi)氣候要素的平均值和變率的統(tǒng)計描述”天氣是指在短時間內(nèi)（1-3天左右）發(fā)生的天氣現(xiàn)象，如暴雨，大風(fēng)，雷暴，高溫等第一章氣候系統(tǒng)一、氣候的定義第一章氣候系統(tǒng)二、氣候系統(tǒng)通常定義為由大氣、海洋、冰雪圈、巖石圈和生物圈等組成的相互作用的整體。

因為氣候系統(tǒng)有連續(xù)的外界能量輸入，且其各個組成部份之間通過物質(zhì)和能量交換緊密地相互聯(lián)系和影響著，所以系統(tǒng)是一個非線性的開放系統(tǒng)。第一章氣候系統(tǒng)二、氣候系統(tǒng)通常定義為第一章氣候系統(tǒng)氣候系統(tǒng)的組成

大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈內(nèi)部及其之間普遍存在著能量、動量和物質(zhì)的輸送與交換過程。正是由于這些子系統(tǒng)之間復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物作用，才形成了氣候系統(tǒng)行為的多樣性和復(fù)雜性?？刂茪夂蛳到y(tǒng)總體行為的兩個最重要的外強迫因子是源于外空間能量輸入的太陽輻射和源于地球本身的重力作用。地球氣候系統(tǒng)的熱力學(xué)和動力學(xué)狀態(tài)均與這兩個因子有關(guān)。

第一章氣候系統(tǒng)氣候系統(tǒng)的組成第一章氣候系統(tǒng)課件氣候系統(tǒng)不斷地隨時間演變（漸變與突變），而且具有不同時空尺度的氣候變化與變率（月、季節(jié)、年際、年代際、百年尺度等氣候變率與振蕩）。第一章氣候系統(tǒng)課件第一章氣候系統(tǒng)三、各個子系統(tǒng)1、大氣系統(tǒng)是包圍地球的一層氣體，與地球的在固體部分相比，大氣系統(tǒng)僅為地球半徑的0.5%厚的淺薄氣體。但它是人類賴以生存的最重要的環(huán)境，是氣候系統(tǒng)的主體部分，也是氣候系統(tǒng)中最活躍、變化最大的部分。大氣圈主要通過其中大氣成分及輻射收支的變化來影響地球的氣候。

第一章氣候系統(tǒng)三、各個子系統(tǒng)第一章氣候系統(tǒng)2、水圈包括海洋、河流、湖泊和地下水，也應(yīng)包括大氣中的液態(tài)水，在有些工作中將冰雪圈也劃入水圈。水圈也是氣候系統(tǒng)中最活躍的組成之一，

其三相變化的過程是氣候系統(tǒng)最重要的過程之一，它的存在和運動構(gòu)成了地表、空中、水中的形形色色的自然現(xiàn)象，紛紜復(fù)雜的氣候類型，也是生命賴以生存的基本要素。在水系統(tǒng)中海洋對氣候變化的影響最重要。第一章氣候系統(tǒng)2、水圈

在水圈中對氣候影響最大的是海洋。海洋占地球面積的70%左右，它一方面可以儲存與輸送大量的能量，同時還可以溶解與儲存大量的CO2，是全球碳循環(huán)中非常重要的部分。根據(jù)最近的估計海洋每年可以吸收17億噸碳，占化石燃料燃燒和工業(yè)生產(chǎn)排放總量的27%。海洋的環(huán)流比大氣環(huán)流要慢得多，它是由鹽分與溫度梯度產(chǎn)生的密度差（即溫鹽環(huán)流）驅(qū)動的。北大西洋溫鹽環(huán)流是對氣候影響最顯著的一種溫鹽環(huán)流。氣候的突變與這種環(huán)流的突然減弱或關(guān)閉有關(guān)）。

海洋通過洋流把赤道地區(qū)的多余熱量向極地輸送。

它能影響地表能量與水汽通量、云、降水、水文循環(huán)以及大氣與海洋環(huán)流，但最明顯的影響是對海平面高度。因為冰原儲存了大量的水，其體積變化可引起海平面上升。

