《气象学与气候学基础》第一章：绪论.
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• 它是赤道海洋表面因水温的东西面差异而产生的 一种纬圈热力环流.
沃克环流
• 在赤道太平洋区域，由于 西太平洋暖池水温最高， 东太平洋水温最低，因此 西太平洋盛行上升气流， 升到高空后向东流去，到 达低温的东太平洋后转向 下沉，然后在海面上以东 风形式返回西太平洋。这 样，便构成了一个东西向 的大气环流圈，气象学上 称作“沃克环流圈”。
• 从气候动力学来研究气候。
三、20世纪气候学理论研 究的成就
1. 世界三大涛动 2. 大气环流 3. 月平均环流 4. 大气环流试验 5. 沃克环流 6. 温室效应
7. 月平均环流预测 8. ENSO预报 9. 时滞振子理论 10.温盐环流 11.季平均环流预测
世界三大涛动
• 北大西洋涛动（NAO） • 北太平洋涛动（NPO） • 南方涛动（SO）
• 传统气候学把气候因子局限于大气内部种种过程，而当代气 候学认为气候形成和变化不仅是大气内部状态和行为的反映， 而且是与大气有明显相互作用的海洋、冰雪圈、陆地表面及生 物圈所组成的复杂系统的总体；
• 在研究方法上，当代气候学除了继承并发展了传统气候学的 统计方法外，还要求对气候系统进行全面系统的观测和综合 分析，并对气候系统相互作用过程和气候形成、变化的动态过 程进行物理-动力学理论研究和数值模拟。
温室效应
‘温室效应’是指地球大气层上的一种 物理特性。假若没有大气层，地球表面的 平均温度不会是现在 适宜的15℃，而是 十分低的-18℃。这温度上的差别是由于 一类名为温室气体所引致，这些气体吸收 红外线辐射而影响到地球整 体的能量平 衡。在现况中，地面和大气层在整体上吸 收太阳辐射后能平衡于释放红外线辐射 到太空外(图一)。但受到温室气体的 影响， 大气层吸收红外线辐射的份量多过它释 放出到太空外，这使地球表面温度上升， 此过程可称为‘天然的温室效应’。但由 于人类活动释放出大量的温室气体，结果 让更多红外线辐射被折返到地面上，加强 了‘温室效应’的作用。
当代气候学的三个特点
• 从气候变化来研究气候；
– 由于认识到气候变化有一个很宽的时间谱，长者在 10000年以上，短到1年、季尺度。所以，现代气候是从变 动中认识气候，而不再仅仅局限于追求解释气候平均值。 这也就推动了气候预测研究的发展。
• 从气候系统来研究气候；
– 把研究范围扩大到整个气候系统，即包括大气、海洋、冰 雪、陆地、生物圈。因为人们已经发现，仅仅研究大气， 不可能认识气候形成的过程，也不可能对气候变化作出 有成效的预测。
大气环流
沃克环流（Walker circulation）
• 存在于赤道附近低纬度地带东西向的热力直接环 流。首先由J.皮耶克尼斯在1969年提出，他认为 这和早先G.T.沃克所称的南方涛动有联系（见大 气活动中心）。
• 在东太平洋赤道区，由于秘鲁寒流带来了冷海水， 又由于东风所引起的厄瓜多尔和秘鲁沿岸的海水 上翻，形成了一条从南美西岸沿赤道向西伸延的 冷水舌，致使赤道区太平洋西部和东部之间，出 现很大的温度差异：就多年平均来说，西太平洋 和印度尼西亚地区海水的水温较秘鲁沿岸水温约 高 8°C以上。这样，通过海洋对大气的加热作用， 就使暖空气在西太平洋和印度尼西亚一带上升到 高层之后，一部分向东流动，到达中、东太平洋冷 水区上空下沉，在低层转而向西流动，形成了一 个热力直接环流。这就是太平洋地区的沃克环流。
•
物理过程：增温、冷却、蒸发、凝结。
2、研究对象：
地球上的四大圈层之一——大气圈 主要研究内容：
①大气的一般特性：大气的组成、范围、结构、 温度、湿度、压力、密
