《气象学与气候学基础》第一章：绪论.
气象学与气候学第一章引论2共17页
万平方公里）
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水圈：海洋是由世界大洋和邻近海域的含盐海水所组 成。其总面积为3.6 亿km2，约占地球表面的71％， 相当于陆地面积的2.5倍。无论从力学和热力学效应
来看，海洋在气候系统中具有最大的惯性，是一个巨 大的能量贮存库。
理想气体状态方程 干空气状态方程 湿空气状态方程 虚温的引入及意义
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谢谢！
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大 气 的 气 体 组 成 成 份
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飞机一般在什么高空中飞行？
臭氧层作为人类生存环境的天然屏障，一 般在什么高度？
无线电短波通信一般依靠哪一层？
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水圈、陆面、冰雪圈和生物圈
陆面：岩石圈。在近代气候变化的时间尺度内，除火 山爆发外，对大气的作用主要还是发生在陆地表面。
冰雪圈：冰川和冰原的体积变化与海平面高度的变化 有很大关系。由于冰雪具有很大的反射率，在冰雪覆
盖下，地表（包括海洋和陆地）与大气间的热量交换
被阻止，因此冰雪对地表热量平衡有很大影响。它是 气候系统中的一个重要子系统。
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气候形成的三大因素
太阳辐射——大气活动的能量之源，大气 过程的主宰力量。（外部因素）
大气环流——输送热量和水分的机制，是 直接控制气候过程的因素。（本身）
地理环境——下垫面的影响、人类活动的 影响。只有地理条件才是气候特征的决定 因素。
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气象基础知识
氧是一切生命所必须的，这是因为动物和植 物都要进行呼吸，都要在氧化作用中得到热 能以维持生命。氧还决定着有机物质的燃烧、 腐败及分解过程。植物的光合作用又向大气 放出氧并吸收二氧化碳。 氮 (N2) 氮能够冲淡氧，使氧不致太浓，氧化作用不 过于激烈。大量的氮可以通过豆科植物的根 瘤菌固定到土壤中，成为植物体内不可缺少 的养料。 近期研究发现雷电是制造天然优质的“氮肥 厂”
水汽含量虽然不多，但它在大气温度变化范 围内可以发生汽态、液态和固态三相转化;
人们常见的云、雾、雨、雪等天气现象，都 是水汽相变的表现。此外; 水汽还善于吸收和放射长波辐射，显著影响 大气和地表的温度。
3、固体杂质 大气中悬浮着多种固体微粒和液体微粒， 统称大气气溶胶粒子。
固体微粒有的来源于自然界，如火山喷发的 烟尘，被风吹起的土壤微粒，海水飞溅扬入 大气后而被蒸发的盐粒，细菌、微生物、植 物的孢子花粉，流星燃烧所产生的细小微粒 和宇宙尘埃等；
臭氧( O3)： 臭氧的生成有三条途径：太阳紫外线作用； 有机物氧化；雷电作用. 臭氧垂直分布： 从5—10公里高度出现，向上逐渐增加， 20—30公里达最大，再向上逐渐减少， 50—60公里高度消失。
大气臭氧浓度随高度的变化
臭氧的作用：
①臭氧的生成与分解，吸收了全部的紫外线， 对地面生 物起屏蔽作用。
概念差别：
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，研究对象：地球上的 大气 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下，在某一时段内天气 过程的综合。包括平均天气状况，也包括极端天气 状况。 属于长时间宏观现象，研究对象：气候系统（五 大圈）
气象学与气候学_第一章_1
b.白云 如果形成散射的粒子的形状 是球形的，而且其直径并不比阳 光的波长小，所有的波长都是平 均地被散射的，这种散射称迈耶 散射。因此，云是白色的。 c.风 有风就说明有物质的存在， 因为风是由于大气不同部位的压 力差别造成的。如果在真空中就 不会有风了。
d.流星 流星就是陨石穿过大气层时，由于其速度太快，与大气 摩擦产生热使陨石燃烧起来。 否则我们的地球也与月球一样“ 千疮百孔”。
物理现象
物理过程
CO2增加可使大气增温。
地球上的水汽循环
b. 气象学的研究对象
——地球上的大气
其中主要内容有：
（1）大气一般的组成、范围、结构及各种要素等；
