《北林气象学》课件

《北林气象学》本课程介绍了气象学的基础知识和基本理论。涵盖大气结构、大气运动、天气系统、气候变化等方面。课程简介本课程介绍为北林大学学生量身打造，涵盖气象学基础理论和应用知识。教授气象学原理、天气现象分析、预报方法以及气象服务等方面的知识。培养目标帮助学生了解气象学的基本原理和方法，掌握气象观测、分析和预报的基本技能，为将来从事相关领域工作打下坚实基础。课程大纲课程内容气象学基础大气环流天气系统气候变化气象应用教学安排课程讲授、课堂讨论、实验练习、野外实习、课后作业。考核方式期中考试、期末考试、课堂表现、作业完成情况。气象学概论气象学是研究地球大气及其现象的科学。它涵盖了大气组成、结构、运动、能量交换等方面。气象学与人类生活息息相关，对农业、交通、能源、环境、灾害预报等方面具有重要的影响。大气成分和结构1主要成分空气主要由氮气、氧气和二氧化碳组成，其中氮气占78%左右，氧气占21%左右。2分层结构大气分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层，每层具有不同的气温、密度和气压特征。3保护作用大气层为地球提供保护，吸收太阳紫外线、维持地球温度，并为生命提供呼吸所需的氧气。4影响因素大气成分和结构受多种因素影响，包括太阳辐射、火山爆发、人类活动等。气压和风气压气压是大气层中空气对单位面积的压力，单位为帕斯卡(Pa)。气压变化影响着天气和风向。风风是空气流动的现象，由气压差引起的。气压梯度越大，风速越快。风向风向是指风吹来的方向。气压梯度是指气压变化的方向，风向垂直于气压梯度。风速风速是指风吹过的速度，单位为米每秒(m/s)。风速受气压差、地形的阻挡和摩擦力等因素影响。气温气温定义气温是指大气温度，通常是指某一高度或位置处空气的温度。气温是重要的气象要素之一，直接影响着人类生活、农业生产、自然环境等方面。气温测量气温通常使用温度计测量，常用的温度计有水银温度计、酒精温度计和电子温度计。气温测量需要遵循一定的规范，例如测量时间、测量高度等，才能保证测量结果的准确性。湿度水汽含量空气中水汽的多少，表示空气湿度。湿度计测量空气湿度，常用仪器。露点温度空气冷却至饱和时的温度，反映水汽含量。相对湿度实际水汽含量与饱和水汽含量之比，影响云和降水的形成。云和降水云是由大气中悬浮的水滴或冰晶组成的可见集合体。降水是指从云中降落到地面的水滴、冰晶或其他固态水合物。它们是天气现象中的重要组成部分，与地球的气候和生态环境密切相关。云的形成和降水的发生过程非常复杂，涉及大气中的水汽、温度、气压、风等多种因素。不同类型的云和降水会对地面的温度、湿度、光照等产生不同的影响，进而影响人类生活和生产活动。光照和辐射太阳辐射太阳辐射是地球表面能量的主要来源。太阳辐射分为直射辐射和散射辐射。光合作用光照对植物的光合作用至关重要，影响着植物的生长发育和产量。热量平衡地表吸收和反射太阳辐射，影响着地表温度和热量平衡。大气环流1大气环流定义大气环流是指全球范围内的大气运动系统，它将热量和水分从赤道地区输送到两极，并影响着全球的气候。2主要环流系统地球上有三大主要环流系统：哈德利环流、费雷尔环流和极地环流，它们相互作用，驱动着全球的大气运动。3环流的影响大气环流对全球的气候、降水、气温、风力等都具有重要的影响，是研究天气和气候变化的基础。热带天气系统热带气旋热带气旋是热带地区的一种强烈的风暴系统。其特征是低气压中心，周围有螺旋状的强风和降雨。台风台风是发生在西北太平洋的热带气旋，通常在夏季和秋季形成，并可能造成巨大的破坏。飓风飓风是发生在北大西洋和东北太平洋的热带气旋，通常在夏季和秋季形成，并可能造成巨大的破坏。热带低气压热带低气压是比热带气旋强度更弱的风暴系统，但仍然可能带来强降雨和强风。中纬度天气系统锋面系统中纬度地区主要受锋面系统影响，冷锋、暖锋和静止锋常造成降水和气温变化。气旋和反气旋气旋和反气旋是中纬度天气系统的重要组成部分，气旋常带来降水和多云天气，反气旋则带来晴朗干燥天气。山地气象海拔的影响山区海拔较高，气温、气压和湿度等气象要素都有明显的垂直变化。地形的影响山地地形复杂，对风向、风速、降水量等气象要素的影响很大。特殊天气现象山区常出现云海、雾凇、冰雹等特殊天气现象，对人类活动有较大影响。城市气象1城市热岛效应城市建筑和道路吸收热量，导致城市气温比郊区更高。2城市风高楼大厦改变风向，城市风速通常比郊区更低。3城市降水城市热岛效应会增加城市降水量，但城市污染也可能抑制降水。4城市雾霾城市污染物和气象条件结合，容易导致雾霾天气的形成。季风气候季风形成季风是由于陆地和海洋热容量差异形成的。夏季，陆地比海洋升温快，气压低，形成低压区。