度等。 ②大气现象的发生、发展、及能量的来源。 ③探求大气现象的本质、巡求变化规律。 ④将大气现象中的规律应用于实践。
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天气学：
• 1、定义：研究地球条件下不同的区域内所产生的
特点是：天气变化快，周期短。 气候：周期分季际、年、十年、百年、千年、万年 等。
特点是：气候变化慢，时间长。
3、各自研究的系统不同
天气：仅是大气中所产生的天气现象，是个单纯 的系统
气候：包括大气、水、冰雪、陆地、生物（动物、 植物、人）五个子系统。是个庞大的系统，各 个系统相互联系、作用、，并决定着气
簡化的北大西洋深層水流動循環圖，深色 的線表示海底的寒流，淡色的線代表海面 的暖流。
北大西洋涛动（NAO）
• 北大西洋上两个大气活动中心（冰岛低压和亚速尔高压）的气压 变化为明显负相关；当冰岛低压加深时，亚速尔高压加强，或冰 岛低压填塞时，亚速尔高压减弱。G.沃克称这一现象为北大西洋 涛动。北大西洋涛动强，表明两个活动中心之间的气压差大，北 大西洋中纬度的西风强，为高指数环流。这时墨西哥湾暖流及拉 布拉多寒流均增强，西北欧和美国东南部因受强暖洋流影响，出 现暖冬；同时为寒流控制的加拿大东岸及格陵兰西岸却非常寒冷。 反之北大西洋涛动弱，表明两个活动中心之间的气压差小，北大 西洋上西风减弱，为低指数环流。这时西北欧及美国东南部将出 现冷冬，而加拿大东岸及格陵兰西岸则相对温暖。 北大西洋涛动，英文名称：North Atlantic oscillation (NAO) 北大西洋涛动于1920年由Sir Gilbert Walker（G.沃克）发现。
• 全球气候系统的概念
三个因素推动了从经典气候到全球气候系统概念 的发展：
• 为了延长预报时效，必需考虑下边界：海洋、陆 面（包括地形）及冰雪的影响；
• 气候异常现象不是大气本身所能解释的；
• 人类活动对气候的影响已经达到了不可忽视的 地步。
二、气候学的发展
• 人类对气候的认识和研究，经历了3个发展阶段
候的长期平均状况。气候具有地方性的特点。
一、气候的概念
• 100多年来，“气候”的概念随人们对气候现象认识的不 断深入，而不断地变化：
– 洪堡（A.V.Humboldt, 1845） – 汉恩（J.Hann, 1908） – 柯本、阿里索夫等
• 经典的气候概念：（三个要素）
– 月平均气温 – 月总降水量 – 月平均气压 – 30年的观测值
哈尔滨气候特点是：夏季多雨，炎热；冬季寒冷干燥。 温度、降水的平均状况：T=3.5℃ P=554mm 温度、降水的极端状况：Tmax=36.7℃ Tmin=-38.7℃
Pmax= mm Pmin= mm
2、变化周期不同
天气：短期天气过程：活动时间≤5天 中期天气过程：活动时间5—10天 长期天气过程：活动时间10天—3个月
气象学与气候学基础
2011年9月
第一章 绪论
气象学与气候学的概念 气象学与气候学在国民经济 中的意义 气象学和气候学的发展
一、气象学的概念
• 1、定义：研究发生于大气中的的一切物理现
象和物理过程，探讨其演变规律和变化，并应用 于实践的科学。
•
物理现象：大气中的风、云、雨、雪、雹、冷
暖、干湿、光、电、声等现象。
天气过程、天气系统的成因、演变规律，并在天气预 报上应用的科学。 • 天气过程：天气系统的发生、发展、消失、演变 的全过程 • 天气系统：引起天气变化和分布的高压、低压、 高压脊、低压槽等大气运动系统。 • 天气预报：人们根据天气演变规律的认识，对未 来一定时期内天气变化作出的主观、客观的判断
2、研究对象： 地球上的大气
– 经验积累阶段（主要指16世纪以前） – 学科建立阶段（主要指16～19世纪） – 近代以来的发展阶段
• 19世纪后期，世界气象观测网逐渐形成 • 30年代初，T.H.P.伯杰龙和T.海赛尔贝格开创了天气气候