（2）大气现象的发生、发展及能量来源； （3）探求大气现象的本质及其变化规律； （4）将大气现象中的规律应用于实践。
气象学因国民经济建设和人民生活要求，已形成
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2.2 大气圈
大气圈是指因地球的引力而聚集在地表周围的气 体圈层。 大气圈无色无味，那么它是否真的存在呢？
大气圈存在的主要证据或现象
大气圈存在的主要证据或现象:
a.蓝色的天空 这是由于大气中的一些非常细小物质成分，如气体、粉尘等 非球形微粒，它们的直径较阳光的波长小得多，因此，蓝色的散射 量较之于其他任何一种颜色能更多地被选择散射。这种散射称瑞利 散射。
O2、N2 、 CO2 、O3
O2的作用 （1）用于呼吸作用维持生命，新陈代谢 （2）有机物燃烧、腐化、分解 （3）植物光合释放氧气
N2的作用 （1）冲淡氧气，控制氧化速率 （2）固氮，植物养料 CO2的来源及作用 来源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸 作用：温室气体，植物光合作用原料
一丝不苟——座右铭 排万难冒百死以求真知——做人原则 博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之——处世原则
气象学与气候学
⽓象学与⽓候学第⼀章引论⼤⽓圈：由于地球的引⼒作⽤，地球周围聚集着⼀个⽓体圈层，构成了所谓的⼤⽓圈。
⽓象：发⽣在⼤⽓中的各种物理现象和过程（冷热、蒸发、降⽔）。
天⽓：指瞬时间或短时间内（⼏分钟到⼏天）的⽓象要素的综合状态。
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下，在某⼀时段内⼤量天⽓过程的综合。
包括百年平均状态，也包括多年特殊状况。
⽓候系统：⽓候系统是⼀个包括⼤⽓圈、⽔圈、陆地表⾯、冰雪圈和⽣物圈在内的，能够决定⽓候形成、⽓候分布和⽓候变化的统⼀的物理系统。
⼤⽓圈：⼤⽓圈是⽓候系统中最活跃、变化最⼤的组成部分。
对流层的特征：⽓温随⾼度增加⽽降低；垂直对流运动显著；⽓象要素⽔平分布不均匀。
⽔汽压（e）：⼤⽓中的⽔汽所产⽣的那部分压⼒称⽔汽压（e）。
饱和⽔汽压（E）：如果⽔汽含量达到限度，空⽓呈饱和状态，这时的空⽓称饱和空⽓，饱和空⽓的⽔汽压称饱和⽔汽压，饱和⽔汽压随温度的升⾼⽽增⼤。
饱和差：在⼀定温度下，饱和⽔汽压与实际空⽓中⽔汽压之差称饱和差（d).即：d=E-e意义：d表⽰实际空⽓距离饱和程度。
D越⼤，越不饱和D=0，空⽓达到饱和D>0，不饱和D<0，过饱和露点：在空⽓中⽔汽含量不变，⽓压⼀定下，使空⽓冷却达到饱和的湿度，称露点温度。
结论：⽓压⼀定时，露点的⾼低之与空⽓中的⽔汽含量有关，⽔汽含量越多，露点越⾼。
所以露点也是反映空⽓中⽔汽含量多少的物理量。
TD和T（常温）意义：TD=T，空⽓饱和TD—T<0，空⽓不饱和TD—T>0，空⽓饱和⼲空⽓的状态⽅程：第⼆章⼤⽓的热能和温度基尔荷夫定律：放射率=吸收率防⾝能⼒越强，吸收能⼒越强斯蒂芬—玻⽿兹曼定律：物体的放射能⼒是随温度、波长⽽改变的。
随着温度的升⾼，⿊体的放射能⼒增强。
因⽽物体放射的总能量也会显著增⼤。
⿊体的总放射能⼒与它本⾝的绝对温度的四次⽅成正⽐。
维恩（Wein）位移定律：物体的温度愈⾼，其辐射极⼤值所对应的波长愈短；反之，物体的温度愈低，其辐射的波长则愈长。
01气象学与气候学第一章绪论1
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极端高温事件：当某一观测站，最高气温超过其气候标准 期（1981-2010年）年最高气温的95%分位阈值时，定义为 一次极端高温事件。 极端连续高温事件：当某一观测站，连续高温（≥35℃）日 数超过其气候标准期（1981-2010年）年最长连续高温日数 95%分位阈值时，定义为一次极端连续高温事件。
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课程目的
• 通过本课程学习，了解气象学与气候学基 本知识，有一定的气象气候观测、资料整 理的技能，了解气象气候学在地理、环境、 资源等学科方面的应用和发展状况。
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构成及主要内容
• 第一章引论 • 第二、三、四章为气象学基本内容，这些 气象要素构成了第五章天气系统 • 第六、七、八、九为气候学的基本内容 重点内容： 大气的热能、水分、运动、天气系统、气 候形成、气候带气候型、气候变化和人类 活动对气候的影响。
