氣象局氣象科普宣傳手冊

氣象局氣象科普宣傳手冊TOC\o"1-2"\h\u12048第1章氣象學基礎知識 219791.1氣象學定義及發(fā)展歷程 247911.2氣象學的主要分支 2303301.3氣象觀測與預報的重要性 212792第2章大氣結構與組成 3113562.1大氣層的劃分 3212592.2大氣成分及其作用 320772.3大氣物理特性 428024第3章氣壓與風 4286413.1氣壓的概念與測量 4206513.2氣壓分布與變化 4143203.3風的形成與分類 5246193.4風對天氣的影響 57307第4章溫度與濕度 568194.1溫度的度量與分布 5203164.2溫度變化對天氣的影響 625914.3濕度的概念與測量 6238694.4濕度對天氣的影響 628449第5章降水與云 760005.1降水的形成與分類 7177915.2降水量的度量與分布 7172915.3云的分類與特征 7310255.4云對天氣的預示作用 812175第6章氣象災害及預警 847196.1氣象災害概述 8297156.2風災與洪澇災害 871166.3干旱與高溫熱浪 8154626.4霜凍與冰雹災害 923096第7章氣象觀測與儀器 9279207.1地面氣象觀測 9281777.2高空氣象觀測 98017.3氣象衛(wèi)星與雷達觀測 9280697.4氣象觀測儀器及其原理 96956第8章氣象預報方法與技術 10196668.1氣象預報概述 10176318.2天氣圖與天氣形勢分析 10170698.3數(shù)值天氣預報 10124388.4氣象衛(wèi)星與雷達預報技術 119554第9章氣象與生活 11282599.1氣象對人體健康的影響 11136499.2氣象與農業(yè) 11292699.3氣象與交通 12238859.4氣象與旅游 1228684第10章氣象科普與環(huán)境保護 122042410.1氣象科普宣傳的意義與途徑 122863610.2氣象防災減災科普知識 123180110.3氣候變化與環(huán)境保護 132099910.4氣象科普活動案例分享 13第1章氣象學基礎知識1.1氣象學定義及發(fā)展歷程氣象學是一門研究大氣現(xiàn)象、大氣狀態(tài)及其變化規(guī)律的自然科學。它涉及大氣物理、大氣化學、大氣動力學等多個領域，旨在揭示大氣與地球系統(tǒng)其他組成部分之間的相互作用。氣象學的發(fā)展歷程悠久，早在古代，人們就開始觀察和記錄天氣現(xiàn)象。公元前4世紀，我國古代氣象學家墨子提出了“天志”說，主張通過觀察天氣現(xiàn)象來預測未來。西方氣象學的發(fā)展始于17世紀，英國科學家牛頓的經典力學為氣象學的發(fā)展奠定了基礎。此后，科學技術的發(fā)展，氣象學逐漸形成了獨立的科學體系。1.2氣象學的主要分支氣象學主要包括以下幾個分支：（1）大氣物理學：研究大氣中的物理現(xiàn)象和過程，如輻射、熱量傳遞、水汽輸送等。（2）大氣化學：研究大氣中化學物質的組成、變化和遷移規(guī)律，以及大氣污染及其影響。（3）大氣動力學：研究大氣運動和能量轉換的規(guī)律，是氣象學的基礎分支。（4）天氣學：研究天氣系統(tǒng)和天氣過程，為天氣預報提供理論依據(jù)。（5）氣候學：研究地球氣候系統(tǒng)的結構和變化規(guī)律，包括長期氣候趨勢和短期氣候變化。（6）應用氣象學：將氣象學知識應用于農業(yè)、航空、海洋、環(huán)境保護等領域。