大气科学概论-绪论

大气科学概论安徽省气象培训中心刘惠民气象基础知识培训班学习内容绪论第一章大气概述第二章大气辐射学第三章大气温度、湿度和稳定度第四章大气运动第五章云、雾和降水物理学基础第六章天气和天气预报第七章气候变化第八章大气化学和大气污染绪论学习内容：大气科学的定义和重要性大气科学发展概况大气科学的研究对象和研究内容大气科学的研究方法学习要求：了解大气科学的发展概况和研究内容绪论大气科学的定义：大气科学是研究地球大气中各种现象（包括物理和化学现象以及人类活动对它的影响等）的演变规律，以及如何利用这些规律为人类服务的一门科学。大气科学是研究大气状态及其变化规律及其成因和大气与周围的海洋、陆面、冰雪、生物圈相互作用的动力、物理及化学过程的一门综合性科学。绪论大气科学与气象学的联系和区别大气科学是由气象学发展演变而来的。20世纪70年代以来，随着探测技术、计算机技术和通信技术的迅速发展，使气象学的研究领域迅速扩展，从而演变成现在的大气科学。绪论大气科学的重要性大气科学理论对自然科学的发展起了很大作用；斜压大气和环流理论，推动了整个宏观流体动力学的研究；大气适应理论说明了在大气、海洋这种自然界中质量的分布与运动互相作用是自然辩证法的一个很好的发展；洛伦兹提出分岔、混沌和怪吸引子概念，被公认为当代自然科学的重大突破。这个理论成果被认为是自然科学发展的三次革命之一绪论大气科学的重要性大气科学研究对于国民经济建设和社会发展有着重大作用防灾减灾环境问题交通运输droughtfloodearthquaketsunami世界上各类自然灾害大致可分为8大类干旱洪水地震海啸风暴野火崩滑火山stormwildfirevolcanocollapse-slide1980-2005年全球自然灾害比例88.5%的灾害是气象及其次生灾害Slides4%Flood35%ExtremeTemperature11%Drought4%Earthquake11%Windstorm22%WildFires8%Epidemic,famine,insects5%Volcano0.5%1980-2005年全球因自然灾害死亡人数近70%的人员死亡是气象灾害造成的Volcano2.5%Tsunami11%Epidemic,famine,insects19%WildFires0.06%Windstorm13%Earthquake14%Drought28%ExtremeTemperature3.4%Flood9%Slides0.9%1980-2005年自然灾害经济损失75%的经济损失是气象灾害及其衍生灾害Slides0.4%Flood28%ExtremeTemperature1.8%Drought5%Earthquake24%Windstorm38%WildFires2.45%Tsunami1%1990-2006年及2007年以来气象灾害造成的直接经济损失变化0500100015002000250030003500199019921994199619982000200220042006年份直接经济损失（亿元）历年值1990－2006年平均值2007年1761.3亿元在我国，气象灾害造成经济损失十分严重。仅在1990-2006年，每年因气象灾害造成的直接经济损失1810亿元，其中1998年最多，达2989亿元。2002-2006年平均直接经济损失1936.3亿元。1990-2006年及2007年以来气象灾害造成的直接经济损失占GDP的比例变化虽然气象灾害造成的直接经济损失呈增加趋势，但因近年来我国经济总量的快速增长，因而其占国内生产总值的比例呈减少态势。1990-2006年，气象灾害所造成的经济损失占国内生产总值年均为2.7%。2002-2006年占1.3%。0123456199019921994199619982000200220042006年份比例（%）历年值1990-2006年平均超强台风桑美（SAOMAI）2006年8月10日在浙江苍南沿海登陆，登陆时中心附近最大风力达17级（60米/秒），为建国以来登陆我国大陆最强的一个台风，比2005年登陆美国时的“卡特里娜”飓风还强，也是近10年来因大风造成伤亡最惨重的一个台风。