• 今夏气温偏高 局地高温极端性明显 据统计，今年夏季我国平均气温为21.4℃，较常年同期（21.0℃） 偏高0.4℃。全国共有89站发生极端高温事件 ，其中3站日最高温突 破历史纪录。较为显著的是，河南宜阳（42.8℃）等7站出现日最高 温超过42℃的极端酷热天气。 8月高温天气持续时间长，入夏以来全国共有198站出现极端连续高 温日数事件 ，主要分布于黄淮西部、江淮西部、江汉东部、川渝、东 南沿海等地，其中18站连续高温日数达到或突破历史极值，重庆开县 （28天）和奉节（22天）连续高温日数超过20天。 8月上中旬，受持续高温及降水偏少影响，重庆、湖北、河南等地 一度出现干旱。湖北28个县（区、市）、河南南阳市唐河县、重庆万 州区、湖南桑植县等地出现人畜饮水困难、农作物受旱现象。8月下 旬以来上述旱区普遍出现降水，气象干旱得到缓和。
《气象学与气候学》-课程教学大纲
《气象学与气候学》教学大纲一、课程基本信息：课程编号：16116603课程中文名称：气象学与气候学课程英文名称：Meteorology and Climatology课程类别：学科基础课适用专业：自然地理学专业开课学期：春季总学时：本科48学时（理论课36学时+实验12学时）总学分：本科3分编写日期：2020年12月20日教研室名称：自然地理学教研室考核方式：闭卷二、课程简介：气象学与气候学是自然地理学专业必修的专业基础课程。
课程系统地讲述了气象学、天气学、气候学的基本原理和基本概念及各部分内容在实践中的应用实例。
课程内容主要包括大气热学、大气水分、大气运动、天气系统、气候形成、气候带和气候型、气候变化及其对人类活动的影响等。
教材：姜世中•气象学与气候学（第一版）北京：科学出版社，2010.11三、教学目标：本课程是自然地理的一个重要组成部分，通过系统的学习，应使学生全面地掌握大气中的物理现象、物理过程和大气运动的基本原理；天气演变和气候的形成、分布、变化的基本原理；了解人类对天气的影响和改造的基本原理；培养学生刻苦钻研，科学探索，一丝不苟，实事求是，勇于奉献的精神，成为有担当的新时代青年。
四、教学内容及要求第一章绪论（一）目的与要求使学生了解气象学与气候学研究的学科体系与研究内容、主要分支学科、研究特点等。
通过对我国近代地理学和气象学奠基人——竺可桢的介绍，让学生深刻感受名人的爱国报国情怀和一丝不苟、科学求真的“竺可桢精神”。
培养学生成为爱国家、有理想、有担当的新时代有为青年。
（二）教学内容第一节气象学与气候学的研究对象和分科第二节大气、天气、气候和气候系统的概念第三节气象学与气候学的研究方法及发展简史（在讲述我国气象学与气候学发展简史的时，在阐述竺可桢对我国气象学与气候学做出卓越贡献的同时，也讲述了他“一丝不苟”的座右铭、“排万难冒百死以求真知”的做人原则和“博学之，审问之，慎之，明辨之，笃行之”的处世原则，鼓励学生学习匠人精神。
气象学与气候学基础绪论
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。
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。
•
物理过程：增温、冷却、蒸发、凝结。
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。
气象学与气候学 第一章 引论
O + O
O2 + O
O3
原因： 原因：
在上层大气中，紫外线强度很大， 在上层大气中，紫外线强度很大，氧气分子多分 离成氧原子。 离成氧原子。
在较低层大气中， 数量充足， 在较低层大气中， O2和O数量充足，为O3形成提供了 物质条件，因而在距地面30千米处臭氧混合比最大， 物质条件，因而在距地面30千米处臭氧混合比最大， 30千米处臭氧混合比最大 再通过下沉作用， 20 25千米处最多。 25千米处最多 再通过下沉作用，在20—25千米处最多。 在低层大气中由于，短波紫外辐射减弱， 在低层大气中由于，短波紫外辐射减弱，氧原子形成 微弱，故臭氧比重减少。 微弱，故臭氧比重减少。
通论自然地理学 自然地理学基本理论 综合自然地理学 综合自然地理学 气象学与气候学 地质学基础 自然地理学 部门自然地理学 土壤地理学 水文学 植物地理学 中国自然地理学 区域自然地理学 外国自然地理学 地貌学
本课作业： 本课作业：
1、气象学研究的基本内容是什么？气候学研究的基本内容 气象学研究的基本内容是什么？ 是什么？ 是什么？
2、何谓天气？何谓气候？二者有何区别？ 何谓天气？何谓气候？二者有何区别？
*3、简述气象学、气候学与自然地理学的关系。 *3、简述气象学、气候学与自然地理学的关系。
第二节 气候系统概述
一、气候系统的组成