1.3氣象觀測與預報的重要性氣象觀測和預報對于人類社會具有重要意義。氣象觀測為科學研究提供了基礎數(shù)據(jù)，有助于揭示大氣運動和氣候變化規(guī)律。同時氣象預報為部門、企事業(yè)單位和公眾提供了天氣信息，對于防御自然災害、保障人民生命財產安全、促進經濟發(fā)展等方面具有重要作用。（1）氣象觀測：通過地面觀測、高空觀測、衛(wèi)星遙感等手段，獲取全球范圍內的氣象數(shù)據(jù)，為氣象研究和天氣預報提供基礎。（2）氣象預報：利用氣象觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值天氣預報模式，預測未來一段時間內某一地區(qū)的天氣狀況。氣象預報對于合理安排生產、生活具有重要意義，如在農業(yè)、交通運輸、旅游、環(huán)境保護等領域的應用。氣象觀測和預報的發(fā)展，有助于提高人類對大氣環(huán)境的認識，為應對氣候變化、減少自然災害損失提供科學依據(jù)。第2章大氣結構與組成2.1大氣層的劃分大氣層是地球表面上空至數(shù)千公里高度的氣體層，它對地球生態(tài)和氣候具有重要影響。根據(jù)溫度、密度等物理性質的不同，大氣層可劃分為以下幾個主要層次：（1）對流層：位于地球表面至約12公里的高度，集中了大氣質量的四分之三以上。對流層內的氣溫隨高度增加而降低，天氣現(xiàn)象主要在此層發(fā)生。（2）平流層：對流層之上，至約50公里的高度。平流層內的氣溫隨高度增加而升高，臭氧層位于此層，具有吸收紫外線的作用。（3）中間層：平流層之上，至約80公里的高度。中間層的氣溫隨高度增加而降低，大氣密度逐漸減小。（4）熱層：中間層之上，至約500公里的高度。熱層氣溫隨高度增加而迅速升高，大氣分子受到太陽輻射的激發(fā)，產生離子和自由電子。（5）外層大氣：熱層之上，直至數(shù)千公里高度。外層大氣的密度非常稀薄，主要包括電離層、磁層等。2.2大氣成分及其作用大氣主要由氮氣、氧氣、氬氣和二氧化碳等氣體組成，此外還含有微量的水蒸氣、氦、氖、甲烷等氣體。以下為幾種主要大氣成分的作用：（1）氮氣：占大氣體積的78%，是生物體蛋白質和核酸的重要組成部分。（2）氧氣：占大氣體積的21%，是生物體呼吸作用和燃燒過程的重要參與者。（3）氬氣：占大氣體積的0.93%，是一種惰性氣體，在地球大氣層中起到穩(wěn)定作用。（4）二氧化碳：占大氣體積的0.04%，對地球氣候和生物圈具有重要影響，是溫室氣體之一。（5）水蒸氣：占大氣體積的0.4%，是天氣變化和氣候變化的重要因素。2.3大氣物理特性大氣具有以下物理特性：（1）密度：大氣密度隨高度增加而減小，對飛行器設計和大氣層探測具有重要意義。（2）溫度：大氣溫度受太陽輻射、地球表面輻射、大氣逆輻射等多種因素影響，呈現(xiàn)復雜的變化規(guī)律。（3）壓強：大氣壓強隨高度增加而減小，對天氣預報、大氣污染擴散等具有影響。（4）折射率：大氣折射率影響光線的傳播，對天文觀測、衛(wèi)星通信等產生作用。（5）粘性：大氣粘性影響流體力學過程，如風的形成、大氣湍流等。第3章氣壓與風3.1氣壓的概念與測量氣壓，簡而言之，是指大氣對地面或物體表面的壓力。它是大氣重力作用在單位面積上的力，通常用百帕（hPa）作為單位。氣壓的測量對于氣象預報和氣候變化研究具有重要意義。氣壓的測量主要依靠氣壓計。常見的氣壓計有水銀氣壓計、空盒氣壓計和電子氣壓計等。