2006年百年一遇超强台风“桑美”登陆我国“桑美”共造成浙江、福建、江西和湖北4省665.6万人受灾，因灾死亡483人，直接经济损失196.6亿元。浙江、福建受灾严重。强热带风暴“碧利斯”7月13日在台湾省宜兰登陆，14日在福建省霞浦再次登陆。登陆后西行，深入内陆历时5天，于18日在云南东部减弱并且消失。2006年强热带风暴“碧利斯”横扫我国南方七省（区）福建、江西、湖南、广东、广西、云南等省（区）出现严重暴雨洪涝、山洪和山地灾害，共有3194万人不同程度受灾，因灾死亡843人；直接经济损失348.3亿元。“碧利斯”是近10年来造成死亡人数最多的热带气旋。环境问题南极臭氧空洞臭氧层空洞威胁人类生存全球变暖冰面渐远“千里寻冰”累死北极熊照片里，蓝色的深浅代表臭氧的含量，颜色愈深，臭氧的含量愈少。英国媒体登出一张照片，显示一头北极熊正在海浪中挣扎。相关报道说，它和另外8头北极熊因所住冰面消融而掉进汪洋大海，窘况“令人心碎”。由于全球升温，冰面不断融化，距离这9头北极熊最近冰面远在644公里外。农业作物受害状况林木受害状况交通运输电力绪论大气科学的发展概况大气科学是一门古老的学科，有关天气、气候知识很早就起源于长久的生产劳动和社会生活的经验之中。例如，公元前2世纪《淮南子·天文训》和《逸周书·时训解》的二十四节气和七十二候17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是直觉的、经验性的。绪论大气科学的发展概况17～18世纪，随着物理学和化学的发展，各类测量仪器和测量技术的发明、发展，大气科学研究开始由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段。这是大气科学发展进程中的一次飞跃。1820年，布兰德斯绘制了历史上第一张天气图，开创了近代天气分析和天气预报方法，为大气科学向理论研究发展开辟了途径。1835年科里奥利力的概念和1857年白贝罗提出的风和气压的关系，成为地球大气动力学和天气分析的基石。绪论大气科学的发展概况1920年前后，卑尔根学派提出的锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预报1～2天以后的天气变化奠定了理论基础。20世纪30年代无线电探空仪的发明和普遍使用，使人们能够了解大气的铅直结构，高空图天气出现，真正三度空间的大气科学研究从此开始。根据探空资料绘制的高空天气图,发现了大气长波。1939年气象学家罗斯贝提出了长波动力学，并由此引出了位势涡度理论（见大气动力方程）。这不仅使有理论依据的天气预报期限延伸到3～4天，而且为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道路。绪论大气科学的发展概况1946年I.朗缪尔、V.J.谢弗和B.冯内古特的“播云”试验，探明了在过冷云中播撒固体二氧化碳或碘化银,可以使云中的过冷水滴冰晶化,增加云中的冰晶数目，促进降水，从此进入了人工影响天气的试验阶段。绪论大气科学的发展概况20世纪50年代以前，大气科学虽然取得了很大的进展，但因受海洋、沙漠等人烟稀少地区缺乏资料的限制以及计算上的困难，还不能摆脱定性或半定性的研究状态。20世纪50年代以后，各种新技术特别是电子计算机和气象卫星的采用，大气科学有了突飞猛进的发展，20世纪60年代以后，大气科学术语的应用日益广泛，大大扩充了传统气象学的研究内容。由于各种新技术特别是电子计算机和气象卫星的采用，大气科学有了突飞猛进的发展。绪论大气科学的发展概况20世纪50年代后，大气科学飞速发展，主要表现在以下两个方面：不断采用新的探测技术，使大气科学进入了宏观越宏、微观越微的新阶段。