气候系统一般包括五个物理组成部分，即大气圈、 海洋） 气候系统一般包括五个物理组成部分，即大气圈、水圈（海洋）、 冰雪圈、陆地表面和生物圈。各部分简述如下： 冰雪圈、陆地表面和生物圈。各部分简述如下：
山脉对太阳辐射、大气运动和云雨分布都有不同的影响， 山脉对太阳辐射、大气运动和云雨分布都有不同的影响，往往是气 候的分界。 候的分界。 土壤是大气中游离物质的主要的一个来源，在气候变化中有巨大影响。 土壤是大气中游离物质的主要的一个来源，在气候变化中有巨大影响。
第一章 气象学与气候学
这一时期气象学与气候学的主要 研究成果有：关于海平面上风压关系 定律、气旋模式和结构、大气中光电 现象和云雨形成的初步解释、大气环 流的若干现象解释等。
我国气象学处于长期停顿状态。 在这一时期，帝国主义为了侵略我国， 纷纷在我国设立气象观测机构，收集 气象资料为其军事、经济侵略服务。
总之，在气象学萌芽时期，我国和希 腊是露过锋芒的，这时从学科性质来讲， 气象学与天文学是混在一起的，可以说具 有天象学的性质。
㈡发展初期
发展初期包括16世纪中叶到19世纪 末。1593年意大利学者伽利略 （Galileo)发明温度表。1643年意大 利学者托里拆利（Torricelli）发明气 压表。1783年索修尔（Saussure)发 明毛发温度表。1653年在意大利北部 首先建立气象台，此后其它国家亦相
在地理系、环境科学系等系科开设的 气象学与气候学是以普通气象学为基础， 以气候学为重点的专业基础课程，也是基 础技术训练课程，它的基本任务是：
㈠通过实践，掌握气象观测，气候统 计分析和气候调查的方法，来记叙所观测 到的气候现象，从定性和定量两方面说明 它们的特征。
㈡探讨它们的正确解释和研究它们的 发展规律，特别要掌握天气演变和气候形 成的规律性，了解和解释各不同地区的气 候特征，弄清气候资源及其地理分布，进 行气候分类和气候区划，研究气候变迁的 原因及其规律。
大气中的氧是一切生命所必须的，氧还 决定着有机物质的燃烧 、腐败及分解过程。
大气中的氮能够冲淡氧，使氧不致太浓，
氧化作用不过于激烈。
大气中的水汽来自江、河、湖、海及潮湿
物体表面的水分蒸发和植物的蒸腾，并借助 空气的垂直交换向上输送。空气中的水汽含 量有明显的时空变化，一般情况是夏季多余 冬季。低纬度暖水洋面和森林地区的低空水 汽含量最大，按体积来说可占大气的4％，而 在高纬度寒冷干燥的陆面上，其含量则极少， 可低于0.01％。从垂直方向而言，空气中的 水汽含量随高度的增加而减少。观测证明， 在1.5～2km高度上，空气中水汽含量已减少 为地面的一半；在5km高度，减少为地面的 1/10；再向上含量就更少了。
天气学和气候学基础
第一章绪论1、气象学：研究大气现象(风、云、雨、雪、干、湿、雷、电等)及其状态（温度、压强、湿度、密度等）的形成原因、变化规律和时空分布的科学。
2、按传统，气象学分为物理气象学、天气学、动力气象学。
3、某一瞬间大气的状态和大气现象的综合称为天气。
研究地理条件不同的区域内所发生的大气过程的规律，以寻求预测天气变化方法的学科便是天气学。
4、气候：是在太阳辐射、大气环流、下垫面的影响下形成的天气的多年综合状况。
气候学：是研究气候的特征、分布、变化、形成及其与人类活动相互关系的学科。
5、世界气象组织认为，30年时段的气候平均状况具有一定的代表性，基本能反映出当地的气候特征。
第二章大气的基本情况1、气候系统是那些能够决定气候形成及其变化的各种因子的统一体。
包括5个物理组分：大气圈、水圈、冰雪圈、陆地表面、生物圈。
2、包围地球的气体外壳称为大气圈，大气圈是气候系统中最活跃、变化最大的组成部分，通过铅直和水平的热量传输，大气圈对于外部施加影响的响应时间约为1个月，如果没有补充大气动能的过程，动能因摩擦作用而耗尽的时间也是1个月。
3、大气中，除水汽、液体和固体杂质以外的整个混合气体，称为干洁空气，简称干空气，要成分是N2 （氮）、O2（氧）、Ar（氩）约占总容积的99.97=6%。
氮是大气中最多的气体。
4、干洁大气中对人类活动影响比较大的成分是氮、氧、臭氧和二氧化碳。
5、大气中的水汽来自江、河、湖、海及潮湿物体表面的水分蒸发和植物的蒸腾。
空气中的水汽含量随高度的增加而减少，1.5-2km高度上，空气中的水汽含量已减少为地面的一半。
6、大气在垂直方向上分为五层：对流层、平流层、中间层、热层、散逸层。
7、对流层集中了整个大气3/4的质量和几乎全部的水汽，通过对流和湍流运动，云、雾、雨雪等主要大气现象都出现在此层，对流层厚度因纬度和季节的不同而不同：热带较厚，寒带较薄；夏季较厚，冬季较薄。
赤道地区对流层厚度可达16～18千米，中纬度地区约10～12千米，两极地区约7～8千米。