水銀氣壓計利用水銀柱受大氣壓力作用而產生的位移來測量氣壓；空盒氣壓計則通過測量彈性膜片在氣壓作用下的變形來計算氣壓；電子氣壓計則采用傳感器將氣壓變化轉化為電信號，通過電子電路處理得到氣壓值。3.2氣壓分布與變化地球上的氣壓分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。在赤道附近，氣壓相對較低，稱為赤道低壓帶；而在兩極附近，氣壓相對較高，稱為極地高壓帶。在中緯度地區(qū)，則有副熱帶高壓帶和副極地低壓帶。這些氣壓帶和氣壓梯度是大氣運動的基礎。氣壓的變化受多種因素影響，如氣溫、濕度、地形等。在一天之內，氣壓會呈現(xiàn)出明顯的日變化，通常早晨氣壓較高，傍晚氣壓較低。季節(jié)和氣候變化也會對氣壓產生影響。3.3風的形成與分類風是大氣運動的一種表現(xiàn)形式，是氣壓梯度力、地轉偏向力和摩擦力共同作用的結果。當某一地區(qū)的氣壓高于周圍地區(qū)時，會形成氣壓梯度，導致大氣從高壓區(qū)向低壓區(qū)運動，從而形成風。根據(jù)風向與地球自轉的關系，風可分為南北風和東西風。南北風主要受地轉偏向力影響，表現(xiàn)為北半球向右偏，南半球向左偏；東西風則主要受赤道低壓帶和副熱帶高壓帶的影響。風還可以根據(jù)速度和穩(wěn)定性分為不同的類型，如和風、狂風、暴風等。根據(jù)地理位置和氣候特點，還有一些特殊的風，如季風、海陸風等。3.4風對天氣的影響風對天氣有著重要的影響。風能影響氣溫的分布，通過水平輸送熱量，使氣溫在地理空間上得到調整。風對降水分布也有著重要作用。例如，在我國夏季，東南風會帶來豐富的水汽，導致江南地區(qū)出現(xiàn)梅雨季節(jié)。風還可以影響大氣污染物的擴散。在風速較大時，污染物容易被吹散；而在風速較小時，污染物容易積聚，導致空氣質量惡化。風對海洋運輸、航空、農業(yè)等人類活動也有著重要影響。因此，了解和掌握風的變化規(guī)律，對于我們的生產和生活具有重要意義。第4章溫度與濕度4.1溫度的度量與分布溫度是描述物體冷熱程度的物理量，其度量單位為開爾文（K）或攝氏度（℃）。在氣象領域，通常使用攝氏度作為溫度的單位。溫度的分布受到地球自轉、緯度、海陸分布及海拔等多種因素的影響。（1）溫度的度量溫度的度量主要依靠溫度計。目前氣象觀測中常用的溫度計有水銀溫度計、酒精溫度計和電子溫度計等。（2）溫度的分布全球溫度分布呈現(xiàn)出明顯的緯度特征，即從赤道向兩極遞減。海陸分布和地形也對溫度分布產生影響。例如，同緯度的海洋和陸地，夏季陸地溫度高，冬季海洋溫度高；山地地區(qū)，海拔越高，溫度越低。4.2溫度變化對天氣的影響溫度的變化直接影響大氣層的穩(wěn)定性和垂直運動，從而對天氣產生重要影響。（1）溫度平流溫度平流是指水平方向上溫度差異引起的大氣運動。暖空氣向冷空氣移動時，易產生上升運動，形成多云、降水等天氣現(xiàn)象。（2）溫度梯度溫度梯度是指單位距離內溫度的變化。溫度梯度越大，大氣層結越不穩(wěn)定，容易產生對流天氣。（3）溫度露點差溫度露點差是指氣溫與露點溫度之間的差值。溫度露點差越小，空氣濕度越大，容易出現(xiàn)霧、霾等天氣。4.3濕度的概念與測量濕度是描述空氣中水汽含量的物理量，通常包括絕對濕度、相對濕度和露點等。（1）絕對濕度絕對濕度是指單位體積空氣中所含水汽的質量，單位為克/立方米。（2）相對濕度相對濕度是指絕對濕度與該溫度下飽和水汽壓的比值，以百分數(shù)表示。