在水圈中對氣候影響最大的是海洋。海洋占地球面積的海洋有很大的熱慣性，這主要是由于海水的熱容量很大，它一方面可以阻尼或減緩巨大的強溫度變化，起到了地球氣候調(diào)節(jié)器的作用，另一方面，由于它有較長的記憶力（尤其是在熱帶海洋），可以長時期內(nèi)通過海氣相互作用影響大氣的變化，成為自然氣候變率的源。這就是為什么在目前設(shè)計的各種復(fù)雜氣候模式與碳循環(huán)模式中必須把海洋包括在內(nèi)。在赤道東太平洋中發(fā)生的厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象（即該區(qū)域海表溫度迅速升高或減少的現(xiàn)象）是由海洋產(chǎn)生的最顯著的自然變率，它已成為目前各國進(jìn)行年際預(yù)報和季節(jié)預(yù)報的最重要氣候強信號。海洋有很大的熱慣性，這主要是由于海水的熱容量很大，它一方面可第一章氣候系統(tǒng)課件第一章氣候系統(tǒng)3、冰雪圈

指全球的冰體和積雪，是氣候寒冷的產(chǎn)物；由極地冰原、季節(jié)性雪蓋、海冰、高山冰川和永凍層組成。無論海冰還是陸冰對氣候也產(chǎn)生很大影響；影響地表輻射平衡和熱量平衡。目前冰川對海平面變化最直接的作用是通過高山冰川的融化與冰架邊緣地區(qū)的融化實現(xiàn)的。據(jù)估計，近百年海平面上升的約一半高度是冰川融化的結(jié)果。第一章氣候系統(tǒng)3、冰雪圈第一章氣候系統(tǒng)4、巖石圈，即地球表層固體的殼體，包括大陸的陸塊，即山體、地表巖石、沉積和土壤，也包括海洋底部形態(tài)。巖石圈與氣候變化最密切相關(guān)的部分是地殼、地幔和陸面的結(jié)構(gòu)。它們可通過改變天氣的化學(xué)成分影響地球的氣候。這種現(xiàn)象被稱為氣候變化的地質(zhì)構(gòu)造原因。

時間尺度是氣候系統(tǒng)的所有組成中最長的，約為105~106年以上；影響主要表現(xiàn)在地形的動力作用、地表熱力特性的差異及陸面水分循環(huán)。第一章氣候系統(tǒng)4、巖石圈，陸面的結(jié)構(gòu)或其粗糙度在風(fēng)吹過陸面的時候也可從動力學(xué)上影響大氣。粗糙度一般決定于地形和植被條件。風(fēng)也把沙塵從地表吹到大氣中去，從而影響區(qū)域大氣輻射收支。沙塵暴的發(fā)生就是一個最明顯的例子。

陸面的結(jié)構(gòu)或其粗糙度在風(fēng)吹過陸面的時候也可從動力第一章氣候系統(tǒng)5、生物圈，也稱為生物系統(tǒng)是大氣中、陸地上、海洋中的植物和動物，也包括人類本身生物圈與氣候是休戚相關(guān)的，影響較大的是世界范圍的植被，植被既是氣候的產(chǎn)物，反過來又對氣候產(chǎn)生影響。主要是影響能量平衡和水分平衡生物圈在碳循環(huán)中起著中心作用。陸地生物群也是氣候系統(tǒng)中的一個重要部分，其功能很多。例如陸地植被類型影響蒸發(fā)到大氣的水分以及太陽輻射的吸收或反射。植被根部的狀況與活動也對碳與水儲存以及陸氣通量有重要作用。葉面指數(shù)是描述植物群冠作用的一個重要指數(shù)，它與全球和區(qū)域氣候變化有密切的關(guān)聯(lián)。陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性影響關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)過程的量級（如生產(chǎn)力），對生態(tài)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性有重要作用。第一章氣候系統(tǒng)5、生物圈，也稱為生物系統(tǒng)排放徑流氣溶膠降雨感熱潛熱交換干濕沉降pH調(diào)節(jié)氧化化學(xué)冰輻射海鹽質(zhì)點氣體交換營養(yǎng)物浮游植物細(xì)菌浮游動物病菌光化學(xué)溶解有機物排放徑流氣溶膠降雨感熱潛熱交換干濕沉降pH調(diào)節(jié)氧化化學(xué)冰輻射第一章氣候系統(tǒng)氣候系統(tǒng)的物理、化學(xué)過程

