气象学与气候学课件

气象学与气候学廉丽姝曲阜师范大学地理与旅游学院绪论* 气象学与气候学研究的对象与内容* 气象学与气候学和地理学的关系* 气象学与气候学的发展简史一、气象学与气候学研究的对象和内容1、气象学研究的对象和内容大气圈（厚、严密）1）气象学及其研究对象“气”——大气“象”——现象、过程气象学：研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，并直接或间接用之指导生产实践为人类服务的科学2）气象学研究的内容（1）分支（2）基本内容* 把大气当作研究的物质客体来探讨其一般特性，如大气的组成、范围等。

* 研究导致大气现象发生发展的能量来源、性质及其转换* 研究大气现象的本质，从而能够解释大气现象，寻求控制其发生发展的规律* 探讨如何应用这些规律来改造自然、利用自然、使之更适合于人类生活和生产的需要2、气候学及其研究内容1）研究对象——气候、气候系统天气与气候* 定义天气是指某一地区，在某一瞬时或某一短时间内，大气状态和大气现象的综合。

气候是指在太阳辐射、大气环流、下垫面性状及人类活动，长时期相互作用下，大量天气过程的综合。

既包括该地多年来的平均状况，也包括个别年份出现的极端异常情况。

* 区别时间尺度不同；特征不同；内容不同。

2）气候学气候学是研究气候形成、分布与变化的科学一、气象学与气候学研究的对象和任务3 、本课程的基本任务和要求* 掌握气象学与气候学的基本知识和基本原理。

认识大气圈组成和基本物理特性（温、压、湿、风），能正确地解释天气现象和过程，掌握气候形成的机理、气候分类的方法及气候分布的规律。

解释不同地区的气候特征，研究气候变化的原因及其规律。

* 通过实践，掌握气象观测、气候统计分析和气候调查等的基本技能。

* 为后继课程的学习和中学地理教学奠定基础。

二、气象学与气候学和地理学的关系1、地理学研究的对象和内容——地理环境自然地理环境经济地理环境社会文化地理环境（人文地理环境）2、自然地理学研究的对象和内容部门自然地理综合自然地理区域自然地理3、气候学和地理学的关系三、气象学与气候学的发展简史1、萌芽时期* 时间16世纪中叶以前* 特点零碎的定性观察和描述，积累了一些感性认识和经验；对某些天气现象做出了一定的解释.具有天象学的性质。

* 主要成就我国：文字——观测记录、物候文献、经验知识；观测仪器——测风、测湿、测雨国外：希腊——亚里斯多德、“气候”2、初建时期* 时间：十六世纪中叶到十九世纪末* 主要成就温度表的发明（1593）气压计的发明（1643）天气图的发展（1860～1865）气候图（1879、1882）《气候学手册》（1883）* 特点：独立的学科3 、发展时期1）前期：20世纪前50年* 气象学方面主要成果锋面学说、长波理论、降雨学说* 气候学方面气候分类（1918，柯本）动力气候学（1930-1940，柯本和盖格儿）天气气候学的发展（1942，雅各布斯）2）近期：20世纪50年代以后开展大规模的观测试验对大气现象进行数值模拟把大气当作一个整体来研究气候系统概念的提出、国际合作、气候模式、交叉学科第一章大气概述* 大气的组成* 大气的结构——高度及垂直分层* 大气的物理性状第一节大气的组成大气是由多种气体混合组成的，此外，还悬浮有一些固体杂质和液体微粒。

一、干洁空气1、定义及组成“洁”——洁净定义：大气中除固体杂质和水汽之外的全部混合气体，称为干洁空气。

组成：干洁空气中大多数气体的临界温度低于自然情况下大气中可能出现的最低温度，CO2 的临界温度虽然较高，但它所对应的临界压力却大大超过其实际分压力。

因此，干洁空气中的所有成分都呈气体状态。

氮和氧容积占99.04％，加上氩，三者合占99.97％，其他气体仅占0.03%。

微量气体含量的表示：* 微量气体含量通常用体积或质量混合比表示，即单位体积（或质量）大气中微量气体所占体积（或质量）的比例。

* 以mL/L或mg/g表示* 也用ppm、ppb、ppt表示2）组成“单一”成分的气体，平均分子量28.97均质大气——90km以下非均质大气——90km以上主要成分（定常成分）——N2、O2 次要成分（可变成分）——CO2、O32、大气中的氮和氧①大气的起源* 原始大气（氢、氦为主）* 次生大气（水汽、二氧化碳等）* 现代大气（氮、氧为主要成分）②氮、氧的作用3、大气中的二氧化碳①来源* 动、植物的呼吸作用* 砍伐森林②分布和变化* 分布：①、垂直分布——20km以下②、水平分布——不均匀* 时间变化：季节变化——冬多夏少长期变化——增加③作用* 重要的温室气体* “空中肥料”引起气候变化的因素:自然波动: 太阳辐射的变化;火山爆发等；人类活动：温室气体和硫化物气溶胶的排放、土地利用的变化等。

4、大气中的臭氧①来源：光化反应②分布垂直分布规律“臭氧空洞”③作用“温室气体”“保护伞”经过多年的实际调查发现，在南极上空臭氧层出现“空洞”这一新现象，引起了世界各国科学家的极大注视。

