大气科学概论第一章绪论

NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY大气物理学院曹乐电话：138-5190-4594Email：[e-mail]大气科学概论教学大纲曹乐讲授绪论（2学时）能量与辐射（2学时）云、雾、降水（2学时）于华英讲授常规气象要素与探测（2学时）非常规气象观测（2学时）王咏薇讲授大气环流与气候变化（2学时）天气系统和天气预报（2学时）空气污染与全球变化（2学时）参考文献1、何金海，郭品文，银燕，申双和大气科学概论2、徐玉貌，刘红年，徐桂玉.大气科学概论，南京大学出版社.3、李万彪.大气概论，北京大学出版社.参考J.Wallace、P.Hobbs、于兴娜，樊曙先、徐怀刚、安俊琳、刘惠民等专家的ppt，在此一并感谢！绪论第一节大气科学•历史概况•研究对象和目的•应用第二节地球大气•大气的成分•大气的垂直结构•表征大气的基本要素NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY1.1历史概况1）气象学(meteorology)一词源于希腊文meteoros和logos，意为“上空的”和“推理”。2）传统的气象科学，主要是研究大气中各种天气现象的发生发展规律的科学。3）在18、19世纪，气象学附属于地理学，作为其一个分支而存在。4）1820年世界上出现第一张天气图，气象学才开始了近代科学探索的历史。NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY5）到20世纪初，气象学从地理学分出，逐渐发展而成为地学的一个大的分支。6）20世纪20年代，地面气象观测网建立，30-40年代高空气象观测网的发展，增进了人类对大气的认识，加速了气象科学的发展。7）60年代以来，电子计算机、卫星、雷达等的应用，使气象科学呈蓬勃发展之势，研究内涵日渐丰富，外延不断拓展。8）到了20世纪90年代，气象科学的概念，已逐渐被大气科学的概念所取代。随着现代科学技术在气象学中的应用，其研究范畴日益扩展，因而20世纪90年代以来，“大气科学”术语得到日益广泛的应用，它大大扩充了传统气象学的研究内容。NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGYNANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY1934NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY1930NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY1936NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY1955NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY绪论1993NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGYNANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY大气科学研究对象主要是覆盖整个地球的大气圈。大气圈,特别是地球表层的低层大气和地球的水圈、岩石圈和生物圈是人类赖以生存的主要环境。1.2大气科学的研究对象NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY绪论大气物理学院安俊琳NANJINGUNIVERSITYOFINFORMATIONSICENCE&TECHNOLOGY学科分支大气科学的研究目的•更加精确的天气预报•大气化学及其应用•气候动力学Moreaccurateweatherforecast•weatherpatternswithinafewweeks,hazardousweathersysteminshorttime,…Atmosphericchemistry•Ozonehole,…Climatechange•明朝所遭遇的“小冰河期”，尤其是末期的1580-1644年在一千年里是最寒冷的时期。