四、氣候系統(tǒng)的物理、化學(xué)過程1、大氣熱機運轉(zhuǎn)

2、氣候系統(tǒng)中存在著各種時、空尺度的物理、化學(xué)過程。3、大尺度天氣系統(tǒng)的第一近似可視為絕熱系統(tǒng)，而氣候系統(tǒng)則必須考慮非絕熱加熱。即外源強迫作用對氣候系統(tǒng)顯得更重要。

4、物理、化學(xué)過程主要有輻射過程、云過程、陸面過程、海洋過程、冰雪圈過程、氣溶膠過程、二氧化碳過程及生物過程等等。第一章氣候系統(tǒng)氣候系統(tǒng)的物理、化學(xué)過程四、氣五、氣候系統(tǒng)的基本特性1、氣候系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、高度非線性的、開放的巨系統(tǒng)地球氣候系統(tǒng)是一個非常龐大的系統(tǒng)，它包括了若干個子系統(tǒng)。而且這些子系統(tǒng)又可被分解成許多個更小的二級子系統(tǒng)，它們都是復(fù)雜的多級結(jié)構(gòu)。地球系統(tǒng)與外空間的物質(zhì)交換是微乎其微的，在這個意義上氣候系統(tǒng)可視為一個封閉系統(tǒng)。氣候系統(tǒng)與外空間有能量的交換：吸收太陽輻射的同時向外空間放射長波輻射以求得輻射能量的平衡，從熱力學(xué)的觀點來看，氣候系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)。對于其子系統(tǒng)，如大氣、海洋和生物圈等等也都是開放系統(tǒng)。在開放的氣候系統(tǒng)中，既有能量的不斷耗散，又有一些穩(wěn)定的周期性的變化，還具有某些隨機擾動系統(tǒng)的性質(zhì)。五、氣候系統(tǒng)的基本特性1、氣候系統(tǒng)是一個復(fù)雜的、高度非2、氣候系統(tǒng)的復(fù)雜性

無論從描述氣候系統(tǒng)的物理量空間分布和時間變化，還是從氣候系統(tǒng)中發(fā)生的過程類型，氣候系統(tǒng)都是非常復(fù)雜的。氣候系統(tǒng)的復(fù)雜性也是氣候?qū)W常勝不衰的原因之一。

氣候要素的空間分布，從氣候系統(tǒng)的低層到高層，從極地到赤道，從海洋到陸地，……氣候要素呈現(xiàn)出各種各樣的復(fù)雜變化。

氣候系統(tǒng)隨時間演變看，復(fù)雜性表現(xiàn)得更為突出：既有規(guī)則的周期性變化，如日變化和年變化等，還有比較規(guī)則的準(zhǔn)周期性變化，如準(zhǔn)兩年振蕩等，也有看似隨機的不規(guī)則變化；既有緩慢的趨勢變化，如近百年增暖，又有急劇的突變，如大氣環(huán)流的突變、近千年來和近百年來的氣候突變；2、氣候系統(tǒng)的復(fù)雜性

從氣候系統(tǒng)中發(fā)生的重要過程的類型來看，氣候系統(tǒng)表現(xiàn)得如此復(fù)雜是必然的。這些過程正是氣候系統(tǒng)各組成部份之間相互作用和相互影響的具體表現(xiàn)，也是氣候系統(tǒng)表現(xiàn)出高度非線性的根本原因。氣候系統(tǒng)中的重要過程按過程類型有三大類：物理過程、化學(xué)過程、生物過程等。從氣候系統(tǒng)中發(fā)生的重要過程的類型來看，氣候系

