《天气学基础》课件

天气学基础天气学是研究地球大气及其现象的科学，包括大气运动、天气系统、气候变化等。它与我们的生活息息相关，影响着我们的日常生活，例如出行、农业、健康等。uj天气学的定义和研究对象气象观测站气象观测站是用来观测天气现象的设施，它提供有关大气状况的宝贵数据，例如温度、湿度、气压和风速。气象模型气象模型是用来模拟和预测天气的计算机程序，它们根据物理定律和观测数据来预测未来的天气情况。天气现象天气学研究对象是各种天气现象，包括云彩、降雨、风、温度变化等等，它们共同构成了我们周围的天气环境。大气的结构和特征大气层由不同高度的层次组成，每个层次都具有独特的物理性质和化学成分。对流层是靠近地面的大气层，集中了大部分大气质量，也是人类活动的主要区域，主要发生天气现象。平流层位于对流层之上，温度随高度增加而升高，臭氧层位于该层，能吸收大部分太阳紫外辐射。中间层位于平流层之上，温度随高度增加而下降，包含电离层，能够反射无线电波。热层位于中间层之上，温度随高度增加而迅速上升，该层能够吸收太阳的X射线和紫外线。外层大气位于热层之上，大气密度极低，逐渐过渡到星际空间。大气的热量收支大气是一个巨大的热力系统。它从太阳获得能量，并通过地球表面和大气本身的辐射将能量释放到太空中。大气的热量收支取决于太阳辐射、地球辐射、大气辐射、云层和地表反射率等因素。太阳辐射短波辐射地球辐射长波辐射大气辐射长波辐射太阳辐射与大气温度太阳辐射是地球大气能量的主要来源。太阳辐射到达地球表面后，部分被大气吸收，部分被反射，部分被地球表面吸收。1短波辐射太阳辐射以短波形式到达地球。2长波辐射地球表面吸收太阳辐射后，以长波形式辐射出去。3温室效应大气中的温室气体吸收地球长波辐射，导致地球温度升高。大气吸收太阳辐射，温度升高。大气温度变化影响气象现象，如降水、风等。大气水汽和降水形成蒸发水从地表或水面蒸发到大气中，形成水汽。凝结水汽上升到高空，温度降低，水汽凝结成小水滴或冰晶。降水水滴或冰晶逐渐增大，当重量超过空气浮力时，就会降落到地面，形成降水。降水类型降水类型多样，包括雨、雪、冰雹、雾等，不同类型降水形成条件各不相同。大气环流系统大气环流全球尺度上的大气运动，受地球自转、太阳辐射和地表温度差异影响。三圈环流赤道低压带、副热带高压带、极地高压带，形成三圈环流，驱动全球大气运动。季风环流大陆和海洋的热力差异导致季节性风向转变，影响区域气候特征。西风带中纬度地区受西风带影响，盛行西风，对天气变化起重要作用。气压与风气压空气重量导致的气压，单位为帕斯卡。高气压：空气下沉，天气晴朗。低气压：空气上升，天气多云或降雨。风气压差异造成空气流动，由高压区吹向低压区。风向：风吹来的方向。风速：风吹的速度。风力风速与风力等级成正比。微风：1-3级。强风：7-9级。飓风：12级及以上。锋面天气系统锋面是两种不同性质气团交汇的区域，锋面附近存在明显的温度、湿度和气压梯度。锋面过境时会带来显著的天气变化，例如降雨、降雪、大风和气温骤降等。锋面类型主要包括冷锋、暖锋和静止锋。冷锋过境时，冷空气迅速推进，暖空气被迫抬升，形成强烈的对流天气，常伴有雷雨、冰雹等。暖锋过境时，暖空气缓慢爬升，形成较为稳定的降水，通常以连续性降雨为主。高低压系统低压系统低压系统通常与云层、降水和不稳定天气相关。低压系统形成时，周围空气向中心流动，导致空气上升，冷却并凝结成云。高压系统高压系统通常与晴朗、干燥的天气相关。高压系统形成时，空气从中心向外流动，导致空气下沉，变暖，并抑制云层的形成。热带气旋旋转风暴热带气旋是一种强大的旋转风暴，由温暖的海洋上空形成的低气压系统，其中心风速可达每小时120公里或更高。