氣候?qū)W第一章

氣候?qū)W第一章第一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日關(guān)于教材：《氣象與氣候?qū)W》《氣象與氣候?qū)W》第一版于1979年問世，1985年出第二版，1997年第三版。1982年本書第一版獲國家優(yōu)秀教材紀念獎。1988年本書第二版獲國家教委頒發(fā)的優(yōu)秀教材二等獎。周淑貞，女，江蘇南京人，1938年畢業(yè)于中央大學地理系，曾任上海交通大學講師。解放后任上海航務學院副教授，華東師范大學教授?？偣?6學時。重點講授第一章引論的1、2節(jié),第六、七、第八章。2第二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日課時分配計劃第一章

引論，1學時。第二章大氣的熱能和溫度，0學時。第三章大氣中的水分，0學時。第四章大氣的運動，0學時。第五章天氣系統(tǒng)，0學時。第六章氣候的形成，5學時。第七章氣候帶和氣候型，5學時。第八章氣候變化和人類活動對氣候的影響，5學時。安排3次作業(yè)。學習結(jié)束后閉卷考試。3第三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第一節(jié)氣候?qū)W的研究對象、任務和發(fā)展簡史

由于地球的引力作用，地球周圍聚集著一個氣體圈層，構(gòu)成了所謂大氣圈。人類就生活在大氣圈底部的“下墊面”上。大氣圈是人類地理環(huán)境的重要組成部分。強大的太陽輻射是地球上最重要的能源。大氣中所發(fā)生的一切物理（化學）現(xiàn)象和過程，除決定于大氣本身的性質(zhì)外，都直接或間接與太陽輻射和下墊面有關(guān)。這些現(xiàn)象和過程對人類的生活和生產(chǎn)活動關(guān)系至為密切。4第四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日氣象學定義：專門研究大氣現(xiàn)象和過程，探討其演變規(guī)律和變化，并直接或間接用之于指導生產(chǎn)實踐為人類服務的科學?；緝?nèi)容：（1）把大氣當作研究的物質(zhì)客體來探討其特性和狀態(tài)，如大氣的組成、范圍、結(jié)構(gòu)、溫度、濕度、壓強和密度等等；（2）研究導致大氣現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展的能量來源、性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化；（3）研究大氣現(xiàn)象的本質(zhì)，從而能解釋大氣現(xiàn)象，尋求控制其發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律；（4）探討如何應用這些規(guī)律，通過一定的措施，為預測和改善大氣環(huán)境服務（如人工影響天氣、人工降水、消霧、防雹等），使之能更適合于人類的生活和生產(chǎn)的需要。5第五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日氣象學的分支1、專門研究大氣物理性質(zhì)及其變化原理的大氣物理學；2、著重討論天氣現(xiàn)象及其演變規(guī)律，并據(jù)以預報未來天氣變化的天氣學。3、與地理和環(huán)境關(guān)系最密切的氣候?qū)W。其他：應用氣象學、污染氣象學、雷達氣象學...科學分類：自然科學→地球科學→大氣科學北京大學、南京大學、中山大學的氣象系在二十世紀八十年代中期紛紛改稱“大氣科學系”。6第六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日大氣科學的學科分類代碼170地球科學170.15大氣科學170.1510大氣物理學（包括大氣光學、大氣聲學、大氣電學、云霧物理學、邊界層物理學、中層物理學等）170.1515大氣化學170.1520大氣探測（包括大氣遙感）170.1525動力氣象學（包括數(shù)值天氣預報與數(shù)值模擬等）170.1530天氣學170.1535氣候?qū)W170.1540云與降水物理學170.1545應用氣象學170.1599大氣科學其他學科7第七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日天氣和氣候：兩個既有聯(lián)系又有區(qū)別的概念氣候?qū)W研究的對象是地球上的氣候。從時間尺度上講，天氣是指某一地區(qū)在某一瞬間或某一短時間內(nèi)大氣狀態(tài)（如氣溫、濕度、壓強等）和大氣現(xiàn)象（如風、云、霧、降水等）的綜合。天氣過程是大氣中的短期過程。氣候指的是在太陽輻射、大氣環(huán)流、下墊面性質(zhì)和人類活動在長時間相互作用下，在某一時段內(nèi)大量天氣過程的綜合。