輻射傳輸和熱量輸送，云輻射過程，陸面、海洋和冰雪圈過程，水分、碳、硫等重要物理過程，臭氧及其光化學(xué)過程，氣溶膠過程以及重要的生物過程；即使對于這些過程中的某一個，甚至某個過程中的某些環(huán)節(jié)都是極其復(fù)雜的。這些過程的復(fù)雜性意味著用單純的統(tǒng)計方法進(jìn)行氣候形成與變化的研究是有很大的局限性的。輻射傳輸和熱量輸送，云輻射過程，陸面、海洋3、各個氣候子系統(tǒng)之間顯著的熱力學(xué)和動力學(xué)屬性差異

地球氣候系統(tǒng)的行為之所以表現(xiàn)得如此復(fù)雜多樣，一個重要的原因是組成氣候系統(tǒng)的各部分之間熱力學(xué)和動力學(xué)屬性有著非常顯著的差異。

3、各個氣候子系統(tǒng)之間顯著的熱力學(xué)和動力學(xué)屬性差異氣候系統(tǒng)各組成部分的熱力學(xué)和動力學(xué)屬性差異氣候系統(tǒng)各組成部分的熱力學(xué)和動力學(xué)屬性差異空氣具有最小的密度、比熱容、熱容量、熱傳導(dǎo)和熱傳導(dǎo)能力，最大的熱擴散率和穿透深度。水具有較大的密度、最大的比熱容、熱容量和較大的熱傳導(dǎo)能力，最小的穿透深度。熱擴散率和熱傳導(dǎo)能力是對于靜態(tài)的空氣和水而言的，對于運動著的空氣和水來說，其熱擴散率和熱傳導(dǎo)能力分別要比表中數(shù)字大4個和2個量級以上；冰雪圈的密度和熱容量比水要小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比空氣大，具有最大的反射率；土壤（粘土為例）具有最大的密度、最小的比熱容和較小的穿透深度，其熱傳導(dǎo)率和熱傳導(dǎo)能力不到水的一半?？諝饩哂凶钚〉拿芏?、比熱容、熱容量、熱傳導(dǎo)和熱傳導(dǎo)能力，最大4、氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性

氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性無疑是氣候系統(tǒng)演變的重要性質(zhì)。氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要受兩個因素的制約，一個是能量收支的外部因素，一個是氣候系統(tǒng)內(nèi)部的性質(zhì)。4、氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性氣候系統(tǒng)的穩(wěn)定性無5、氣候系統(tǒng)的反饋過程

設(shè)兩個子系統(tǒng)A、B組成的系統(tǒng)，A的輸出增量加強了B的輸出增量，B的輸出增量進(jìn)一步又引發(fā)A的輸出增量增加，這樣循環(huán)往復(fù)，使整個系統(tǒng)不斷偏離穩(wěn)定態(tài)，這種A與B的相互作用稱為正反饋機制。反之，若A的輸出增量抑制了B的輸出增量，減弱了的B輸出增量使A的輸出增量又進(jìn)一步降低，這種A與B的相互作用稱為負(fù)反饋機制。正反饋機制將使氣候系統(tǒng)變得失去控制而不穩(wěn)定，使氣候出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，大氣中存在負(fù)反饋作用，當(dāng)大氣中出現(xiàn)某一異常時，很快就能調(diào)整到新的平衡狀態(tài)，使氣候處于一種相對的穩(wěn)定態(tài)之中，可見氣候的不穩(wěn)定性是由氣候系統(tǒng)內(nèi)部的正反饋機制控制著，而氣候的穩(wěn)定性則是由氣候系統(tǒng)內(nèi)部的負(fù)反饋機制調(diào)節(jié)并維持的。氣候的歷史演變表明正、負(fù)反饋機制在氣候系統(tǒng)中同時存在使氣候系統(tǒng)總保持某種相對穩(wěn)定狀態(tài)。5、氣候系統(tǒng)的反饋過程設(shè)兩個子系統(tǒng)A、B氣候系統(tǒng)的反饋過程氣候系統(tǒng)中的反饋機制對氣候變化具有很重要的意義。弄清反饋過程的物理機制，在氣候變化研究中是一個極為重要的問題，正反饋過程有(1)冰雪面－反射率－溫度；(2)水汽含量—紅外逸出輻射－溫度；(3)CO2－海溫；(4)高云(或云頂高度)－逸出輻射－溫度；(5)植物－反射率－穩(wěn)定度等等。負(fù)反饋過程有(1)(中低)云量多－太陽輻射少－穩(wěn)定度大－云量少；(2)蒸發(fā)量大－水面溫度低－蒸發(fā)?。?3)赤道、極地溫差大－熱量輸送大－赤道、極地溫差小等等。氣候系統(tǒng)的反饋過程氣候系統(tǒng)中的反饋機制對氣候變化具有很重要的6、敏感性