学 • 70年代起，气候学已扩展到气候系统的研究
当代气候学与传统气候学
• 传统气候学把气候当作静态来研究，只是描述某地区的气候 特点，而当代气候学则把气候看作是具有不同尺度（如年际尺 度、十年际尺度、百年际尺度和千年际尺度等）变化的复杂系 统，要求预测某个地区或全球范围的各种时间尺度的气候变 化；
温盐环流(thermohaline circulation、THC)
• 又稱「輸送洋流」、「深海環流」等，是一 個依靠海水的溫度和含鹽密度驅動的 全球洋流循環系統。這個系統的運作現 況是，以風力驅動的海面水流如墨西哥 灣暖流等將赤道的暖流帶往北大西洋， 暖流在高緯度處被冷卻後下沈到海底， 這些高密度的水接著流入洋盆南下前 往其他的暖洋位加熱循環，一次溫鹽循 環耗時大約1600年，在這個過程中洋 流運輸的不單是能量（溫度 / 熱能），當 中還包括地球固態及氣體資源等，不過 溫鹽環流最受人類關注的是其全球恆 溫的功能。溫鹽環流推測主要是由於北 大西洋及南冰洋之間的鹽分及溫差對 流而觸發的。
气候学：
1、定义：研究地球上气候的形成原因、分布类 型、变化规律的科学。 2、研究对象：地球上的气候。
二、天气与气候的区别
1、概念不同： 天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（温度、相 对湿度气压等）和大气现象（风、云、雨、雪、降水等）的综合。 属于短时间内的微观现象 气候：是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时 间相互作用，在某一时段内大量天气过程的综合。不仅包括该地 多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。 属于长时间宏观现象。 ①某一时段：≥30年 ②不仅包括该地多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的 极端天气状况。例如：
沃克环流
• 在赤道太平洋区域，由于 西太平洋暖池水温最高， 东太平洋水温最低，因此 西太平洋盛行上升气流， 升到高空后向东流去，到 达低温的东太平洋后转向 下沉，然后在海面上以东 风形式返回西太平洋。这 样，便构成了一个东西向 的大气环流圈，气象学上 称作“沃克环流圈”。
• 从气候动力学来研究气候。
三、20世纪气候学理论研 究的成就
1. 世界三大涛动 2. 大气环流 3. 月平均环流 4. 大气环流试验 5. 沃克环流 6. 温室效应
7. 月平均环流预测 8. ENSO预报 9. 时滞振子理论 10.温盐环流 11.季平均环流预测
世界三大涛动
• 北大西洋涛动（NAO） • 北太平洋涛动（NPO） • 南方涛动（SO）
• 传统气候学把气候因子局限于大气内部种种过程，而当代气 候学认为气候形成和变化不仅是大气内部状态和行为的反映， 而且是与大气有明显相互作用的海洋、冰雪圈、陆地表面及生 物圈所组成的复杂系统的总体；
• 在研究方法上，当代气候学除了继承并发展了传统气候学的 统计方法外，还要求对气候系统进行全面系统的观测和综合 分析，并对气候系统相互作用过程和气候形成、变化的动态过 程进行物理-动力学理论研究和数值模拟。
温室效应
‘温室效应’是指地球大气层上的一种 物理特性。假若没有大气层，地球表面的 平均温度不会是现在 适宜的15℃，而是 十分低的-18℃。这温度上的差别是由于 一类名为温室气体所引致，这些气体吸收 红外线辐射而影响到地球整 体的能量平 衡。在现况中，地面和大气层在整体上吸 收太阳辐射后能平衡于释放红外线辐射 到太空外(图一)。但受到温室气体的 影响， 大气层吸收红外线辐射的份量多过它释 放出到太空外，这使地球表面温度上升， 此过程可称为‘天然的温室效应’。但由 于人类活动释放出大量的温室气体，结果 让更多红外线辐射被折返到地面上，加强 了‘温室效应’的作用。
