第1章绪论1.ppt

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1、大气科学概论大气科学概论2本课程主要内容本课程主要内容1 1、绪论绪论2 2、地球大气、地球大气3 3、辐射与辐射平衡、辐射与辐射平衡4 4、大气温度、大气温度5 5、大气中的水汽、大气中的水汽6 6、大气运动、大气运动7 7、天气和天气系统、天气和天气系统8 8、气候、气候系统和全、气候、气候系统和全球变暖球变暖3主要参考书主要参考书 1.J.M华莱士，华莱士，PV霍希顿，霍希顿，大气科学概观大气科学概观，上海科学技术出版社，上海，上海科学技术出版社，上海，1981周淑贞主编，气象与气候学，高等教育出版社，周淑贞主编，气象与气候学，高等教育出版社，1997李爱贞等，气候系统变化与人类活动，气

2、象出版社，李爱贞等，气候系统变化与人类活动，气象出版社，2003盛裴轩盛裴轩 毛节泰毛节泰 李建国李建国 ，大气物理学，大气物理学，北京大学出，北京大学出版社版社，20034课程要求课程要求1.8次课堂学习，请记好笔记次课堂学习，请记好笔记2.期中开卷考试（期中开卷考试（70-80%）3.课后复习和自学课后复习和自学 大气科学的研究领域很广，其基本内容是：大气科学的研究领域很广，其基本内容是：（1）把大气当作研究的物质客体来探讨其特性和状态，如大气的组成、范围、）把大气当作研究的物质客体来探讨其特性和状态，如大气的组成、范围、结构、温度、结构、温度、湿度、压强和密度等等；湿度、压强和密度等等；

3、（2）研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及其转化；）研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及其转化；（3）研究大气现象的本质，从而能解释大气现象，寻求控制其发生、发展和）研究大气现象的本质，从而能解释大气现象，寻求控制其发生、发展和 变化的规律；变化的规律；（4）探讨如何应用这些规律，通过一定的措施，为预测和改善大气环境服务如人工影响天气、）探讨如何应用这些规律，通过一定的措施，为预测和改善大气环境服务如人工影响天气、人工降水、消雾、防雹等），使之能更适合于人类的生活和生产的需要。人工降水、消雾、防雹等），使之能更适合于人类的生活和生产的需要。希腊哲学家希腊哲学家 Aristotl

4、e（340 BC）著著Meteorologica，记述天气与气候相关的知识记述天气与气候相关的知识，综合综合论述水、空气和地震等问题对大气现象也作了适当论述水、空气和地震等问题对大气现象也作了适当的解释。的解释。“meteoros”希腊希腊字意指在高空中。字意指在高空中。Meteorology一字表示由高空掉落以及在一字表示由高空掉落以及在空气空气中各中各种种过程过程或或现象现象。希腊哲学家希腊哲学家 狄狄奥奥佛拉斯塔佛拉斯塔（287 BC），），Book of Signs，第一本第一本天气预报天气预报的的书书，利用，利用与与天天气变化有关气变化有关的的信息信息来来预报天气预报天气。气象学气象

5、学成成为为自然科自然科学学源源于于利用科利用科学仪器来学仪器来來來量度量度气象要素的变化气象要素的变化。意大利天文意大利天文学学家家 伽利略伽利略(1593)：温度表温度表。意大利意大利数学数学及物理及物理学学家家托里拆利托里拆利(1643)：水：水银气压表银气压表。法法国数学哲学国数学哲学家家 帕斯卡帕斯卡和和笛卡笛卡尔尔(17世纪世纪)：气压随气压随高度高度变化变化。英英国国科科学学家家 虎虎克克(17世纪世纪)：风风速速计计。德德国国物理物理学学家家 华华氏氏(18世纪世纪)：定：定华华氏氏温标温标。法法国国化化学学家家 查查尔尔斯斯(18世纪世纪)：温温度度与与固定固定体积空气体积空气

6、的的关系关系。瑞典天文瑞典天文学学家家 摄摄氏氏(18世纪世纪)：定：定摄摄氏氏温标温标。美美国国科科学学家家富兰富兰克林克林(18世纪世纪)：放：放风筝风筝入雷暴入雷暴证明闪电来证明闪电来源。源。瑞士瑞士气象学气象学家家 Saussure(1783)：毛发湿度表毛发湿度表。意大利北部意大利北部1653年首先建立气象台年首先建立气象台气象要素气象要素（温度温度，气压气压，风速风风速风向，向，湿度等湿度等）的的测量测量与天气现象之间关系开始建立起来了与天气现象之间关系开始建立起来了英國英國气象学气象学家家 哈德里哈德里(18世紀世紀)：解释解释地球地球旋转旋转如何如何影响影响赤道的赤道的风风向。