（3）濕度的測量濕度的測量主要依靠濕度計。常見的濕度計有毛發(fā)濕度計、電容濕度計和露點鏡等。4.4濕度對天氣的影響濕度對天氣的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）降水當空氣濕度達到一定程度時，水汽會凝結成云滴，進一步形成降水。（2）能見度濕度較高時，空氣中的水汽容易凝結在顆粒物上，形成霧、霾等天氣，影響能見度。（3）氣溫濕度對氣溫的影響主要體現(xiàn)在蒸發(fā)冷卻效應。濕度越大，蒸發(fā)冷卻效應越明顯，氣溫降低越快。（4）大氣穩(wěn)定性濕度影響大氣穩(wěn)定性。濕度較高時，大氣層結較穩(wěn)定，有利于云霧的形成和發(fā)展。第5章降水與云5.1降水的形成與分類降水是大氣中水汽凝結后以液態(tài)或固態(tài)形式從云層落到地面的現(xiàn)象。降水的形成過程涉及水汽的凝結、云滴的合并增長以及降水粒子最終脫離云體。根據(jù)降水粒子的狀態(tài)，降水可分為以下幾類：（1）液態(tài)降水：如雨、毛毛雨和凍雨。（2）固態(tài)降水：如雪、雹、霰和冰粒。（3）混合態(tài)降水：如雨夾雪。5.2降水量的度量與分布降水量是指在一定時間和面積內降水的總量。常用的降水量度量單位有毫米和英寸。降水量分布具有以下特點：（1）空間分布：降水量在地球表面分布不均，赤道地區(qū)降水量較大，兩極地區(qū)降水量較小。（2）時間分布：降水量在一年內分配不均，多集中在夏季或冬季，具體季節(jié)取決于地理位置和氣候類型。5.3云的分類與特征云是大氣中水汽凝結成水滴或冰晶的集合體，根據(jù)其高度、形狀和的氣象條件，云可分為以下幾類：（1）高層云：如卷云、卷層云和高層云。（2）中層云：如層云、高積云和高層云。（3）低層云：如積云、層積云和雨層云。云的特征包括形狀、高度、顏色、紋理等，這些特征有助于我們識別云的類型和預測天氣變化。5.4云對天氣的預示作用云是大氣中水汽和溫度變化的直觀表現(xiàn)，對天氣具有一定的預示作用。以下是一些常見的云與天氣預示關系：（1）積云：通常預示著晴好天氣，但在午后可能發(fā)展為雷暴云，帶來短時強降水。（2）層云：常預示著陰天或小雨天氣。（3）卷云：多預示著晴朗天氣，但可能伴高空氣流的變化，影響天氣狀況。（4）雷暴云：預示著強烈的天氣變化，如雷暴、大風、冰雹等。了解云的類型和特征，有助于我們更好地預測天氣變化，為生活和生產提供參考。第6章氣象災害及預警6.1氣象災害概述氣象災害是指由于自然氣象條件異常變化，給人類社會和自然生態(tài)系統(tǒng)造成危害的災害現(xiàn)象。我國地域遼闊，氣候復雜多樣，氣象災害種類繁多，包括風災、洪澇、干旱、高溫熱浪、霜凍和冰雹等。這些災害給我國的經濟建設和人民生命財產安全帶來嚴重影響。6.2風災與洪澇災害風災主要包括臺風、龍卷風等，具有突發(fā)性強、破壞力大、影響范圍廣等特點。臺風是熱帶氣旋的一種，每年夏季至秋季，我國沿海地區(qū)易受其影響。龍卷風則多發(fā)生在內陸地區(qū)，雖發(fā)生頻率較低，但破壞力極大。洪澇災害是指由于強降水、融雪等原因，導致河流、湖泊等水體水位上漲，泛濫成災。我國洪澇災害多發(fā)生在夏季，尤其在江淮、江南和西南等地區(qū)。洪澇災害對農業(yè)生產、基礎設施和人民生命財產安全構成嚴重威脅。6.3干旱與高溫熱浪干旱是指長時間無降水或降水嚴重偏少，導致土壤干燥、水資源緊張的現(xiàn)象。干旱在我國分布廣泛，尤其在北方地區(qū)較為嚴重。