南信大气象学与气候学 - 第一章 绪论

气象学与气候学王志福南京信息工程大学大气科学学院zfwang@2气象学与气候学3课程简介课时安排总学时：32学时（1-17周）讲授为主考核方式平时成绩（书面作业、出勤）期末考试气象学与气候学4课程主要内容第一章绪论第二章大气的热能第三章大气中的水第四章大气的运动第五章气候的形成和分布第六章气候变化气象学与气候学气象学与气候学第一章 绪论6第一章绪论第一节学科的研究对象、任务、简史第二节气候系统概述第三节大气的基本物理性状气象学与气候学71、气象学的概念气象学(meteorology)—专门研究大气现象和过程，探讨其演变规律和变化，并直接或间接用之于指导生产实践为人类服务的科学。气象学与气候学82、气候学的概念现代气候学(Climatology)的概念：研究气候的空间分布、时间变化规律、形成及其与人类活动相互关系，并在此基础上进行气候预测的科学研究对象：地球上的气候（气候系统）天气学

—研究天气系统和天气现象发生、发展及其变化的基本规律，并利用这些规律来预测未来天气的学科。气象学与气候学92、气候学的概念气候的一般概念我国古代，“五日为候，三候为气，六气为时，四时为岁，每岁二十四节气，七十二候应。”“节气”；“候应”气候气象学与气候学102、气候学的概念气候的定义：在太阳辐射和气候系统各子系统相互作用下，某一区域在某一特定时段内大量天气过程的多年平均状况及其极端情形。天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气现象（风、云、雨、雪、干、湿、雷、电等）及其状态（温度、压强、湿度、密度等）的综合。气象学与气候学11世界1月海平面气温（摄氏度）的分布气象学与气候学12过去157年来地球表面平均气温变化时间（年）气象学与气候学133、天气与气候的联系和区别两者存在统计联系气候是大量天气过程的综合包含天气平均状态和极端状态区别：时间尺度变化特点影响因子气象学与气候学144、发展简史1）萌芽时期：公元16世纪中叶以前零星的、局部的气象观测感性认识和经验形成阶段，以文献记录和现象描述为主我国曾居于世界领先殷代：风、云、雨、雪等文字记录春秋战国：“二十四节气”气象观测仪器古希腊气象学与气候学154、发展简史2）发展初期：16世纪中叶到19世纪末观测方面：气象仪器的发明、建立地面气象观测站和观测网，开始气象要素的观测和积累发明时间发明者姓名发明者国籍发明的气象观测仪器1593伽利略意大利温度表1643托里拆利意大利气压表1667胡克英国板式风速器1783索修尔瑞士毛发湿度计气象学与气候学164、发展简史理论研究方面：气象学和气候学由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段，逐渐发展为独立的学科时间姓名国籍研究成果1820布兰德德国绘制世界上第一张天气图1835科里奥利法国科里奥利力的概念1857白贝罗荷兰风压关系定律1863菲茨罗伊英国气旋模式1817洪堡德德国绘制世界年平均气温分布图1883汉恩德国《气候学手册》三大卷气象学与气候学174、发展简史3）发展时期：20世纪以来早期：20世纪前五十年观测方面：地面观测内容更加丰富和精确，观测站网扩大气象观测从地面向高空发展1928年苏联莫尔恰诺夫发明无线电探空仪气象学与气候学184、发展简史理论研究方面：锋面气旋学说长波理论降雨学说创立了气候型的概念、几种气候分类法、出版了五卷《气候学手册》Walker提出三大涛动概念，把大气活动中心和世界气候联系起来（NAO，NPO，SO）气象学与气候学194、发展简史近期：20世纪中叶以后观测方面：先进的观测技术常规气象观测网的加密开展大规模的综合观测试验气象学与气候学20全球监测系统气象学与气候学21气象学与气候学22气象学与气候学23气象学与气候学24GEWEX观测区域示意气象学与气候学25气象学与气候学264、发展简史理论研究方面：建立数值模式，进行定量数值模拟试验，使气象学、气候学进入试验科学阶段，进行数值模拟和预测气候学领域中的科学革命国际上召开了一系列气候学术会议、提出了气候系统的概念和世界气候计划（WCP）、成立了政府间气候变化专业委员会（IPCC）、提出了《世界气候框架公约》气象学与气候学27时间地点会议名称1972瑞典斯德哥尔摩联合国环境大会1974瑞典斯德哥尔摩联合国粮食大会1974瑞典斯德哥尔摩气候的物理基础及其模拟的国际讨论会1979日内瓦第一次世界气候大会(WCP)1980广州亚洲及西太平洋气候会议1990日内瓦第二次世界气候大会1992巴西里约热内卢世界环境与发展大会气候学术会议气象学与气候学28气候学术会议（续）时间地点会议名称1997日本京都《联合国气候变化框架公约》缔约方第三次会议2007印度尼西亚巴厘岛《联合国气候变化框架公约》缔约方第十三次会议2009日内瓦第三届世界气候大会2009纽约联合国气候变化峰会2009哥本哈根哥本哈根气候变化大会2010坎昆《联合国气候变化框架公约》缔约方第十六次会议气象学与气候学29胡锦涛主席出席联合国气候变化峰会