近几年，每逢到8～11月时，美国的观测卫星便在南极上空拍摄照片，观察臭氧层的变化情况，发现臭氧层逐年变薄，并已形成一个相当大的空洞。

到目前为止，南极臭氧层空洞（简称为臭氧空洞）的面积已达900万平方公里。

南极臭氧空洞的解释：* 宇宙高能粒子簇破坏了臭氧层。

* 化学反应引起臭氧损耗造成臭氧空洞。

* 大量废气的排放使臭氧层出现空洞。

早在20世纪70年代初期，科学家们指出人类向大气中排放的氟氯烃等物质会使大气中的臭氧遭到破坏，随后联合国环境署制定了“世界保护臭氧层行动计划”。

1985年21个国家的政府代表签署了《保护臭氧层维也纳公约》，呼吁各国政府采取联合行动，保护臭氧层。

1987年9月，36个国家和10个国际组织的140名代表和观察员在加拿大蒙特利尔集会，通过了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，进一步提出了控制消耗臭氧层物质的具体措施和方案。

到目前为止，《议定书》的缔约方已达到165个之多，反映了世界各国政府对保护臭氧层工作的重视和责任。

联合国环境署还规定从1995年起，每年9月16日为“国际保护臭氧层日”，以增加世界人民保护臭氧层的意识，提高参与保护臭氧层行动的积极性。

我国政府和科学家们非常关心保护大气臭氧层这一全球性的重大环境问题。

我国早于1989年就加入了《保护臭氧层维也纳公约》，先后积极派团参与了历次的《公约》和《议定书》的缔约国会议，并于1991年加入了修正后的《议定书》。

我国还成立了保护臭氧层领导小组，开始编制并完成了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案》。

根据这一方案，我国已于1999年7月1日冻结了氟氯化碳的生产，并将于2010年前，全部停止生产和使用所有消耗臭氧层物质。

二、大气中的水汽1、来源* 水面的蒸发* 植物的蒸腾2、分布* 垂直分布——主要集中在大气的底层* 水平分布——海洋上空多于陆地上空* 时间变化3、作用* 天气变化的重要角色* 影响能量的传输和转化三、大气气溶胶——大气中悬浮的固体和液体微粒1、来源* 自然源——火山喷发、被风吹起的土壤微粒、海水飞溅等* 人为源2、分布* 垂直分布* 水平分布3、作用* 破坏能见度* 凝结核§1.2 大气的结构一、大气的高度大气的总质量：5.27×1018kg大气密度随高度的变化* 物理上界——极光、1200km* 着眼于大气密度——2000～3000km二、大气的垂直分层1、垂直分层的依据大气在垂直方向上物理性质有显著差异2、大气的垂直分层对流层的范围* 纬度变化低纬度地区——17～18km中纬度地区——10 ～12km高纬度地区——8 ～9km* 季节变化——夏季> 冬季对流层的内部结构* 下层——扰动层、摩擦层、行星边界层* 中层* 上层* 对流层顶**霾，也称灰霾（烟霞），是指原因不明的因大量烟、尘等微粒悬浮而形成的浑浊现象。

霾的核心物质是空气中悬浮的灰尘颗粒。

空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子也能使大气混浊，视野模糊并导致能见度恶化，如果水平能见度小于10000米时，将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾（Dust-haze），香港天文台称烟霞(Haze)。

**霾和雾：区别在于发生霾时相对湿度不大，而雾中的相对湿度是饱和的(如有大量凝结核存在时，相对湿度不一定达到100％就可能出现饱和)。

一般相对湿度小于80％时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾造成的，相对湿度大于90%时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是雾造成的，相对湿度介于80-90%之间时的大气混浊视野模糊导致的能见度恶化是霾和雾的混合物共同造成的，但其主要成分是霾。

对流层的主要特征* 一是温度随高度的升高而降低；因为该层的热量来自于地面的长波辐射，平均气温递减率为0.65oC/100m；* 二是具有强烈的对流运动；因为地面受热不均。

* 三是天气现象复杂多变；几乎所有的水汽、云、雨、雷、电等现象都发生在此层。

平流层的特征* 气温随高度升高的分布下层：其上界离地面约35~40km，为同温层上层：其上界离地面约50~60km，为逆温层，即气温随高度的升高而降低。

因为平流层上层含有大量的臭氧，臭能大量地吸收太阳紫处线而增温。

* 气流以水平运动为主，逆温的存在，对流不易产生。

* 水汽、尘埃含量少，天气晴朗，能见度好。

中间层的特征高度：平流层顶至85km处。

（1）温度随高度的升高而迅速下降。

因为臭氧的含量下降。

（2）空气以垂直运动为主。

但由于空气稀薄，所出现的天气现象已不如对流层复杂。

（3）在80km处白天出现一个电离层。

暖层的特征高度：增温——等温；中间层至800km处（1）空气质量小，空气稀薄，空气密度只占空气总质量的0.5%，在120km高空，空气密度小至声音都难于传播。

（2）温度随高度升高而升高。

因为所有波长小于0.175μm的太阳紫外辐射都被暖层中的大气物质所吸收。

（3）空气处于高度电离状态，能反射无线电波。

（4）出现极光现象。

散逸层（外层）的特征因大气十分稀薄，离地面远，受地球引力场约束微弱，一些高速运动的空气质点就能散逸到星际空间，所以本层称为散逸层。

根据宇宙火箭探测资料，地球大气层之外，还有一层极其稀薄的电离气体，可伸展到22000 公里高度，称为地冕。

这可能就是地球大气层向宇宙空间的过渡区域。

从大气与地表自然环境之间关系来说，对流层具有特别重要的意义。

本节总结：* 大气是各种气体的混合物，严格地讲还含有少量悬浮的固体和液体微粒。

氮、氧、氩是组成空气的基本成分；二氧化碳、臭氧等的含量与人类活动有密切的关系；水汽等是易变的成分。

* 大气成分、温度、密度等在垂直方向上存在显著差异，由此可将大气分为五层：对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层。