据学者（如竺可桢等）研究，明朝中叶，即1500年后，气温骤然下降，气温最低的阶段就是明朝末期的那段日子——1600年至1644年。•这段时间，气温骤然下降到了千年以来的最低点。崇祯即位的1628年正好是最寒冷的一段时期之中段，整个气温回暖是在明朝灭亡以后的1650年左右。•崇祯大旱正处在这一时期。1.3大气科学的应用主要表现在以下三个方面：(一)提供气象观测资料，并加以整理分析，找出它们的规律和特性，供生产建设部门应用。(二)提供未来天气预报和气候变化趋势预报，做生产建设部门的参谋。(三)根据生产建设的需要，提供人工控制局部天气和改造小气候的条件。上述三方面已广泛应用在农林、渔盐、交通、工程、医疗卫生和军事国防等方面，取得良好效果。大气科学的应用-农业农业与气象、气候关系最为密切各种农作物的生长、发育都必须具备一定的温度、日照和降水等气候条件。进行农业区划时，必须根据这些有关气象要素统计资料，充分利用气候资源，合理地解决农业生产布局问题。进行播种、移栽、收割等农事活动时，必须利用短期和中、长期天气预报来安排工作，利用有利的天气时机，克服不利的天气条件，采取有效措施。预防灾害性天气带来的危害。还可利用气候学原理，改善田间小气候，夺取农业丰收。大气科学的应用-农业2015年的初霜冻主要出现在内蒙古东北部呼伦贝尔西北部草原、东北部林区，黑龙江大兴安岭地区的林区已经出现了初霜冻，新疆天山山脉海拔较高的地区也已经出现初霜冻。玉米、大豆、棉花等秋收作物在成熟前对霜冻非常敏感。以玉米为例，如果在灌浆期遭受早霜冻，不仅影响品质，还会造成减产。农业生产上应对初霜冻可以使用熏烟法、灌溉法、喷雾法、防护林法、覆盖法等物理化学方法增温或减缓降温速率。利用温室、大棚等保温措施提前播种玉米、西红柿等作物，培育壮苗，等温度回升稳定后再移栽大田。大气科学的应用-造林植树造林同样也要研究气候条件，例如种植大规模的防护林时，先要调查造林区的盛行风向和风力。根据这些气候条件合理规划防护林带的位置、宽度、走向和间距，使防护林带发挥最大的效用。要预防森林灾害，如风折、雪压、霜冻等，必须利用天气预报及早采取措施，防患末然。大气科学的应用-渔业沿海的渔盐生产和气象条件关系也十分密切。就渔业生产来讲，我国的渔场的面积很大，在世界渔场中占有相当的比重。捕鱼与风的关系最大，风力适宜既利于渔船出海，又利于鱼类群栖，抢风头、起风尾，往往取得良好的成绩。因此正确的风力预报，可以指导渔业生产。至于水产加工更需要根据天气预报来安排工作。海盐生产过程，实质上就是海水蒸发过程。需要了解日照、气温、湿度、风向、风速以及晴、雨日数等气候资料，一次生产作业过程中最好有连续七、八天的晴天，切忌中途出现大雨，这就需要准确的天气预报。大气科学的应用-交通在海、陆、空交通和工程建设方面部需要应用气候资料和天气预报。海上航行，在很大程度上与天气有关。大风、海雾、台风等灾害性天气对航行有很大障碍，必须依靠天气预报作好防御工作。建筑海港，需视港湾形势，利用当地盛行风向、风速资料，设计海港的口门方位。海港位置的选择亦必须考虑雾的出现频率、冬季冰冻情况等气候条件。大气科学的应用-交通在赤道以南和以北附近两侧，常年吹着一个方向的风。古代的航海家和商人，在多年的航海生涯中，逐渐掌握了这个规律。他们在风的帮助下，往来于大西洋和太平洋，在各大洲进行贸易往来，因此，这种风有“贸易风”之称。由于风向不变很守“信用”，海员们又称之为“信风”。大气科学的应用-交通陆上交通也受到气象条件的影响例如，大风会折断电杆，雨淞会压断电线，使通讯遭受破坏。大雾会影响铁路和公路运输。公路和铁路的建筑必须知道冻土深度、最低温度和低于0℃温度的连续出现日数。气温能够改变路基土壤内部水分的重新分布。