当代气候学的三个特点
• 从气候变化来研究气候；
– 由于认识到气候变化有一个很宽的时间谱，长者在 10000年以上，短到1年、季尺度。所以，现代气候是从变 动中认识气候，而不再仅仅局限于追求解释气候平均值。 这也就推动了气候预测研究的发展。
• 从气候系统来研究气候；
– 把研究范围扩大到整个气候系统，即包括大气、海洋、冰 雪、陆地、生物圈。因为人们已经发现，仅仅研究大气， 不可能认识气候形成的过程，也不可能对气候变化作出 有成效的预测。
大气环流
沃克环流（Walker circulation）
• 存在于赤道附近低纬度地带东西向的热力直接环 流。首先由J.皮耶克尼斯在1969年提出，他认为 这和早先G.T.沃克所称的南方涛动有联系（见大 气活动中心）。
• 在东太平洋赤道区，由于秘鲁寒流带来了冷海水， 又由于东风所引起的厄瓜多尔和秘鲁沿岸的海水 上翻，形成了一条从南美西岸沿赤道向西伸延的 冷水舌，致使赤道区太平洋西部和东部之间，出 现很大的温度差异：就多年平均来说，西太平洋 和印度尼西亚地区海水的水温较秘鲁沿岸水温约 高 8°C以上。这样，通过海洋对大气的加热作用， 就使暖空气在西太平洋和印度尼西亚一带上升到 高层之后，一部分向东流动，到达中、东太平洋冷 水区上空下沉，在低层转而向西流动，形成了一 个热力直接环流。这就是太平洋地区的沃克环流。
•
物理过程：增温、冷却、蒸发、凝结。
2、研究对象：
地球上的四大圈层之一——大气圈 主要研究内容：
①大气的一般特性：大气的组成、范围、结构、 温度、湿度、压力、密
度等。 ②大气现象的发生、发展、及能量的来源。 ③探求大气现象的本质、巡求变化规律。 ④将大气现象中的规律应用于实践。
Biblioteka Baidu
天气学：
• 1、定义：研究地球条件下不同的区域内所产生的
特点是：天气变化快，周期短。 气候：周期分季际、年、十年、百年、千年、万年 等。
特点是：气候变化慢，时间长。
3、各自研究的系统不同
天气：仅是大气中所产生的天气现象，是个单纯 的系统
气候：包括大气、水、冰雪、陆地、生物（动物、 植物、人）五个子系统。是个庞大的系统，各 个系统相互联系、作用、，并决定着气
簡化的北大西洋深層水流動循環圖，深色 的線表示海底的寒流，淡色的線代表海面 的暖流。
北大西洋涛动（NAO）
• 北大西洋上两个大气活动中心（冰岛低压和亚速尔高压）的气压 变化为明显负相关；当冰岛低压加深时，亚速尔高压加强，或冰 岛低压填塞时，亚速尔高压减弱。G.沃克称这一现象为北大西洋 涛动。北大西洋涛动强，表明两个活动中心之间的气压差大，北 大西洋中纬度的西风强，为高指数环流。这时墨西哥湾暖流及拉 布拉多寒流均增强，西北欧和美国东南部因受强暖洋流影响，出 现暖冬；同时为寒流控制的加拿大东岸及格陵兰西岸却非常寒冷。 反之北大西洋涛动弱，表明两个活动中心之间的气压差小，北大 西洋上西风减弱，为低指数环流。这时西北欧及美国东南部将出 现冷冬，而加拿大东岸及格陵兰西岸则相对温暖。 北大西洋涛动，英文名称：North Atlantic oscillation (NAO) 北大西洋涛动于1920年由Sir Gilbert Walker（G.沃克）发现。
• 全球气候系统的概念
三个因素推动了从经典气候到全球气候系统概念 的发展：
• 为了延长预报时效，必需考虑下边界：海洋、陆 面（包括地形）及冰雪的影响；
• 气候异常现象不是大气本身所能解释的；
• 人类活动对气候的影响已经达到了不可忽视的 地步。
二、气候学的发展
• 人类对气候的认识和研究，经历了3个发展阶段