不僅包括該地多年來經(jīng)常發(fā)生的天氣狀況，而且包括某些年份偶爾出現(xiàn)的極端天氣狀況。8第八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日天氣與氣候的概念差異天氣過程的時間分段一般以5天以下為短期天氣過程，5—10天為中期天氣過程，10天—3個月為長期天氣過程。氣候變化的周期相對于天氣來講是較長的，它的時間變化尺度有季際、年際、十年際、百年際、千年際、萬年際等等。而決定氣候變化的因子不僅是大氣內(nèi)部的種種過程，還決定于發(fā)生在大氣上邊界和下邊界處的各種物理過程和化學過程。9第九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日秦大河報告中的天氣與氣候天氣是指短時間（幾分鐘到幾天）發(fā)生的氣象現(xiàn)象，如雷雨、冰雹、臺風、寒潮、大風等。氣候是指長時期內(nèi)（月、季、年、數(shù)年、數(shù)十年和數(shù)百年等）天氣的平均或統(tǒng)計狀況，通常由某一時段的平均值以及距平均值的離差（距平值）表征，主要反映一個地區(qū)的冷、暖、干、濕等基本特征。10第十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日氣候系統(tǒng)的概念一個完整的氣候系統(tǒng)應包括對氣候形成分布和變化有直接或間接影響的各個環(huán)節(jié)，除太陽輻射這個主要能源之外，氣候系統(tǒng)包括大氣圈、水圈、冰雪圈、陸地表面和生物圈（動、植物和人類）等5個子系統(tǒng)。各個子系統(tǒng)內(nèi)部以及各子系統(tǒng)彼此之間的各種物理、化學乃至生物過程的相互作用決定著氣候的長期平均狀態(tài)以及各種時間尺度的變化。11第十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日蓋特斯（Gates）的“氣候”定義某一地區(qū)的氣候狀態(tài)：該地氣候系統(tǒng)的全部成分在任一特定時段內(nèi)的平均統(tǒng)計特征。優(yōu)點：（1）它指出氣候的物質(zhì)基礎(chǔ)是氣候系統(tǒng)，而不僅僅是大氣，這和天氣系統(tǒng)是有區(qū)別的；（2）氣候是一個歷史的概念，它和特定的時間階段相聯(lián)系，而不存在絕對氣候的概念；（3）某一時段的氣候狀態(tài)是指這一時段氣候系統(tǒng)各屬性的平均統(tǒng)計特征，不像天氣是指某一瞬時或某一短時間內(nèi)大氣狀況和大氣現(xiàn)象的綜合。氣候是發(fā)生在一定下墊面之上的，帶有地方特點?，F(xiàn)代氣候?qū)W從概念上已經(jīng)不再是氣象學或地理學的一個分支，而是大氣科學、海洋學、地球物理和地球化學、地理學、地質(zhì)學、冰川學、天文學、生物學以至有關(guān)社會科學相互滲透，共同研究的交叉科學。12第十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日氣象學與氣候?qū)W的萌芽時期萌芽時期：主要指16世紀中葉以前這一漫長時期，這時期的特點是由于人類生活和生產(chǎn)的需要，進行一些零星的、局部的氣象觀測，積累了一些感性認識和經(jīng)驗，對某些天氣現(xiàn)象做出一定的解釋。遠在三千年前，中國殷代甲骨文中已有關(guān)于風、云、雨、雪、虹、霞、龍卷、雷暴等文字記載。公元前4世紀希臘大哲學家亞里斯多德（Aristotle）所著《氣象學》（Meteorolosis）一書（約在公元前350年）綜合論述水、空氣和地震等問題對大氣現(xiàn)象也作了適當?shù)慕忉尅?3第十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日氣象學與氣候?qū)W的發(fā)展初期發(fā)展初期：包括16世紀中葉到19世紀末。隨著當時工業(yè)革命的需求，物理學、化學和流體力學等學科也快速發(fā)展起來。氣象觀測儀器紛紛發(fā)明，地面氣象觀測臺、站相繼建立，形成了地面氣象觀測網(wǎng)。無線電技術(shù)發(fā)明后，能夠繪制地面天氣圖。1593年意大利學者伽利略發(fā)明溫度表。1643年托里拆利發(fā)明氣壓表。1783年毛發(fā)濕度表誕生。1653年在意大利北部首先建立氣象臺。14第十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1854年，英法與帝俄在克里木半島發(fā)生戰(zhàn)爭。英法聯(lián)軍艦隊在黑海途中因風暴失事，近于全軍覆沒。1860—1865年間各國紛紛繪出了天氣圖。發(fā)展初期的主要研究成果有：關(guān)于海平面上風壓關(guān)系定律、氣旋模式和結(jié)構(gòu)、大氣中光電現(xiàn)象和云雨形成的初步解釋、大氣環(huán)流的若干現(xiàn)象解釋等。