影响路基强度。降水中的一次最大量和连续最大量，为公路和铁路桥涵设计的必要依据。如果没有足够的气候资料，没有掌握天气变化的极端情况，在雨季或暴雨时，就会发生路基崩塌、路面翻浆、排水道溢流、桥梁冲毁等等事故。大气科学的应用-航空航空路线的选择需要根据云量、云状、云高、沿途风速和盛行风向、能见度等气象资料，来确定最有利的航线和飞行高度。飞机场不宜建筑在多雾的地方，飞机跑道的方间要参考当地盛行风向而定。在飞机起飞、航行途中和降落时，都必须根据当时的天气情况和天气预报采取措施，保证安全，特别是当盛夏午间空气对流旺盛时，容易导致飞机额簸；穿过过冷却水滴构成的云层时，会产生飞机结冰现象，可改变飞机的动力性能，往往因此发生航行事故，应加以防范。大气科学的应用-航空航站楼单体建筑面积内地第一，号称中国第四大国家门户枢纽的昆明长水机场，自2012年6月28日投入使用后，就一直风波不断。引发风波的是机场所在地“糟糕的天气”：大风、大雾、暴雨、大雪……昆明四季如春，而这些糟糕的坏天气，却在距市中心仅二十多公里的机场轮番上演。“长水机场是属于云南冷空气的入口，又是昆明准静止锋常影响的区域”，一旦有西南暖湿气流配合，就会起雾。大气科学的应用-水利水利建设中为了作好某流域的总体规划、水库设计、灌溉工程、防洪、防风以及洪水预报等，就需要该地区和水文有关的气候资料，特别是降水方面的资料，年、月的平均降水量、最大降水量、最小降水量、降雨强度、阵水持续时间、暴雨持续时间、暴雨范围、降水变率、降水周期、蒸发量等等统计资料及其综合分析的研究成果，并且还要考虑这些水利工程设施建成后的气候效应。大气科学的应用-城建城市建设方面为了合理布置工厂、机关、学校与住宅区，就需要盛行风向、风速和混浊指数等资料。例如，北京新的工业区选择在东南郊，其原因之一就是由于北京常年盛行西北风，这样使工厂区位于下风方向，工厂的烟尘就不致大量扩散到市内。在营造高大建筑物如铁塔、水塔与烟囱等时，就需要风压和雪压资料。在设计粮食仓库、印刷厂与造纸厂时还需要考虑温度、湿度和风的资料。没有这些资料，在进行厂房内的温度、湿度调节和通风设备等设计时是有困难的。大气科学的应用-预报大气污染由于近代工业的发展，出现城市人口密集的现象，工厂、汽车和居民所用炉灶等排放出的烟尘废气，使大气污染，直接、间接影响着人体健康。大气污染监测、大气污染预报、大气污染气候与大气环境评价以及做好大气环境保护等方面的工作，都需要应用气象、气候资料和及时的天气分析和预报。大气科学的应用-医疗人体健康与气象条件关系十分密切。疗养地点的选择，对日照、气温、温度、大气透明度和风速等都有一定的要求。病菌的繁殖与温度、湿度关系很大，人体抗御疾病的机能，也和天气情况有关。例如每次寒潮爆发，都会导致患呼吸器管疾病的人病情加重。因此，医疗卫生部门必须重视天气变化，及早采取措施，防病治病，提高医疗效果。大气科学的应用-战争在国防建设中，海、陆、空军事基地的选择都必须慎重考虑气候条件；在战争中，气象情报是军事行动的重要保证之一。正确利用气象条件和天气预报，制订周密的作战计划，才能收到克敌制胜的效果。大气科学的应用建文元年八月，朱允炆以曹国公李景隆代替耿炳文为大将军，率领五十万大军伐燕。建文二年（公元1400年）四月，双方战于白沟河。在鏖战之际，突然刮起一阵旋风，吹折李景隆的大将旗。燕军乘风纵火，官军大乱，奔声如雷，李景隆狼狈逃窜。九月，朝廷再次换将，命盛庸代替李景隆。次年三月，燕军与盛庸战于夹河，燕将谭渊战死，燕军不利。次日，朱棣整众再战，双方从早上打到中午仍不分胜负。正在双方难分难解之际，又刮起一阵东北风，两军咫尺不相见，燕军乘风大呼进击，盛庸军大败，退保真定。过了几天，两军又在藁城（今河北石家庄东部）相遇，官军列方阵于西南，燕军从四面攻击，朱棣率精锐攻其东北隅，“会大风起，发屋拔树，燕军乘之”，官军大溃，朱棣乘胜追击，斩首六万余级。大气科学的应用综上所述可见，气象、气候在社会生产、生活中的应用是十分广泛、十分重要的，并已分门别类形成各自独立的