（2009年9月22日，美国纽约）

中国国家元首首次在联合国论坛上就气候变化问题阐述中方立场，国际社会给予高度关注

胡锦涛主席在联合国气候变化峰会开幕式上讲话，明确：加强节能、提高能效工作，争取到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年有显著下降。大力发展可再生能源和核能，争取到2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15％左右。大力增加森林碳汇，争取到2020年森林面积比2005年增加4000万公顷，森林蓄积量比2005年增加13亿立方米。大力发展绿色经济，积极发展低碳经济和循环经济，研发和推广气候友好技术。气象学与气候学304、发展简史我国气象事业发展观测方面50年代：开始大规模建立气象观测网70年代：开始建立天气雷达网1979年：实施中国青藏高原气象科学试验1985年：建立中国南极长城站气象站开展大规模野外综合试验气象学与气候学314、发展简史理论研究方面1961年：曾庆存提出半隐式差分格式求解大气运动原始方程组1965年：开始数值天气预报业务等等我国气象学、气候学的奠基人竺可桢《物候学》1972年，《中国近五千年气候变迁的初步研究》1987年成立了国家气候委员会、组织编写了国家气候蓝皮书、制定了国家气候研究计划气象学与气候学32第一章绪论第一节学科的研究对象、任务、简史第二节气候系统概述第三节大气的基本物理性状气象学与气候学331、气候系统的概念气候系统是由大气圈、水圈、陆地表面（岩石圈）、冰雪圈和生物圈等组成的，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。五个组成部分：大气圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)（海洋）岩石圈(lithosphere)（陆地表面）冰雪圈(cryosphere)生物圈(biosphere)气象学与气候学3434气候系统大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈、生物圈气象学与气候学35气候系统的控制与强迫因子外强迫：太阳辐射地球轨道参数太阳常数的变化等地球重力场内强迫：各子系统的变化、演变等大陆漂移地形变化气象学与气候学36气象学与气候学37系统内部的能量形式与物理过程能量：辐射能、热能、位能、动能、化学能、电磁能等过程：动力过程、热力过程、能量的转换、物理量的输送等反馈：各种因子的相互作用和反馈气象学与气候学382、气候系统各子系统的特征（1）大气圈1）组成：干洁空气、水汽、固态和液态微粒（气溶胶粒子）2）水平尺度与垂直尺度：106m/104m3）动力、热力性质：热惯性小：其热力响应时间约为1个月输送作用强：热量、水汽、动量、气溶胶、CO2、O3等动力作用活跃：水平运动和垂直对流，形成各种天气现象气象学与气候学39大气的气体组成成分~78%~21%~0.9%~0.1%气象学与气候学40H2O是大气中唯一具有三态的气体，在大气中的含量不定气象学与气候学41臭氧浓度随高度的分布高度/km臭氧层臭氧浓度/m-3101710191018气象学与气候学42太阳辐射长波辐射温室效应（GreenhouseEffect）气象学与气候学43大气的保温效应（温室效应）大气中的温室气体对太阳辐射的吸收很少，但却能强烈地吸收地面辐射，同时又向地面放射长波辐射，补偿地面因放射辐射而损失的能量，使地面气温升高的效应。气象学与气候学44排放温室气体的人类活动化石能源燃烧活动（CO2等）化石能源开采过程（CO2和CH4）工业生产过程（CO2）农业和畜牧业（CH4）废弃物处理（CH4和N2O）土地利用变化（CO2）气象学与气候学45固态微粒

液态微粒气溶胶(Aerosols)气象学与气候学46火山灰气象学与气候学476月7日，阿根廷首都布宜诺斯艾利斯被火山灰颗粒形成的云雾笼罩。智利南部普耶韦火山6月4日起开始喷发气象学与气候学48气溶胶的阳伞效应气溶胶对太阳辐射的散射和吸收，使到达地面的太阳辐射减弱，引起地面气温的下降，其效应类似于阳伞效果，故称为阳伞效应。气象学与气候学494）大气的垂直结构根据垂直方向上大气温度变化、运动状态、密度及成分的变化等，将大气分为：对流层、平流层、中间层、热层、散逸层气象学与气候学50中间层(~85km)气温随高度增加迅速下降强烈垂直运动热层气温随高度迅速增高空气处于电离状态散逸层大气圈与星际空间的过渡带对流层(17-18km)气温随高度增加而降低垂直对流运动气象要素水平分布不均匀平流层(~55km)气温初稳后升热气流平稳，水汽含量少4）大气的垂直结构对流层平流层对流层平流层上冷下热高空对流电离层中间层热层气象学与气候学51气象学与气候学52（2）水圈1）组成：海洋、河流、湖泊、地下水和地表上的一切液态水海洋总面积：地球表面的70.8%温度结构混合层（表层约50-100m)斜温层（跃温层，温度梯度大）深温层（等温层，500-1000m以下）盐度结构表层约500m以内变化较大，因纬度而异；深层趋于均匀气象学与气候学53海洋温度垂直廓线气象学与气候学54海洋盐度垂直廓线气象学与气候学55动力、热力性质：反射率小、热容量大、流速小，动力、热力惯性大（气候系统的能量库，气候系统总热量的95.6%）

变化的时间尺度：几个月~几年（上层海洋）世纪尺度（深层海洋）对气候的影响：（1）对温度的调节作用、水汽源地；（2）海-气相互作用气象学与气候学56气象学与气候学57气象学与气候学58（3）岩石圈构成：地球表层的固体表面，由岩石、土壤和沉积物组成。包括高原、平原、山地、丘陵、盆地等。反照率：较海洋大，0.10~0.80之间热力性质：热容量小，热惯性小演变时间：105-109年以上山脉形成：105~108年大陆漂移：106~109年陆块位置和高度变化：109年以上气候影响：动力作用、热力作用、物质交换气象学与气候