《北林氣象學》課件

《北林氣象學》本課程介紹了氣象學的基礎知識和基本理論。涵蓋大氣結構、大氣運動、天氣系統(tǒng)、氣候變化等方面。課程簡介本課程介紹為北林大學學生量身打造，涵蓋氣象學基礎理論和應用知識。教授氣象學原理、天氣現(xiàn)象分析、預報方法以及氣象服務等方面的知識。培養(yǎng)目標幫助學生了解氣象學的基本原理和方法，掌握氣象觀測、分析和預報的基本技能，為將來從事相關領域工作打下堅實基礎。課程大綱課程內容氣象學基礎大氣環(huán)流天氣系統(tǒng)氣候變化氣象應用教學安排課程講授、課堂討論、實驗練習、野外實習、課后作業(yè)。考核方式期中考試、期末考試、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況。氣象學概論氣象學是研究地球大氣及其現(xiàn)象的科學。它涵蓋了大氣組成、結構、運動、能量交換等方面。氣象學與人類生活息息相關，對農(nóng)業(yè)、交通、能源、環(huán)境、災害預報等方面具有重要的影響。大氣成分和結構1主要成分空氣主要由氮氣、氧氣和二氧化碳組成，其中氮氣占78%左右，氧氣占21%左右。2分層結構大氣分為對流層、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保護作用大氣層為地球提供保護，吸收太陽紫外線、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構受多種因素影響，包括太陽輻射、火山爆發(fā)、人類活動等。氣壓和風氣壓氣壓是大氣層中空氣對單位面積的壓力，單位為帕斯卡(Pa)。氣壓變化影響著天氣和風向。風風是空氣流動的現(xiàn)象，由氣壓差引起的。氣壓梯度越大，風速越快。風向風向是指風吹來的方向。氣壓梯度是指氣壓變化的方向，風向垂直于氣壓梯度。風速風速是指風吹過的速度，單位為米每秒(m/s)。風速受氣壓差、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。氣溫測量氣溫通常使用溫度計測量，常用的溫度計有水銀溫度計、酒精溫度計和電子溫度計。氣溫測量需要遵循一定的規(guī)范，例如測量時間、測量高度等，才能保證測量結果的準確性。濕度水汽含量空氣中水汽的多少，表示空氣濕度。濕度計測量空氣濕度，常用儀器。露點溫度空氣冷卻至飽和時的溫度，反映水汽含量。相對濕度實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。云的形成和降水的發(fā)生過程非常復雜，涉及大氣中的水汽、溫度、氣壓、風等多種因素。不同類型的云和降水會對地面的溫度、濕度、光照等產(chǎn)生不同的影響，進而影響人類生活和生產(chǎn)活動。光照和輻射太陽輻射太陽輻射是地球表面能量的主要來源。太陽輻射分為直射輻射和散射輻射。光合作用光照對植物的光合作用至關重要，影響著植物的生長發(fā)育和產(chǎn)量。熱量平衡地表吸收和反射太陽輻射，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)流是指全球范圍內的大氣運動系統(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、費雷爾環(huán)流和極地環(huán)流，它們相互作用，驅動著全球的大氣運動。3環(huán)流的影響大氣環(huán)流對全球的氣候、降水、氣溫、風力等都具有重要的影響，是研究天氣和氣候變化的基礎。熱帶天氣系統(tǒng)熱帶氣旋熱帶氣旋是熱帶地區(qū)的一種強烈的風暴系統(tǒng)。其特征是低氣壓中心，周圍有螺旋狀的強風和降雨。臺風臺風是發(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。颶風颶風是發(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度更弱的風暴系統(tǒng)，但仍然可能帶來強降雨和強風。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雜，對風向、風速、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，對人類活動有較大影響。城市氣象1城市熱島效應城市建筑和道路吸收熱量，導致城市氣溫比郊區(qū)更高。2城市風高樓大廈改變風向，城市風速通常比郊區(qū)更低。3城市降水城市熱島效應會增加城市降水量，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合，容易導致霧霾天氣的形成。季風氣候季風形成季風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。季風影響季風對全球氣候和生態(tài)系統(tǒng)有重要影響。亞洲季風帶來豐富降水，滋養(yǎng)農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展。南美洲季風帶來雨季和旱季，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致動植物物種滅絕，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。氣象觀測和監(jiān)測1地面觀測氣溫、濕度、氣壓、風速、風向等2高空觀測探空儀測量溫度、濕度、氣壓等3衛(wèi)星遙感觀測云層、降水、溫度等4雷達監(jiān)測監(jiān)測降水、雷暴、風切變等氣象觀測和監(jiān)測是獲取氣象數(shù)據(jù)的重要手段，為天氣預報、氣候研究、災害預警等提供基礎數(shù)據(jù)。