《气象学与气候学教学课件》0-绪论
02
气象学与气候学概述
气象学定义
气象学是一门研究地球大气圈中发生的各种气象现象、大气 过程的学科。它涉及到大气圈中的风、云、雨、雪、雷电、 雾、霾等天气现象的形成、演变和预测，以及大气圈与其他 圈层相互作用对地球气候的影响。
气象学的研究方法包括观测、实验、数值模拟和理论研究等 ，它为天气预报、气候预测和环境监测等领域提供了重要的 科学依据。
掌握气象学与气候学的基本概念、原理和方法。
了解地球气候系统的组成、结构和功能，理解气 候变化的原因、机制和影响。
掌握气象观测和数据分析的基本技能，培养解决 实际问题的能力。
本课程的学习方法
注重理论与实践相结合
在学习基本理论的同时，关注实际应用和案 例分析，通过实践加深对理论的理解。
跨学科学习
结合地理学、环境科学、物理学等相关学科的知识 ，全面理解地球气候系统的复杂性和相互关联性。
气候变化研究
总结词
气候变化研究是气象学与气候学的核心任务之一，通过对历史气候数据的分析以及对未来气候变化的 预测，为全球环境保护和可持续发展提供科学依据。
详细描述
气候变化研究是当前全球面临的重要问题之一。通过对长时间尺度的气候数据进行分析，气象学家和 气候学家能够了解地球气候系统的演变规律，探究气候变化的成因和机制。同时，预测未来气候变化 对于制定应对策略、减少温室气体排放、保护生态环境等方面具有重要意义。
02
通过实验设计和操作，探究气象 学与气候学的原理和规律，培养 科学探究的能力和精神。
培养分析和解决问题的能力
分析和解决问题的能力是气象学与气 候学学习中必不可少的能力，学生应 在学习过程中注重培养。
通过案例分析和实际问题解决，提高 分析问题的能力和解决实际问题的能 力，为未来的学习和工作打下坚实的 基础。
气象学与气候学复习重点
气象学与气候学复习重点第一章绪论1.天气与气候的区别（时间、空间尺度）2.气象学发展历程：气象仪器、无线电报、无线电探空仪、遥感探测、自动气象站第二章大气的基本情况1.大气组成：干洁空气（N2、O2、CO2、O3）、水分、悬浮杂质2.大气的垂直结构（温度、成分、电荷、大气垂直运动）a.对流层：①气温随高度增加而降低②垂直对流运动③气象要素水平分布不均匀④主要大气现象发生在此层分层：贴地层、摩擦层、对流中层、对流上层、对流层顶b.平流层：①25km（臭氧层）以下，气温保持不变；25km以上，气温随高度增加而显着升高。
(臭氧层能大量吸收太阳辐射热而使空气温度大大升高)②空气运动以水平运动为主，无明显的垂直运动。
③水汽和尘埃含量极少，晴朗少云，大气透明度好，气流比较平稳，适宜飞机航行。
c.中间层：温随高度增加而迅速下降，并有强烈的垂直运动。
d.热层：气温随温度的增加而迅速增高；电离现象e.散逸层3. 气象要素：气温、气压、湿度、风向、风速、云量、降水量、能见度a.比湿：一团湿空气中，水汽质量与该团空气总质量（水汽与干空气的质量）的比值；b.露点：空气水汽含量不变，气压一定时，使空气达到饱和时的温度,称露点温度气压一定时，露点的高低只与空气中水汽含量有关，水汽含量高，露点高；实际大气中，空气经常处于未饱和状态，露点温度比气温低第三章辐射系统1.辐射通量及辐射通量密度定义辐射通量：单位时间通过任意面积上的辐射能量辐射通量密度：单位面积上的辐射通量2.辐射规律（选择）a.基尔荷夫定律(选择吸收定律)黑体吸收（放射）能力最强同一物体，温度T时它放射某一波长的辐射，同一温度下也吸收这一波长的辐射。
b.斯蒂芬—波尔兹曼定律：物体温度越高，放射能力越强c.维恩位移定律：物体的温度愈高，放射能量最大值的波长愈短，随着物体温度不断增高，最大辐射波长向短位移。
太阳辐射是短波辐射；地面、大气辐射是长波辐射。
3.太阳辐射◆太阳辐射光谱：可见光（50%）、红外区（43%）、紫外区（7%）◆太阳常数：指在日地平均距离条件下，在大气上界，垂直于太阳光线的单位面积，单位时间内获得的太阳辐射能量。
《气象学与气候学基础》第一章：绪论
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。
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 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 候的长期平均状况。气候具有地方性的特点。
• 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. 2. 3. 4. 5. 6. 世界三大涛动 大气环流 月平均环流 大气环流试验 沃克环流 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）