干旱不僅影響農業(yè)生產，還會引發(fā)水資源緊張、生態(tài)環(huán)境惡化等問題。高溫熱浪是指氣溫持續(xù)偏高，對人體健康、農業(yè)生產和能源供應等產生不良影響的天氣現(xiàn)象。我國高溫熱浪多發(fā)生在夏季，尤其在江南、華南等地區(qū)。高溫熱浪會導致中暑、農作物減產以及電力供應緊張等問題。6.4霜凍與冰雹災害霜凍是指氣溫降低到0℃以下，使作物遭受凍害的現(xiàn)象。霜凍多發(fā)生在春秋季節(jié)，尤其在北方地區(qū)。霜凍對農業(yè)生產影響較大，可導致農作物減產或絕收。冰雹災害是指降水中包含冰雹，對農作物、建筑物等造成破壞的現(xiàn)象。冰雹多發(fā)生在夏季，尤其在山區(qū)和丘陵地帶。冰雹災害對農業(yè)生產和人民生命財產安全具有較大威脅。通過對氣象災害的了解，我們可以更好地認識自然災害，提前做好預警和防范工作，減輕災害損失，保障人民生命財產安全。第7章氣象觀測與儀器7.1地面氣象觀測地面氣象觀測是獲取近地面大氣狀態(tài)和天氣現(xiàn)象的基本手段。主要包括氣溫、濕度、氣壓、風向風速、降水量、日照、輻射等觀測項目。這些觀測數(shù)據(jù)對天氣預報、氣候分析和環(huán)境保護具有重要意義。地面氣象觀測站遍布全球，為氣象研究提供大量寶貴數(shù)據(jù)。7.2高空氣象觀測高空氣象觀測主要用于獲取大氣不同高度上的溫度、濕度、氣壓和風向風速等信息。這些數(shù)據(jù)對于了解大氣垂直結構、天氣預報和氣候研究具有重要作用。高空氣象觀測主要通過探空氣球、氣象雷達和激光雷達等手段進行。7.3氣象衛(wèi)星與雷達觀測氣象衛(wèi)星和雷達觀測是現(xiàn)代氣象觀測的重要組成部分。氣象衛(wèi)星可以從太空對地球大氣進行連續(xù)、全面、快速的觀測，獲取云圖、氣溫、濕度等大量氣象信息。雷達觀測則主要用于探測降水、風向風速、大氣湍流等氣象現(xiàn)象，具有高時空分辨率的特點。7.4氣象觀測儀器及其原理氣象觀測儀器種類繁多，下面簡要介紹幾種常見氣象儀器的原理：（1）溫度計：利用物質的熱脹冷縮原理，通過溫度傳感器測量氣溫。（2）濕度計：利用物質吸濕膨脹或電學特性與濕度相關的原理，測量大氣濕度。（3）氣壓計：基于流體靜力平衡原理，測量大氣壓力。（4）風速計：通過測量風對物體（如風杯、）的作用力或速度，獲得風速信息。（5）雨量計：通過收集降水并測量降水量，獲取降雨數(shù)據(jù)。（6）輻射計：利用光敏元件或熱敏元件測量太陽輻射和地球輻射。（7）探空儀：攜帶溫度、濕度、氣壓等傳感器，隨探空氣球上升，測量高空氣象要素。這些氣象觀測儀器為氣象研究和業(yè)務提供了有力保障，使我們能夠更好地認識大氣現(xiàn)象，提高天氣預報的準確性。第8章氣象預報方法與技術8.1氣象預報概述氣象預報是指對地球大氣狀態(tài)未來變化進行預測的科學方法和實踐活動。其目的是為了減少自然災害對人類生產和生活的影響，提高社會公眾對天氣變化的應對能力。氣象預報主要包括短期天氣預報、中期天氣預報和長期天氣預報。本章節(jié)將重點介紹氣象預報的主要方法與技術。8.2天氣圖與天氣形勢分析天氣圖是氣象預報中最基本的分析工具，它通過圖形方式表現(xiàn)大氣壓力、溫度、濕度、風等氣象要素的分布。天氣形勢分析是根據(jù)天氣圖上氣象要素的分布特征，對天氣系統(tǒng)及其演變進行分析，從而預測天氣變化的過程。