大氣科學(xué)導(dǎo)論1章概論(編輯修改稿)
2025-06-20 10:13 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 定量來描述的學(xué)科。 ? 氣象衛(wèi)星和高速電子計算機的應(yīng)用，使大氣科學(xué)得到迅速發(fā)展。 ? 目前，大氣觀測網(wǎng)已遍布全球，現(xiàn)代通信系統(tǒng)為大氣科學(xué)的發(fā)展提供了良好條件。 ? 借助高速電子計算機可以模擬大氣現(xiàn)象和演變，預(yù)報 1~10d的天氣及月 —季度氣候趨勢。 2021/6/17 35 2021/6/17 36 2021/6/17 37 2021/6/17 38 二、大氣科學(xué)研究內(nèi)容的綜合性 ? 工業(yè)生產(chǎn)，帶來溫室氣體 CO2和 CH4等濃度增加，造成全球增溫； ? 大量使用冰箱，氟里昂泄露招致平流層臭氧的耗損； ? 硫、氮氧化物排放造成酸雨； ? 這些污染問題使得大氣化學(xué)有了很大發(fā)展 2021/6/17 39 二、大氣科學(xué)研究內(nèi)容的綜合性 ? 大氣環(huán)流和氣候變化是由于大氣、海洋、陸地、冰雪和生物圈相互作用的結(jié)果。 ? 因此，把地球大氣、海洋、陸地、冰雪和生物圈看成是一個完整的相互作用的體系，這就必然要拓展大氣科學(xué)的研究內(nèi)容。 ? 這種拓展使得大氣科學(xué)與地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、海洋學(xué)、冰川學(xué)、生態(tài)學(xué)等相關(guān)學(xué)科相互交叉和相互滲透，從而使得大氣科學(xué)成為地學(xué)中一門綜合學(xué)科。 2021/6/17 40 二、大氣科學(xué)研究內(nèi)容的綜合性 ? 大氣科學(xué)的綜合性還表現(xiàn)在它對新的其他相關(guān)學(xué)科學(xué)術(shù)思想的敏銳 ? 最近 20多年來大氣科學(xué)發(fā)展的事實說明了許多數(shù)學(xué)、物理學(xué)新成就很快在大氣科學(xué)中得到應(yīng)用 ? 如攝動論、奇異攝動理論、耗散結(jié)構(gòu)理論、分?jǐn)?shù)維理論都在大氣科學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。 ? 非線性動力理論最早來源于大氣科學(xué)，目前在自然科學(xué)理論界、工程技術(shù)界掀起研究熱潮的災(zāi)變理論、混沌理論和分岔理論最早都是氣象學(xué)家提出的。 2021/6/17 41 三、大氣科學(xué)的分支學(xué)科及研究內(nèi)容 ? 包括 ? 氣象學(xué) ? 大氣物理學(xué) ? 大氣化學(xué) ? 大氣環(huán)境學(xué) 2021/6/17 42 三、大氣科學(xué)的分支學(xué)科及研究內(nèi)容 ? 主要分支學(xué)科有 1. 大氣探測學(xué) 2. 天氣學(xué)和大氣環(huán)流 3. 動力氣象學(xué) 4. 氣候?qū)W 5. 大氣物理學(xué) 6. 大氣環(huán)境學(xué) 7. 大氣化學(xué) 8. 應(yīng)用氣象學(xué) 2021/6/17 43 第三節(jié) 大氣科學(xué)的研究方法 2021/6/17 44 第三節(jié) 大氣科學(xué)的研究方法 一、觀測是大氣科學(xué)的基礎(chǔ) (一 ) 觀測手段的發(fā)展在大氣科學(xué)發(fā)展中的作用 (二 ) 全球觀測系統(tǒng)對當(dāng)代大氣科學(xué)發(fā)展的作用 (三 )大型大氣科學(xué)綜合觀測試驗是發(fā)展大氣科學(xué)研究的有效方法 二、分析和診斷是大氣科學(xué)基本的研究方法 (一 ) 天氣圖和氣候平均圖分析 (二 ) 四維分析 (三 ) 氣候分析 (四 ) 診斷分析 三、數(shù)值模擬對于大氣科學(xué)研究發(fā)展的作用 (一 ) 數(shù)值模擬的優(yōu)點 (二 ) 數(shù)值模擬是大氣科學(xué)的一門重要分支學(xué)科 (三 ) 數(shù)值模擬是天氣氣候預(yù)測研究中一個很重要的研究手段 2021/6/17 45 ? 