敏感因子的定義為：控制氣候系統(tǒng)的外參數(shù)的改變所引起的氣候變量(如溫度)的相應(yīng)改變量，即，為外參數(shù)。6、敏感性敏感因子的定義為：控制氣候系

氣候敏感性既依賴于施加于氣候系統(tǒng)的強迫作用類型及其地理和垂直分布，又取決于反饋過程的強度。由于反饋過程與平均氣候態(tài)有關(guān)，因而也取決于平均氣候態(tài)。氣候敏感性涉及的關(guān)鍵物理過程有水汽，大氣遞減率，地面反照率（主要由冰、雪范圍變化引起）和云反饋。近幾十年氣候模式有了明顯的改進(jìn)，尤其是對云、邊界層和對流等參數(shù)化過程。在此基礎(chǔ)上對平衡氣候敏感性也進(jìn)行了許多試驗。有些模式顯示，由于云參數(shù)化或云—輻射特性表征的改進(jìn)，使氣候敏感性有改變。但大多數(shù)模式中氣候敏感性的變化并不能歸因于模式中某一具體物理因子處理上的改變。這是因為模式中物理因子參數(shù)化的變化是非線性相互作用的，A與B因子之和并不等于A+B的變化。另外，個別變化的全球效應(yīng)大致相互抵消。因而這使得，氣候模式及其關(guān)鍵物理過程的參數(shù)化及其可能表征有明顯改進(jìn)，但氣候敏感性并不表現(xiàn)出很大的變化。下面給出的不同年代氣候敏感性值及其變化范圍清楚地印證了這一點。氣候敏感性既依賴于施加于氣候系統(tǒng)的強迫作用類型及其地理7、氣候系統(tǒng)的可預(yù)報性氣候預(yù)報問題分為兩類：第一類是與時間有關(guān)的，這就是通常意義下的預(yù)報問題，即未來某一具體時間的氣候狀況的預(yù)報；第二類與時間無關(guān)，僅討論某一因素產(chǎn)生某種變化，將使氣候產(chǎn)生什么樣的變化，至于這一因素的變化在何時發(fā)生并不關(guān)心。因此第二類預(yù)報問題實質(zhì)上是氣候系統(tǒng)的適應(yīng)問題。7、氣候系統(tǒng)的可預(yù)報性氣候預(yù)報問題分為兩類：一類是外力，即獨立于氣候系統(tǒng)之外，不受氣候系統(tǒng)的反饋作用的“力”。它又可分為周期性外力和非周期性外力兩種，前者如太陽輻射的日、年變化，米氏周期，銀河周期，后者如火山爆發(fā)、地震等。對短期氣候變化來說，深層海溫和深層地溫也是一種非周期的外力。第二類是內(nèi)力，一種是系統(tǒng)內(nèi)部各因子之間相互耦合而成的自持振蕩(如地－氣耦合、南方濤動等)。另一種是隨機性內(nèi)部因子。一類是外力，即獨立于氣候系統(tǒng)之外，不受氣候系統(tǒng)的反饋作用的“第一章氣候系統(tǒng)課件六、氣候系統(tǒng)的研究