從19世紀開始，陸續(xù)出版了一些比較有質(zhì)量的氣候圖，如世界年平均氣溫分布圖、世界月平均氣壓分布圖、世界年降水量分布圖等。德國學者漢恩（Hann）于1883年開始陸續(xù)出版了《氣候?qū)W手冊》三大卷，是氣候?qū)W最早的巨著。15第十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日在發(fā)展初期，中國的氣象事業(yè)完全是半殖民地性質(zhì)的。最早在中國境內(nèi)用近代氣象儀器進行氣象觀測的是法國傳教士。法國傳教士于1743年在北京設(shè)立測候所。從1830年起俄國又斷斷續(xù)續(xù)地派人來北京開展氣象觀測。1873年法國天主教會在上海徐家匯創(chuàng)建觀象臺；1893年德國人在山東青島建立青島觀象臺；此外還有在英國人掌握之下的海關(guān)測候所等共43處。16第十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日氣象學與氣候?qū)W的發(fā)展時期20世紀至今是氣象學與氣候?qū)W的發(fā)展時期。特點：隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和技術(shù)的進步，不但進行地面氣象觀測，也進行高空直接觀測，從而擺脫了定性描述階段，進入到定量試驗階段，從認識自然，逐步向預測自然、控制和改造自然的方向發(fā)展。這一時期又可分為早期和近期兩個階段。17第十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日1.發(fā)展時期的早期在20世紀的前50年。這時氣象觀測開始向高空發(fā)展，以風箏、帶人氣球及火箭等為高空觀測工具，其所到達的高度當然是有限的，但已為高空氣象學的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。氣象學的三大重要進展：鋒面學說、長波理論、降雨學說。（略）氣候?qū)W的突出表現(xiàn)：創(chuàng)立了氣候型的概念和多種各具特色的氣候分類法（柯本、桑氏威特、阿里索夫）。1930—1940年間柯本和蓋格爾出版了五卷《氣候?qū)W手冊》，發(fā)展了動力氣候?qū)W。對貼近地面層的小氣候研究逐步精確化和定量化。18第十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日2.發(fā)展時期的近期20世紀50年代以后為近期。由于電子計算機、雷達、激光、遙感及人造衛(wèi)星等的使用，促進了氣象學與氣候?qū)W的發(fā)展。（1）開展了大規(guī)模的觀測試驗（2）對大氣物理現(xiàn)象進行數(shù)值模擬試驗（3）把大氣作為一個整體進行研究（4）氣候?qū)W領(lǐng)域中的科學革命19第十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日氣候?qū)W領(lǐng)域中的科學革命自本世紀70年代以來，氣候異?，F(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，已引起各國廣泛的重視。再加上現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展，氣候?qū)W發(fā)生了重大變革。1979年在日內(nèi)瓦召開了第一次世界氣候大會。很多國家制訂了國家氣候計劃，開展氣候研究。國際上成立了政府間氣候變化專業(yè)委員會（IPCC）。1992年4月在巴西召開了“世界環(huán)境與發(fā)展大會”，提出了《世界氣候框架公約》。通過氣候模式來研究不同時間尺度（一個季節(jié)、一年、十年或更長時間）和不同空間尺度（地區(qū)、區(qū)域和全球）氣候的可預報性問題。20第二十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日發(fā)展時期的中國氣象事業(yè)竺可楨在1927年創(chuàng)立了氣象研究所，次年在南京北極閣建立氣象臺。這是繼1913年北京成立觀象臺之后，我國自己設(shè)置的第二個設(shè)備較好的氣象觀測機構(gòu)。此后20余年中，國內(nèi)陸續(xù)建立了40多個氣象站和100多個雨量站，開展了少數(shù)城市的高空探測、天氣預報和無線電廣播等業(yè)務。解放后第一個五年計劃期間，全國共建立了各級氣象臺站1378個。目前，中國氣象局有5萬多職工，有2600多個氣象臺站，擁有兩個類型的氣象衛(wèi)星、數(shù)值預報等。我國是世界氣象組織的重要成員國，1987年2月成立了國家氣候委員會。21第二十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日第二節(jié)氣候系統(tǒng)概述