7、向。1821年年 天气图天气图被被绘制绘制（天气天气現象現象）法國物理法國物理学学家家 科氏科氏(19世紀世紀)：用：用数学证明数学证明地球地球旋转对旋转对大大气运动气运动的的影响影响。1842年年电报系统发展电报系统发展，长途通讯对气象事业发展影响深远长途通讯对气象事业发展影响深远1869年年等压线等压线的的绘制绘制（現代現代天气图天气图）挪威挪威学学派派(The Bergen School)1920年年气团气团与锋面与锋面的的概念开始概念开始建立建立:极锋理论极锋理论(polar front theory)，近代近代天天气学气学的的开端开端(Bjerknes,Solberg,Bergero

8、n)芝加哥芝加哥学学派派(The Chicago School-Dynamical meteorology era)1940年年气气球探空、球探空、雷达雷达、气象飞机气象飞机，西风急流西风急流，罗斯贝波罗斯贝波(Rossby waves 西西风风帶長波的帶長波的发现发现)，WMO成立成立現代現代气象科学气象科学的蓬勃的蓬勃发展发展1950年年冯冯诺依诺依曼曼与与查尼查尼(J.Charney)，高，高速速电子计算机，电子计算机，建立建立准地转理论准地转理论（長波（長波与与氣旋鋒面）氣旋鋒面），数值天气数值天气预报预报开开始始(NWP)1960年年气象气象卫星卫星（泰洛斯（泰洛斯1号号），），全球

9、全球天气监测天气监测(热热帶海洋帶海洋气象气象)，多普多普勒勒雷达雷达1970年年全球全球气候与环境变迁气候与环境变迁，ENSO，南，南极极臭氧洞，全球臭氧洞，全球变变暖暖1980年年风廓线仪风廓线仪、双偏振双偏振多普多普勒勒雷达雷达、复杂卫星系统复杂卫星系统、超、超大快速大快速电子计算机电子计算机n20世纪世纪50年代以后的近年代以后的近60年来，由于电子计算机和新年来，由于电子计算机和新技术如雷达、激光、遥感及人造卫星等的使用，大大技术如雷达、激光、遥感及人造卫星等的使用，大大地促进了大气科学的发展。其主要表现如下：地促进了大气科学的发展。其主要表现如下：（1）开展大规模的全球联合观测试验

10、）开展大规模的全球联合观测试验 在在50年代以后进行过多次至少有几十个国家参加年代以后进行过多次至少有几十个国家参加的大规模大气观测试验，而且规模一次比一次大。的大规模大气观测试验，而且规模一次比一次大。例如：例如：1977年年12月月1979年年11月进行的一次大规月进行的一次大规模大气观测试验，有一百多个国家参加，其中也有我模大气观测试验，有一百多个国家参加，其中也有我国参加。这次全球大气试验是以国参加。这次全球大气试验是以5个同步卫星和个同步卫星和2个近个近极地轨道卫星为骨干，配合气象火箭，并与世界各地极地轨道卫星为骨干，配合气象火箭，并与世界各地常规的地面气象观测站、自动气象站、飞机、

11、船舶、常规的地面气象观测站、自动气象站、飞机、船舶、浮标站和定高气球等相结合，组成几个全球性的较完浮标站和定高气球等相结合，组成几个全球性的较完整的立体观测系统。这一全球性观测计划是试图解决整的立体观测系统。这一全球性观测计划是试图解决1014天之间的天气预报，进一步了解天气现象形成天之间的天气预报，进一步了解天气现象形成的物理过程和物理原因。的物理过程和物理原因。（2）对大气物理现象进行数值模拟试验）对大气物理现象进行数值模拟试验 大气科学不像物理、化学那样可以在室内进行实大气科学不像物理、化学那样可以在室内进行实验，而是以地球的大气层作为实验室。有了电子计算验，而是以地球的大气层作为实验室