氣候系統(tǒng)研究的最終目的仍然是要研究大氣運動的統(tǒng)計特征，即氣候問題。只是考慮氣候特征、氣候變化的影響因素不僅僅局限在大氣系統(tǒng)，因為氣候過程是一個非絕熱過程，需要考慮地球及其表層的各種因素的可能影響。即以氣候系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)來研究氣候的形成、變化及預(yù)測問題。六、氣候系統(tǒng)的研究

王紹武（2019）把氣候系統(tǒng)的研究內(nèi)容總結(jié)為五個方面：1、氣候監(jiān)測這是20世紀(jì)70年代提以來的一個名詞。其意義是對整個氣候系統(tǒng)進(jìn)行全面的觀測，以便及時發(fā)現(xiàn)氣候系統(tǒng)狀況的任何值得注意的變化。所以，氣候監(jiān)測是氣候系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)。

1）．大氣常規(guī)觀測從19世紀(jì)后期直到20世紀(jì)30年代，世界范圍的氣候觀測僅限于地面氣溫、降水量及氣壓。1978年以來有了衛(wèi)星觀測，這是一個覆蓋最完整分辨率最均勻的序列，并且包括南北兩個半球。但是，直到最近才建立了全球降水量的格點序列，而且主要限于全球陸地。因為這3種要素觀測序列長，而且是反映氣候狀況的基本量。所以，至今仍是氣候監(jiān)測的最主要內(nèi)容。20世紀(jì)30年代之后，逐漸有了高空探測。前蘇聯(lián)曾率先繪制了l930年代500hPa高度周期平均圖。隨后一些其他國家也先后繪制一些局部區(qū)域的高空圖。中國的北半球500hPa高度月平均圖序列開始于1951年，比較完整，南部達(dá)10°N。從第二次國際地球物理年(1957～1958年)開始，西柏林自由大學(xué)氣象研究所繪制出版了一系列平流層環(huán)流圖，對推動平流層的研究作出了巨大貢獻(xiàn)。目前NCAR（美國國家大氣研究中心）等單位初步完成了1958年以來的再分析資料，包括各等壓面層的高度、溫度、風(fēng)以及地面的氣溫、降水量的格點資料。由于是逐日資料，不僅對氣候?qū)W，對天氣學(xué)與數(shù)值天氣預(yù)報等均有重要意義。1）．大氣常規(guī)觀測從19世紀(jì)后2）．海洋及系統(tǒng)其他成員的常規(guī)觀測要對全球氣候系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，海洋是一個重要組成部分。但至今資料最豐富的還是海面溫度(SST)，過去SST主要靠商船觀測。CODAS資料庫收集了l850年以來的資料，但1949年之前，特別在20世紀(jì)末之前，資料覆蓋面很小。目前，由于衛(wèi)星觀測精度的提高，已經(jīng)可以提供SST的格點資料。但與船舶觀測還有一定差異，所以多用混合資料繪制SST的距平圖。當(dāng)然，海洋觀測不只是海面溫度，還有鹽度、洋流及深海海溫等。但大部分均無系統(tǒng)觀測資料，只是近年來才給出赤道太平洋混合層深度（用20℃等溫線的深度表示）及800m深至海面的溫度距平。日本在西太平沿137°E的經(jīng)向剖面也積累了系統(tǒng)的觀測資料。但從全球角度看，對鹽度及深海海溫還缺少系統(tǒng)的長期觀測。2）．海洋及系統(tǒng)其他成員的常規(guī)觀測要對全球氣候系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)

雪蓋與海冰面積觀測是對冰雪圈監(jiān)測的主要內(nèi)容。在衛(wèi)星觀測系統(tǒng)建立之前，除了個別站有局地雪蓋觀測之外，只有前蘇聯(lián)有目測海冰序列，它開始于1924年。日前在美國科羅拉多大學(xué)與美國國家海洋大氣管理局聯(lián)合，設(shè)立了全球冰雪分析中心，公布每周及月平均南北半球誨冰及雪蓋面積，雪蓋序列從l966年開始，海冰序列從1974年開始。加拿大科學(xué)家已經(jīng)重建了20世紀(jì)以來的雪蓋資料。雪蓋與海冰面積觀測是對冰雪圈監(jiān)測的主