由于采用气象卫星、气象火箭和激光、微波、红外等遥感探测手段，对大气的观测能力增强了，观测空间扩展了。气象卫星已成为现代大气科学发展的支柱之一电子计算机的使用，使大气科学研究进入了定量实验研究的新阶段。电子计算机是现代大气科学发展的另一个支柱。绪论大气科学的发展概况进入21世纪，大气科学的迅猛发展正方兴未艾。随着探测技术和计算机技术的发展，随着国际合作开展的各类综合观测和研究计划的执行，将对气候变化和中小尺度天气系统的精细结构及其发生发展原因有更加广泛和深入的研究，研究成果将不断提高对灾害性天气预报的水平，不断预示人类活动对气候影响的可能后果，以防患于未然。绪论大气科学的发展概况总之，人类生产和生活的发展，将不断向大气科学提出新的问题和要求，推动大气科学新理论和新分支的发展。大气科学的新发展，必将不断提高它为生产和生活服务的能力，如提高天气和气候预报的准确率，为开发利用气候资源、制定发展战略和经济政策提供更加可靠的科学依据。绪论大气科学的发展概况推荐文章：大气科学的世纪进展与未来展望作者：张大林（美国马里兰大学大气和海洋科学系）大气科学发展的回顾与展望作者：黄荣辉（中国科学院大气物理研究所）绪论大气科学的研究对象：覆盖整个地球的大气圈以及大气圈与地球的水圈、岩石圈、冰雪圈和生物圈之间的相互作用。绪论大气科学的研究内容：地球大气的一般特征（如大气的组成，范围，结构等）大气现象发生，发展的能量来源，性质及其转化；解释大气现象，研究其发生，发展的规律；如何利用这些现象预测，控制和改造自然（如人工影响天气，大气环境预测和控制等）。绪论大气科学的学科分支及研究内容大气探测学：主要研究各种大气要素观测仪器、方法和大气常规观测仪器原理、构造与观测方法、地基遥感与空基遥感仪器原理、构造和观测方法等。由于探测手段的飞跃往往带来以往难以预计的重大发现，在大气科学的发展进程中，大气探测起了十分重要的作用。绪论大气科学的学科分支及研究内容天气学和大气环流主要研究大气中如暴雨、龙卷风、飑线、台风、气旋、反气旋等天气系统特征、变化规律以及大气环流系统，如季风、副热带高压、阻塞高压和西风带槽脊等的特征、演变规律和成因以及天气预报原理和方法。动力气象学也称大气动力学，主要研究控制大气运动的基本动力、热力方程组，大气中动力、热力过程的基本问题，大气中各种空间尺度运动的物理机制等。绪论大气科学的学科分支及研究内容气候学：主要研究全球和区域气候季节内、季节、年际以及年代际和更长的时间变化规律和成因、全球气候系统各圈层相互作用过程和机理以及人类活动对气候的影响。大气物理学主要研究大气各层(对流层、平流层、中间层、电离层等)结构与成分，大气中所发生的声、光、电和雾、霜、雪、雨等物理现象及机理，大气热力学原理以及人工局部影响大气中发生的物理现象的原理。绪论大气科学的学科分支及研究内容大气化学主要研究大气温室气体和痕量气体、气溶胶的化学过程及其气候效应，在大气、海洋中化学物质的循环过程以及它们对全球气候的影响。大气环境学：主要研究大气边界层的物理过程、大气污染及其污染物在大气的扩散过程、酸雨、环境保护与治理等。绪论大气科学的学科分支及研究内容应用气象学：主要研究天气学和气候学在工农业、交通运输、水文、医疗等领域的应用以及天气、气候灾害对工农业、交通运输和国民经济的影响。绪论大气科学的研究方法观测是大气科学的基础，大气科学的一切知识均来源于实际观测，一切推论和原理都需经实际观测事实来证实。分析和诊断是大气科学基本的研究方法数值模拟是大气科学研究的一个重要手段绪论观测是大气科学的基础大气科学每一重要发展都与观测手段、方法和观测资料的收集、整理分不开。大气科学是在气象观测仪器发明和气象观测数据积累、分析的基础诞生的；地面天气图的出现促使挪威学派提出锋面学说，从而奠定了近代天气学基础；高空探测的发展为罗斯贝为首的芝加哥学派提出的控制天气变化的罗斯贝波和准地转理论提供了观测事实，从而奠定了近代大气环流理论和大尺度动力学的基础；气象卫星和雷达的发展，大大提高了天气预报的准确率，