海洋比陆地升温慢，气压高，形成高压区。海洋气流流向陆地，形成夏季风。季风影响季风对全球气候和生态系统有重要影响。亚洲季风带来丰富降水，滋养农业和经济发展。南美洲季风带来雨季和旱季，影响生物多样性。气候变化全球气温上升地球表面温度不断升高，导致冰川融化，海平面上升，极端天气事件增多。气候模式改变降雨量和降雪量发生变化，干旱和洪涝灾害加剧，影响农业生产和水资源利用。生物多样性受损气候变化导致动植物物种灭绝，生态系统失衡，影响人类的生存环境和可持续发展。气象观测和监测1地面观测气温、湿度、气压、风速、风向等2高空观测探空仪测量温度、湿度、气压等3卫星遥感观测云层、降水、温度等4雷达监测监测降水、雷暴、风切变等气象观测和监测是获取气象数据的重要手段，为天气预报、气候研究、灾害预警等提供基础数据。天气预报技术数据收集和处理气象观测站、气象卫星、雷达等收集天气数据。数据经校准、质量控制和分析处理。数值天气预报利用数学模型模拟大气运动，生成未来天气预测，涵盖温度、降水、风速等要素。统计预报方法基于历史天气数据，分析天气模式，预测未来天气情况，适用于短期预报。集合预报技术运行多个数值天气预报模型，生成多套预报结果，评估预报的不确定性。预报产品发布将天气预报结果转化为文本、图形、地图等形式，发布给公众和相关部门。天气预报应用灾害预警天气预报提供重要信息，例如洪水、暴风雨和干旱，帮助人们做好准备和采取预防措施，减少损失。农业生产农民使用天气预报来优化播种时间、灌溉和收割，确保农业生产的高效和稳定。航空运输飞行员利用天气预报了解风向、能见度和云层状况，确保飞行安全和效率。旅游休闲旅行者参考天气预报选择最佳出行时间，计划行程，避免恶劣天气影响旅行体验。气象数据处理数据收集包括气象站、雷达、卫星等多种观测手段。数据分析利用统计学、机器学习等方法进行分析。数据可视化将数据以图表、地图等形式呈现。数据存储和管理建立数据库，对数据进行存储和管理。气象分析方法11.数据可视化使用图表和地图，分析气象数据，显示气象要素的时空分布，发现趋势和模式。22.统计分析运用统计方法，计算气象数据，分析气象要素之间的关系，以及气象事件的发生概率。33.数值模拟利用数值模型，模拟大气运动过程，预测未来天气变化，评估气候变化的影响。44.物理分析运用物理定律和原理，解释气象现象的发生机制，探索大气变化的规律。气象模型数值天气预报模型模拟大气运动和天气变化，提供未来天气预报。气候模型研究地球气候系统长期变化，预测未来气候变化趋势。风能模型模拟风能资源分布，预测风能发电潜力。气象灾害预警气象灾害预警是利用气象观测数据和预报结果，提前发出预警信息，以减少灾害损失的预警系统。1预警发布通过电视、广播、手机短信、网站等渠道发布预警信息。2预警评估评估潜在灾害的影响和风险程度。3预警监测利用气象监测系统实时监测天气情况。4预警预测利用气象模型和数据分析预测未来天气情况。5预警信息收集收集气象观测数据和预报信息。气象灾害预警系统可以帮助人们及时了解天气变化，采取相应的防范措施，减少人员伤亡和财产损失。气象服务天气预报提供准确的天气预报，帮助人们做好出行、生产和生活准备。气象灾害预警及时发布气象灾害预警信息，保障人民生命财产安全。农业气象服务提供农作物生长所需的气象信息，指导农业生产。航空气象服务提供航空飞行所需的实时气象数据，确保飞行安全。气象仪器和设备自动气象站自动气象站可以收集风速、气温、湿度等数据，并自动传输到中央服务器，方便科学家进行分析。气象气球气象气球可以将探测器带到高空，测量气压、气温、湿度等数据，帮助我们了解大气层结构。天气雷达雷达可以探测降水量、风速、风向等，提供更准确的天气预报信息，帮助人们提前做好防灾准备。气象卫星气象卫星可以监测全球范围的天气变化，帮助科学家更全面地了解大气环流和气候变化。野外实习和实践1实地观测气象要素2天气现象记录分析3现场学习气象仪器4团队合作实践技能野外实习是理论学习的实践补充。学生可以学习如何使用气象仪器，进行气象观测，记录并分析天气现象。这些实践活动有助于学生更深入地理解气象学原理，提升实际应用能力，培养团队合作精神。课程作业和考核作业形式作业形式包括课堂练习、课后作业、实验报告和文献综述等。课堂练习考察学生对知识点的理解和运用能力。课后作业鼓励学生深入学习和拓展相关知识。考核方式考核方式主要包括平时成绩和期末考试。平时成绩占总成绩的30%，包括课堂表现、作业完成情况和实验报告等。期末考试占总成绩的70%，考察学生对课程内容的掌握程度。课程总结和展望北方秋季山区秋季是学习气象学的好时机，可以观察到各种天气现象，比如霜冻和降雪。南方夏季雷雨天气夏季是学习气象学的另一个好时机，可以观