破坏性影响热带气旋会导致强风、暴雨、洪水、风暴潮和滑坡，对沿海地区造成重大破坏。预报和应对准确的天气预报和及时有效的应急措施对于减少热带气旋造成的损失至关重要。季风系统季节性风向变化季风系统是由于陆地和海洋之间的热力差异，导致风向发生周期性变化的现象。夏季，陆地气温高于海洋，形成低压中心，吸引海洋上的湿润气流，带来降水。冬季，陆地气温低于海洋，形成高压中心，导致风向逆转，干冷空气从陆地吹向海洋。全球分布季风系统广泛分布于全球各地的海岸线，特别是在亚洲、非洲和美洲的热带地区。这些地区受到季风的影响，呈现出明显的旱季和雨季变化。气候影响季风系统对气候的影响非常显著，它决定了这些地区的降水量、气温、湿度和风速。季风系统的异常变化会导致旱灾、洪水和台风等自然灾害。农业生产季风系统与农业生产密切相关，季风带来的降水为农业灌溉提供了重要水源。季风系统的正常运行，对于保证农业生产的稳定和粮食安全至关重要。中尺度天气系统中尺度天气系统是指水平尺度在几公里到几百公里之间，持续时间从几小时到几天不等的天气系统。中尺度天气系统通常与局地环境因素密切相关，例如地形、地表性质、水体等。1中尺度对流系统雷暴、冰雹、龙卷风2中尺度非对流系统锋面、低压槽、山脉波3中尺度天气现象强降水、强风、冰雹、龙卷风雷暴天气雷暴天气是一种常见的对流天气现象，伴随着强降雨、闪电和雷声。雷暴通常伴随强烈的上升气流，形成积雨云，并产生强降水、闪电和雷声。雷暴天气还会带来强风、冰雹和龙卷风，对航空、交通和农业等产生不利影响。冰雹和龙卷风冰雹是由强对流云中冰晶和过冷水滴碰撞凝结而成的固体降水。龙卷风则是由强对流云中高速旋转的气柱形成的强烈旋风。冰雹和龙卷风都属于强烈的天气现象，会造成重大灾害。冰雹可以破坏庄稼、房屋和车辆，龙卷风则可以掀翻房屋、摧毁树木，造成人员伤亡。天气预报的基本方法数值天气预报利用大气运动方程和物理定律建立数学模型，并用计算机模拟大气变化。通过分析观测数据，预测未来天气状况。统计天气预报分析历史天气资料，建立统计关系模型。利用统计方法预测未来天气，预测准确率受历史数据影响。集合预报利用多个不同的数值天气预报模型进行预报。综合考虑不同模型的预测结果，提高预测的准确性和可靠性。天气观测技术地面气象观测地面气象观测是通过各种仪器和设备，直接测量地面气象要素，如气温、气压、湿度、风速和降水等。高空探测高空探测是指利用气球、飞机或卫星等工具，对高空大气进行探测，获取高空气象要素数据。雷达观测天气雷达可以探测降水、云层、风场等天气现象，为天气预报和灾害预警提供重要的数据支持。卫星观测气象卫星可以对全球大气进行监测，获取云层、气温、降水、风场等数据，为天气预报提供全局性视角。卫星和雷达在天气监测中的应用气象卫星通过遥感技术监测大气层，提供云层、降雨、温度、风速等信息。天气雷达利用电磁波探测降水、风暴、雷暴等天气现象，帮助预报员准确判断天气情况。天气预报的特点和局限性11.不确定性天气系统复杂，预测存在不确定性，随着时间推移误差累积。22.局限性预报范围有限，对局部天气变化预测精度较低。33.数据依赖预报依赖观测数据，数据质量和覆盖范围影响预测精度。44.技术发展随着技术进步，预报精度不断提高，但仍有待完善。极端天气事件及其影响极端天气事件是指超出正常天气变化范围的极端天气现象，如高温热浪、暴雨洪涝、干旱、强风、冰雹、龙卷风等。极端天气事件对人类社会造成严重影响，包括人员伤亡、财产损失、农业减产、基础设施破坏等。