天氣預報技術數(shù)據(jù)收集和處理氣象觀測站、氣象衛(wèi)星、雷達等收集天氣數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)校準、質量控制和分析處理。數(shù)值天氣預報利用數(shù)學模型模擬大氣運動，生成未來天氣預測，涵蓋溫度、降水、風速等要素。統(tǒng)計預報方法基于歷史天氣數(shù)據(jù)，分析天氣模式，預測未來天氣情況，適用于短期預報。集合預報技術運行多個數(shù)值天氣預報模型，生成多套預報結果，評估預報的不確定性。預報產(chǎn)品發(fā)布將天氣預報結果轉化為文本、圖形、地圖等形式，發(fā)布給公眾和相關部門。天氣預報應用災害預警天氣預報提供重要信息，例如洪水、暴風雨和干旱，幫助人們做好準備和采取預防措施，減少損失。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)農(nóng)民使用天氣預報來優(yōu)化播種時間、灌溉和收割，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高效和穩(wěn)定。航空運輸飛行員利用天氣預報了解風向、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報選擇最佳出行時間，計劃行程，避免惡劣天氣影響旅行體驗。氣象數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)收集包括氣象站、雷達、衛(wèi)星等多種觀測手段。數(shù)據(jù)分析利用統(tǒng)計學、機器學習等方法進行分析。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)存儲和管理建立數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)進行存儲和管理。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)，顯示氣象要素的時空分布，發(fā)現(xiàn)趨勢和模式。22.統(tǒng)計分析運用統(tǒng)計方法，計算氣象數(shù)據(jù)，分析氣象要素之間的關系，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，模擬大氣運動過程，預測未來天氣變化，評估氣候變化的影響。44.物理分析運用物理定律和原理，解釋氣象現(xiàn)象的發(fā)生機制，探索大氣變化的規(guī)律。氣象模型數(shù)值天氣預報模型模擬大氣運動和天氣變化，提供未來天氣預報。氣候模型研究地球氣候系統(tǒng)長期變化，預測未來氣候變化趨勢。風能模型模擬風能資源分布，預測風能發(fā)電潛力。氣象災害預警氣象災害預警是利用氣象觀測數(shù)據(jù)和預報結果，提前發(fā)出預警信息，以減少災害損失的預警系統(tǒng)。1預警發(fā)布通過電視、廣播、手機短信、網(wǎng)站等渠道發(fā)布預警信息。2預警評估評估潛在災害的影響和風險程度。3預警監(jiān)測利用氣象監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測天氣情況。4預警預測利用氣象模型和數(shù)據(jù)分析預測未來天氣情況。5預警信息收集收集氣象觀測數(shù)據(jù)和預報信息。氣象災害預警系統(tǒng)可以幫助人們及時了解天氣變化，采取相應的防范措施，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。氣象服務天氣預報提供準確的天氣預報，幫助人們做好出行、生產(chǎn)和生活準備。氣象災害預警及時發(fā)布氣象災害預警信息，保障人民生命財產(chǎn)安全。農(nóng)業(yè)氣象服務提供農(nóng)作物生長所需的氣象信息，指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。航空氣象服務提供航空飛行所需的實時氣象數(shù)據(jù)，確保飛行安全。氣象儀器和設備自動氣象站自動氣象站可以收集風速、氣溫、濕度等數(shù)據(jù)，并自動傳輸?shù)街醒敕掌?，方便科學家進行分析。氣象氣球氣象氣球可以將探測器帶到高空，測量氣壓、氣溫、濕度等數(shù)據(jù)，幫助我們了解大氣層結構。天氣雷達雷達可以探測降水量、風速、風向等，提供更準確的天氣預報信息，幫助人們提前做好防災準備。氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星可以監(jiān)測全球范圍的天氣變化，幫助科學家更全面地了解大氣環(huán)流和氣候變化。野外實習和實踐1實地觀測氣象要素2天氣現(xiàn)象記錄分析3現(xiàn)場學習氣象儀器4團隊合作實踐技能野外實習是理論學習的實踐補充。學生可以學習如何使用氣象儀器，進行氣象觀測，記錄并分析天氣現(xiàn)象。這些實踐活動有助于學生更深入地理解氣象學原理，提升實際應用能力，培養(yǎng)團隊合作精神。課程作業(yè)和考核作業(yè)形式作業(yè)形式包括課堂練習、課后作業(yè)、實驗報告和文獻綜述等。課堂練習考察學生對知識點的理解和運用能力。課后作業(yè)鼓勵學生深入學習和拓展相關知識?？己朔绞娇己朔绞街饕ㄆ綍r成績和期末考試。平時成績占總成績的30%，包括課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況和實驗報告等。期末考試占總成績的70%，考察學生對課程內容的掌握程度。課程總結和展望北方秋季山區(qū)秋季是學習氣象學的好時機，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習氣象學的另一個好時機，可以觀