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。 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.
气象学与气候学基础
气象学与气候学基础•目录：•前言•第一章绪论•1.1气象学与气候学的概念•1.1.1气象学的概念•1.1.2气候学的概念•1.2气象学与气候学在国民经济中的意义•1.2.1气象气候情报服务•1.2.2天气、气候预报服务•1.2.3气候资源的开发利用•1.2.4人工影响天气和改善气候环境•1.3气象学和气候学的发展•总结与提要•复习思考题••第二章大气的基本情况•2.1大气圈和气候系统•2.1.1大气圈•2.1.2水圈、陆面、冰雪圈和生物圈概述•2.1.3气候系统内部各成员间的相互作用•2.2主要气象要素•2.2.1气温•2.2.2气压•2.2.3湿度•2.2.4降水•2.2.5风•2.2.6云量和云状•2.2.7能见度•2.3空气的状态方程•2.3.1理想气体的状态方程•2.3.2干空气的状态方程•2.3.3湿空气状态方程与虚温•总结与提要•复习思考题••第三章辐射过程•3.1辐射的基本知识•3.1.1辐射与辐射能•3.1.2辐射光谱•3.1.3物体对辐射的吸收、反射和透射•3.1.4辐射的基本定律•3.2太阳辐射•3.2.1大气上界的太阳辐射•3.2.2太阳辐射在大气中的减弱•3.2.3到达地面的太阳辐射•3.2.4地面对太阳辐射的反射•3.2.5地球行星反射率•3.3地面和大气的辐射•3.3.1地面和大气的长波辐射•3.3.2大气对长波辐射的吸收•3.3.3地面有效辐射•3.3.4长波射出辐射•3.4辐射差额•3.4.1辐射差额•3.4.2地气系统辐射差额的地理分布•3.5全球热量平衡•3.5.1地面热量平衡•3.5.2全球热量平衡模式•3.6天文气候带•3.6.1赤道带•3.6.2热带•3.6.3副热带•3.6.4温带•3.6.5副寒带•……•第四章大气的热力学过程•第五章大气中的水分•第六章气压变化和大气的水平运动•第七章大气环流•第八章天气系统•第九章下垫面对气候的影响•第十章人类活动对气候的影响•第十一章气候的分布和气候分类•第十二章气候变化•附图世界气温、降水资料测站位置图•附表世界气候资料表•主题词索引•参考文献。
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• 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。
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
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
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）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
•
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。
天气学：
• 1、定义：研究地球条件下不同的区域内所产生的
• 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）
• 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
• 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”。
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。
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：
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。
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。
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。
– 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。
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