大氣科學(xué)是一門最重視理論與實際相結(jié)合的學(xué)科，是建立在大量觀測事實基礎(chǔ)上的學(xué)科，也是地學(xué)中一門與數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)聯(lián)系最廣泛、最密切的邊緣學(xué)科。 ? 大氣科學(xué)的一切知識均來源于對大氣中發(fā)生的物理的、動力的和化學(xué)的現(xiàn)象進行實地觀測，然后根據(jù)觀測事實分析出這些現(xiàn)象變化的規(guī)律和成因。 2021/6/17 46 一、觀測是大氣科學(xué)的基礎(chǔ) (一 ) 觀測手段的發(fā)展在大氣科學(xué)發(fā)展中的作用 ? 大氣科學(xué)每一重要發(fā)展都與觀測手段、方法和觀測資料的收集、整理分不開 ? 16世紀(jì)末到 17世紀(jì)中，溫度表、氣壓表、雨量器 ? 17世紀(jì)中期后，航海事業(yè)發(fā)展，氣象學(xué)誕生 ? 1860年前后，無線電報發(fā)展，觀測資料得以迅速收集與傳遞，形成地面觀測網(wǎng)，產(chǎn)生天氣圖。皮葉克尼斯創(chuàng)立鋒面學(xué)說，奠定了近代天氣學(xué)基礎(chǔ)。 2021/6/17 47 (一 ) 觀測手段的發(fā)展在大氣科學(xué)發(fā)展中的作用 ? 1928年，無線電探空儀的發(fā)明，及二戰(zhàn)的需求，高空觀測網(wǎng)建立，從而出現(xiàn)高空環(huán)流圖。為羅斯貝的羅斯貝波和準(zhǔn)地轉(zhuǎn)理論提供了觀測事實，從而奠定了近代大氣環(huán)流和大尺度動力學(xué)基礎(chǔ)。 ? 20世紀(jì) 60年代后，氣象衛(wèi)星使得對觀測廣大海洋、高原等無法建站的地方，預(yù)報準(zhǔn)確率大大提高。也促進了大氣遙感、衛(wèi)星氣象學(xué)、大氣輻射、大氣光學(xué)的發(fā)展。 ? 從 20世紀(jì) 90年代開始，已實現(xiàn)了多種手段的三維空間連續(xù)監(jiān)測全球大氣的全球大氣探測體系。 2021/6/17 48 2021/6/17 49 1930年 2021/6/17 50 1934 2021/6/17 51 1936 1955 2021/6/17 52 (二 ) 全球觀測系統(tǒng)對當(dāng)代大氣科學(xué)發(fā)展的作用 ? 到 20世紀(jì) 70—80年代，觀測精度還遠(yuǎn)不能滿足實際天氣和氣候預(yù)測的要求。 2021/6/17 53 表 大尺度天氣數(shù)值預(yù)報所需求的觀測精度和分辨率 氣象要素 精度和分辨率 地面氣壓 Ps 1 hPa 水平風(fēng) 3 m/s 氣溫 T 1 ℃ 相對濕度 q 5% 水平分辨率 約 500km 垂直分辨率 約 1km 時間分辨率 約 6h 觀測值代表范圍 水平： 100km，垂直： 時間： 1h 2021/6/17 54 表 現(xiàn)行氣象觀測網(wǎng)的觀測精度和分辨率 觀測系統(tǒng) 要素 精度 地面觀測 Ps hPa Ts 1 ℃ 無線電探空 10層 T 1 ℃ V 3 m/s 極軌衛(wèi)星 10層 T 2~3 ℃ 靜止衛(wèi)星 2~3層 V 4 m/s 商用飛機 1層 V 4 m/s 2021/6/17 55 (二 ) 全球觀測系統(tǒng)對當(dāng)代大氣科學(xué)發(fā)展的作用 ? 可以看出，觀測精度滿足要求。 ? 但高空觀測每天 2次，到不到每天 4次（ 6h）的要求 ? 水平分辨率在高原、沙漠、海洋稀少，達(dá)不到500km ? 在水平、垂直、時間分辨率上都達(dá)不到大尺度天氣變化和氣候預(yù)測的要求 ? 更不能滿足中、小尺度天氣變化預(yù)報的要求。 2021/6/17 56 (二 ) 全球觀測系統(tǒng)對當(dāng)代大氣科學(xué)發(fā)展的作用 ? 世界氣象組織（ WMO）制定了 3個大氣科學(xué)和水文學(xué)長期發(fā)展規(guī)劃，都把發(fā)展地球觀測系統(tǒng)放在首位。 ? 國際上正在發(fā)展全球觀測系統(tǒng)（ GOS），它由陸面天氣監(jiān)測系統(tǒng)和氣象衛(wèi)星系統(tǒng)組成。 2021/6/17 57 表 20世紀(jì) 90年代末全球觀測系統(tǒng)可提供的全球氣象要素
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