氣候系統(tǒng)是一個包括大氣圈、水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈在內(nèi)的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的統(tǒng)一的物理系統(tǒng)。太陽輻射是這個系統(tǒng)的能源。在太陽輻射的作用下，氣候系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生一系列的復雜過程，這些過程在不同時間和不同空間尺度上有著密切的相互作用。通過物質(zhì)交換和能量交換，各個組成部分之間緊密地結(jié)合成一個復雜的、有機聯(lián)系的氣候系統(tǒng)。大氣圈是氣候系統(tǒng)主體部分，也是最可變的部分。水圈、陸地表面、冰雪圈和生物圈都可視為大氣圈的下墊面。22第二十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日23第二十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日氣候系統(tǒng)的示意圖太陽（短波）輻射陸地（長波）輻射冰川和積雪吸收反射發(fā)射云風火山噴發(fā)：氣體和火山顆粒氣－冰相互作用海冰海－氣相互作用徑流人類活動陸面過程湖泊與河流洋流冰－海洋相互作用第二十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日大氣圈概述

大氣是由多種氣體混合組成的氣體及浮懸其中的液態(tài)和固態(tài)雜質(zhì)所組成。氮（N2）、氧（O2）和氬（Ar）三者合占大氣總體積的99.96％，其它氣體含量甚微。大氣中水汽含量雖不多，但它是天氣變化中的一個重要角色，具有氣體、液體、固體三相的變化。大氣中的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等都是溫室氣體，它們對太陽輻射吸收甚少，但卻能強烈地吸收地面長波輻射，同時又向周圍空氣和地面放射長波輻射。因此它們都有使空氣和地面增溫的效應。根據(jù)溫度、成分、電荷等物理性質(zhì)，同時考慮到大氣的垂直運動等情況，可將大氣分為五層：1.對流層；2.平流層；3.中間層；4.熱層；5.散逸層。25第二十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日26第二十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日水圈概述

水圈包括海洋、湖泊、江河、地下水和地表上的一切液態(tài)水，其中海洋在氣候形成和變化中的作用最為重要。海洋是由世界大洋和鄰近海域的含鹽海水所組成。其總面積為3.6億km2，約占地球表面的71％，相當于陸地面積的2.5倍。海洋對太陽輻射的反射率比陸面小，海洋單位面積所吸收的太陽輻射能比陸地多25％—50％。到達地表的太陽輻射約有80％被海洋吸收。海水還溶解一些的大氣中的各種氣體，其中以O(shè)2和CO2對海洋生物過程和氣候過程十分重要。

27第二十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日海陸分布圖。課本13頁的圖是按照南北半球來畫的。28第二十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期日陸面概述

陸面亦稱巖石圈。巖石圈的變化時間尺度甚長。山脈形成的時間尺度約為105—108a，大陸飄移的時間尺度約為106—109a，而陸塊位置和高度變化的時間尺度則更在109a以上。這些特征對地質(zhì)時期的氣候變化是有巨大影響的，但對近代在季節(jié)、年際、十年際乃致百年際的