气候变化的原因和影响温室气体排放人类活动，如化石燃料燃烧、森林砍伐等，排放大量二氧化碳等温室气体，导致地球温度上升。极端天气事件气候变化导致全球气温上升，增加极端天气事件的发生频率和强度，如热浪、干旱、洪水、台风等。海平面上升全球气温上升导致冰川和冰盖融化，海平面上升，威胁沿海地区和岛屿的生存。生态系统变化气候变化导致生物多样性减少，生态系统失衡，威胁人类的生存和发展。气候变化对生态的影响物种多样性气候变化导致物种栖息地改变，一些物种无法适应而消失，生物多样性下降。生态系统功能气候变化影响生态系统稳定性，例如极端天气事件增加，会导致生态系统失衡。生物资源气候变化影响水资源、森林资源等，可能导致生物资源枯竭，影响人类生活。温室气体排放与减缓措施可再生能源利用太阳能、风能、水能等可再生能源，减少化石燃料的使用，降低二氧化碳排放。森林碳汇扩大森林面积，提高森林覆盖率，吸收大气中的二氧化碳，增加碳汇。低碳交通发展公共交通、电动汽车、自行车等低碳交通工具，减少汽车尾气排放。节能减排推广节能建筑、节能家电，提高能源利用效率，降低能源消耗。可再生能源在应对气候变化中的作用减少温室气体排放可再生能源不产生二氧化碳等温室气体，有助于减缓全球气候变暖。能源安全可再生能源来源广泛，不受资源枯竭的限制，提高能源安全。环境保护可再生能源的利用有助于减少空气污染、水污染和其他环境问题。经济效益可再生能源产业发展创造就业机会，促进经济增长。气象灾害预警和应急管理1预警发布气象部门根据预报结果发布灾害预警信号，包括暴雨、洪水、台风等.2应急响应政府部门和相关机构启动应急预案，采取措施减轻灾害损失，保护人民生命财产安全.3灾后恢复灾害发生后，相关部门进行灾情评估，组织救援工作，开展灾后重建工作.天气与人类活动的关系农业生产气温、降水、光照等影响农作物生长，影响农业生产活动和收成。交通运输风速、能见度影响航空、航海等交通运输安全，影响运输效率。旅游休闲气温、降雨量影响旅游出行和休闲活动，影响旅游业的发展。能源生产风能、水能等可再生能源的利用受天气影响，影响能源生产和供应。大气污染与天气的关系污染物对天气的影响大气污染物会改变云层结构，影响降水，形成酸雨，甚至导致极端天气事件。天气对污染物的扩散风力、温度、气压等天气因素影响污染物的扩散范围和浓度，影响空气质量。城市热岛效应及其缓解措施城市热岛效应城市热岛效应是指城市地区比周围乡村地区温度更高的现象。由于城市中大量的人工建筑、道路和水泥铺面，它们吸收热量更多，导致城市温度比乡村地区高。缓解措施可以通过增加城市绿地、推广节能建筑、减少汽车尾气排放等措施来缓解城市热岛效应。增加绿地可以吸收热量，降低城市温度；节能建筑可以减少建筑物的能源消耗，从而降低城市温度；减少汽车尾气排放可以减少空气污染，降低城市温度。气象数据的收集和分析气象数据收集和分析是天气预报、气候研究和环境监测的基础。气象数据来自各种来源，包括地面观测站、气象气球、卫星和雷达等。100K观测站1M气象气球100卫星50雷达这些数据经过质量控制和处理，然后进行分析，以了解天气模式、气候变化和环境状况。天气对人类生产生活的影响农业生产天气直接影响农业生产，影响作物生长和收成。例如，充足的降雨有利于农作物生长，而干旱或暴雨会造成减产。交通运输恶劣天气会影响交通运输，如大风、暴雨、冰雹等天气会造成航班延误或取消，道路交通事故也会增多。旅游休闲天气对旅游休闲活动有很大影响，例如，阳光明媚的天气有利于户外运动，而阴雨天气则不利于户外活动。建筑工程天气影响建筑工程的进度和质量，例如，高温会影响混凝土的凝固，降雨会导致工期延误。未来天气预报技术的发展方向