過去土壤溫度及濕度的大范圍觀測資料很少。近來巳經(jīng)開始有了比較系統(tǒng)的資料，全球植被也由于有衛(wèi)星觀測，而有了高分辨率資料，這些為氣候系統(tǒng)模式提供了重要的基礎(chǔ)。

3）．非常規(guī)觀測除了以上所列舉的常規(guī)觀測之外，目前還進(jìn)行許多特殊觀測，對監(jiān)測氣候系統(tǒng)的變化有非常重要的意義。太陽常數(shù)觀測就是一個重要的項目，觀測已經(jīng)表明太陽常數(shù)是變化的，而且與太陽黑子11a周期中的黑子數(shù)成正比。因此，反過來看近百年來以地面為基礎(chǔ)進(jìn)行的太陽常數(shù)觀測，應(yīng)該承認(rèn)還是有一定意義的。特別對世界不同地區(qū)幾十個站的平均，可能減少誤差，并在一定程度上反映太陽常數(shù)真正的變化。不過，目前還缺少衛(wèi)星觀測與地面觀測的詳細(xì)比較。3）．非常規(guī)觀測除了以上所列舉的常規(guī)觀測之外，目前還進(jìn)行

大氣中微量氣體的觀測也是很重要的，冰芯氣泡提供了CO2的長序列。其他微量氣體如甲烷、氯氟碳化物（CFCs）大多數(shù)也建立了相應(yīng)的序列。此外，如平流層氣溶膠觀測對研究火山爆發(fā)的氣候影響很重要，也有了相應(yīng)的衛(wèi)星觀測資料。第一章氣候系統(tǒng)課件2、氣候診斷氣候診斷即根據(jù)氣候監(jiān)側(cè)結(jié)果對氣候變化與氣候異常作出判斷，這是當(dāng)前氣候系統(tǒng)研究中一個十分活躍的領(lǐng)域。氣候診斷的內(nèi)容非常廣泛，（1）氣候異常的診斷（2）氣候變化的診斷（3）氣候異常事件的診斷（4）氣候變化原因的檢測。

2、氣候診斷3、氣候重建利用各種代用資料重建古氣候序列稱為氣候重建。從原則上講這應(yīng)該屬于氣候診斷的范疇。不過我們現(xiàn)在談到氣候診斷，多指根據(jù)現(xiàn)代資料進(jìn)行分析，而古氣候的重建則只能應(yīng)用各種代用資料：（1）樹木年輪；（2）冰芯；（3）孢粉；（4）珊瑚；（5）史料分析。除了以上5種資料來源之外，在研究歷史氣候時，人們還廣泛用冰川遺跡，考古證據(jù)、物候變化資料等。但所有這些代用資料，或者時間分辨率較低，或者無法定量，或者不能重建連續(xù)的序列，因此在氣候重建中不如上述幾種資料使用的多。3、氣候重建4、氣候模擬任何科學(xué)的發(fā)展均離不開理論的指導(dǎo)。但是，對于氣候系統(tǒng)這樣一個龐大而復(fù)雜系統(tǒng)，至今還沒有任何統(tǒng)一的理論能說明其平均狀態(tài)的形成及隨時間的變化。因此，氣候模擬就成為從理論上研究氣候的重要手段。所謂氣候模擬是根據(jù)一定的大氣或海洋動力學(xué)、熱力學(xué)定律，在給定邊界條件下，采用數(shù)值計算的方法研究氣候。早在1950年菲利普斯（PhillIps）采用低緯加熱，高緯冷卻的熱源熱匯．同時考慮地面摩擦．成功地模擬出中緯度的西風(fēng)急流和費雷爾環(huán)流，這是用數(shù)值實驗的方法進(jìn)行氣候模擬的開始。氣候模擬的進(jìn)步，依賴于氣候模式，，按性質(zhì)氣候模式可分為4類模式：（1）能量平衡模式（EBM）；（2）輻射對流模式（RCM）；（3）統(tǒng)計動力模式（SDM）；（4）總環(huán)流模式（GCM）