候的长期平均状况。气候具有地方性的特点。
一、气候的概念
• 100多年来，“气候”的概念随人们对气候现象认识的不 断深入，而不断地变化：
– 洪堡（A.V.Humboldt, 1845） – 汉恩（J.Hann, 1908） – 柯本、阿里索夫等
• 经典的气候概念：（三个要素）
– 月平均气温 – 月总降水量 – 月平均气压 – 30年的观测值
哈尔滨气候特点是：夏季多雨，炎热；冬季寒冷干燥。 温度、降水的平均状况：T=3.5℃ P=554mm 温度、降水的极端状况：Tmax=36.7℃ Tmin=-38.7℃
Pmax= mm Pmin= mm
2、变化周期不同
天气：短期天气过程：活动时间≤5天 中期天气过程：活动时间5—10天 长期天气过程：活动时间10天—3个月
气象学与气候学基础
2011年9月
第一章 绪论
气象学与气候学的概念 气象学与气候学在国民经济 中的意义 气象学和气候学的发展
一、气象学的概念
• 1、定义：研究发生于大气中的的一切物理现
象和物理过程，探讨其演变规律和变化，并应用 于实践的科学。
•
物理现象：大气中的风、云、雨、雪、雹、冷
暖、干湿、光、电、声等现象。
天气过程、天气系统的成因、演变规律，并在天气预 报上应用的科学。 • 天气过程：天气系统的发生、发展、消失、演变 的全过程 • 天气系统：引起天气变化和分布的高压、低压、 高压脊、低压槽等大气运动系统。 • 天气预报：人们根据天气演变规律的认识，对未 来一定时期内天气变化作出的主观、客观的判断
2、研究对象： 地球上的大气
– 经验积累阶段（主要指16世纪以前） – 学科建立阶段（主要指16～19世纪） – 近代以来的发展阶段
• 19世纪后期，世界气象观测网逐渐形成 • 30年代初，T.H.P.伯杰龙和T.海赛尔贝格开创了天气气候
学 • 70年代起，气候学已扩展到气候系统的研究
当代气候学与传统气候学
• 传统气候学把气候当作静态来研究，只是描述某地区的气候 特点，而当代气候学则把气候看作是具有不同尺度（如年际尺 度、十年际尺度、百年际尺度和千年际尺度等）变化的复杂系 统，要求预测某个地区或全球范围的各种时间尺度的气候变 化；
温盐环流(thermohaline circulation、THC)
• 又稱「輸送洋流」、「深海環流」等，是一 個依靠海水的溫度和含鹽密度驅動的 全球洋流循環系統。這個系統的運作現 況是，以風力驅動的海面水流如墨西哥 灣暖流等將赤道的暖流帶往北大西洋， 暖流在高緯度處被冷卻後下沈到海底， 這些高密度的水接著流入洋盆南下前 往其他的暖洋位加熱循環，一次溫鹽循 環耗時大約1600年，在這個過程中洋 流運輸的不單是能量（溫度 / 熱能），當 中還包括地球固態及氣體資源等，不過 溫鹽環流最受人類關注的是其全球恆 溫的功能。溫鹽環流推測主要是由於北 大西洋及南冰洋之間的鹽分及溫差對 流而觸發的。
气候学：
1、定义：研究地球上气候的形成原因、分布类 型、变化规律的科学。 2、研究对象：地球上的气候。
二、天气与气候的区别
1、概念不同： 天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气状态（温度、相 对湿度气压等）和大气现象（风、云、雨、雪、降水等）的综合。 属于短时间内的微观现象 气候：是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动长时 间相互作用，在某一时段内大量天气过程的综合。不仅包括该地 多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的极端天气状况。 属于长时间宏观现象。 ①某一时段：≥30年 ②不仅包括该地多年平均天气状况，也包括某些年份偶尔出现的 极端天气状况。例如：