天氣形勢分析主要包括以下步驟：（1）分析地面天氣圖，了解地面天氣系統(tǒng)的分布和移動。（2）分析高空天氣圖，掌握大氣環(huán)流狀況和天氣系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。（3）結合衛(wèi)星云圖、雷達回波圖等資料，對天氣系統(tǒng)進行綜合分析。（4）根據(jù)天氣形勢演變規(guī)律，預測未來一段時間內的天氣變化。8.3數(shù)值天氣預報數(shù)值天氣預報是利用大氣運動方程和物理過程參數(shù)化方案，通過計算機模擬和計算，預測未來一段時間內大氣狀態(tài)的方法。數(shù)值天氣預報具有客觀、定量、精細的特點，是現(xiàn)代氣象預報的主要手段。數(shù)值天氣預報的主要步驟包括：（1）收集和整理氣象觀測資料，建立初始場。（2）利用大氣運動方程和物理過程參數(shù)化方案，進行數(shù)值模擬和計算。（3）對計算結果進行后處理，得到未來一段時間內的天氣預測。（4）結合天氣形勢分析和預報員經驗，對數(shù)值預報結果進行修正。8.4氣象衛(wèi)星與雷達預報技術氣象衛(wèi)星和雷達是現(xiàn)代氣象預報的重要技術手段，它們可以實時監(jiān)測大氣狀態(tài)和天氣系統(tǒng)，為氣象預報提供豐富的觀測資料。（1）氣象衛(wèi)星預報技術：通過接收衛(wèi)星云圖、紅外遙感圖像等資料，分析大氣中的水汽、溫度、云系等分布，預測天氣系統(tǒng)的發(fā)展和變化。（2）雷達預報技術：利用雷達回波圖，分析大氣中的降水粒子、冰雹等天氣現(xiàn)象，預測短時強降水、冰雹等災害性天氣。氣象衛(wèi)星與雷達預報技術具有實時、動態(tài)、高分辨率的特點，對于提高氣象預報準確率和預警能力具有重要意義。第9章氣象與生活9.1氣象對人體健康的影響氣象條件對人體健康有著密切的聯(lián)系。氣溫、濕度、氣壓等氣象要素的變化，可以直接或間接地影響人體的生理機能。高溫天氣可能導致中暑、脫水等健康問題；低溫天氣則可能引發(fā)感冒、流感等呼吸道疾病。濕度的高低對人體的舒適度及關節(jié)痛癥狀有顯著影響。氣壓的變化還會對患有心臟病、高血壓等疾病的人群產生不利影響。因此，了解并關注氣象條件，對保障人體健康具有重要意義。9.2氣象與農業(yè)氣象條件是農業(yè)生產的重要影響因素之一。氣溫、降水、日照等氣象要素對農作物的生長發(fā)育、產量及品質具有決定性作用。不適宜的氣象條件，如干旱、洪澇、低溫凍害等，可能導致農作物減產甚至絕收。因此，提前掌握氣象預報，采取相應的農業(yè)管理措施，有助于降低氣象災害對農業(yè)生產的影響，提高農業(yè)產量和效益。9.3氣象與交通氣象條件對交通安全具有顯著影響。雨、雪、霧等惡劣天氣條件，會降低道路的通行能力，增加交通的風險。強風、高溫等氣象因素也可能導致航班延誤、取消或交通設施損壞。為此，交通部門需要密切關注氣象變化，及時發(fā)布交通管制措施，保證人民群眾的出行安全。9.4氣象與旅游氣象條件對旅游活動同樣具有較大影響。適宜的天氣條件有利于旅游者出行和戶外活動，而惡劣的天氣則可能影響旅游體驗，甚至威脅旅游者的安全。因此，旅游者在出行前需關注目的地的氣象預報，合理安排行程。同時旅游部門應根據(jù)氣象條件合理調整旅游項目，保證旅游者的舒適度和安全。第10章氣象科普與環(huán)境保護10.1氣象科普宣傳的意義與途徑氣象科普宣傳旨在普及氣象知識，提高公眾的氣象意識