12、。有了电子计算机才可能广泛地对各种大气物理现象进行精确的、定机才可能广泛地对各种大气物理现象进行精确的、定量的数值模拟试验，如从全球性环流到云内雨滴的生量的数值模拟试验，如从全球性环流到云内雨滴的生成过程都进行试验，并把云雾中的微观过程和动力的成过程都进行试验，并把云雾中的微观过程和动力的宏观过程结合起来，使气象学进入试验科学阶段宏观过程结合起来，使气象学进入试验科学阶段。n（3）把大气作为一个整体进行研究）把大气作为一个整体进行研究 把对流层与平流层中、高纬地区与把对流层与平流层中、高纬地区与低纬地区，南半球与北半球结合起来研低纬地区，南半球与北半球结合起来研究，这在大气科学的发展上又是一大

13、跃究，这在大气科学的发展上又是一大跃进。进。人类对大气中的化学现象与化学过人类对大气中的化学现象与化学过程也进行了多年的观测、分析和研究，程也进行了多年的观测、分析和研究，并已形成了气象学中一个新支派并已形成了气象学中一个新支派大大气化学。特别是近年来对大气污染的监气化学。特别是近年来对大气污染的监测，探讨环境保护的措施，更促进了大测，探讨环境保护的措施，更促进了大气化学的进展。气化学的进展。n（4）气候学领域中的科学革命）气候学领域中的科学革命 自本世纪自本世纪70年代以来，气候异常现象频繁出现，年代以来，气候异常现象频繁出现，已引起各国广泛的重视。再加上现代科学技术的迅速已引起各国广泛的重

14、视。再加上现代科学技术的迅速发展，气候学发生了重大变革，或者说是一场科学革发展，气候学发生了重大变革，或者说是一场科学革命。如国际上召开的一系列气候学术会议所示，命。如国际上召开的一系列气候学术会议所示，1972年在瑞典斯德哥尔摩召开联合国环境大会，在会上强年在瑞典斯德哥尔摩召开联合国环境大会，在会上强调了地球气候对于人类及其福利有极重要的影响。调了地球气候对于人类及其福利有极重要的影响。1974年召开联合国粮食大会，探讨了气候对世界粮食年召开联合国粮食大会，探讨了气候对世界粮食生产的重要作用，呼吁世界气象组织和联合国粮农组生产的重要作用，呼吁世界气象组织和联合国粮农组织建立气候警报系统。织建

15、立气候警报系统。1974年世界气象组织与世界科年世界气象组织与世界科学联盟在瑞典斯德哥尔摩召开气候的物理基础及其模学联盟在瑞典斯德哥尔摩召开气候的物理基础及其模拟的国际讨论会，着重研究了气候形成的物理机制和拟的国际讨论会，着重研究了气候形成的物理机制和气候与人类的关系，并提出了气候系统（气候与人类的关系，并提出了气候系统（Climate system）的概念和世界气候计划（）的概念和世界气候计划（WCP）。）。n 1979年在日内瓦召开了第一次世界气候大会（FWCC），批准了这一计划（这一计划包含四个子计划），并确认气候系统的研究是实施气候研究计划（WCRP）的重要理论基础。建立了WCP以后，

16、又在各大洲相继召开了地区性的气候大会，进一步推动这个计划的实施。亚洲及西太平洋气候会议于1980年在我国广州召开。现在世界上已有数十个国家制订了国家气候计划（NCP），开展气候研究。国际上成立了政府间气候变化专业委员会（IPCC）。在1990年秋于日内瓦召开了第二次世界气候大会。n1992年4月在巴西里约热内卢召开了“世界环境与发展大会”，提出了世界气候框架公约。由于气候变化问题与国家建设密切相关，气候变化与政策的关联愈益紧密，政府组织逐渐代替纯科学家的组织，在领导与推动气候研究中发挥更大的作用。n另外，还加强了气候学各分支之间的联系，组织进行大规模的综合研究。最突出的实例是人类活动与气候相互影响的研究。人类大量砍伐森林，燃烧矿物燃料（煤、石油、天然气等），兴建城市等等，改变了下垫面的性质和大气成分，将会使气候发生深刻的变化，并影响许多自然过程和国民经济部门，如农业、渔业、水利工程、建筑工程和海洋运输等等。其研究范围愈来愈扩大，不仅涉及气候学的各个部门，并且和有关经济学科有密切联系。例如人类活动对气候的影响在城市中的表现最为突出，城市气候的形成、变化和改善等问题的研究都与城市规划、城市