气象气候学第一章引论
气象学与气候学电子教材
气象学与气候学电子教材第一章引论第一节气象学、气候学的研究对象、任务和简史一、气象学与气候学的研究对象和任务由于地球的引力作用，地球周围聚集着一个气体圈层，构成了所谓大气圈。
大气的分布是如此之广，以致地球表面没有任何地点不在大气的笼罩之下；它又是如此之厚，以致地球表面没有任何山峰能穿过大气层，而且就以地球最高峰珠穆朗玛峰的高度来和大气层的厚度相比，也只能算是“沧海之一粟”。
我们人类就生活在大气圈底部的“下垫面”上。
大气圈是人类地理环境的重要组成部分。
地球是太阳系的一个行星，强大的太阳辐射是地球上最重要的能源。
这个能源首先经过大气圈而后到达下垫面，大气中所发生的一切物理（化学）现象和过程，除决定于大气本身的性质外，都直接或间接与太阳辐射和下垫面有关。
这些现象和过程对人类的生活和生产活动关系至为密切。
人类在长期的生产实践中不断地对它们进行观测、分析、总结，从感性认识提高到理性认识，再在生产实践中加以验证、修订、逐步提高，这就产生了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。
气象学的领域很广，其基本内容是：（1）把大气当作研究的物质客体来探讨其特性和状态，如大气的组成、范围、结构、温度、湿度、压强和密度等等；（2）研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及其转化；（3）研究大气现象的本质，从而能解释大气现象，寻求控制其发生、发展和变化的规律；（4）探讨如何应用这些规律，通过一定的措施，为预测和改善大气环境服务（如人工影响天气、人工降水、消雾、防雹等），使之能更适合于人类的生活和生产的需要。
由于生产实践对气象学所提出的要求范围很广，气象学所涉及的问题很多，在气象学上用以解决这些问题的方法差异很大，再加上随着科学技术发展的日新月异，气象学乃分成许多部门。
例如有专门研究大气物理性质及其变化原理的大气物理学；有着重讨论天气现象及其演变规律，并据以预报未来天气变化的天气学等，而其中与地理和环境科学关系最密切的是气候学。
气象学与气候学
地理系
▪ 2006年7月3日上午8：30分，一层大雾飘向山东蓬莱市沿海，将蓬莱阁 景区掩住。时隐时现的蓬莱阁景区如同披上了神秘面纱的仙山。登高远 眺，整个景区仿佛在云海中浮游。云雾将蓬莱阁景区拦腰裹住，唯有田 横山尖清晰可见，景致很是壮观。此景观持续了两个多小时，许多市民 和游客目睹了这一美妙奇观。 据气象专家介绍，这种如梦如幻的平流雾，是蓬莱市特有的海上三奇 观（海市、海滋、平流雾）之一，海雾被海风吹过后，飘浮空中，然后 冉冉生起，就形成了悬在半空中的“飘带雾”，附在海面而随风平流， 则得名为“平流雾”。 （来源：天气预报网）
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重庆百年一遇特大旱灾为 罕见 新华社特稿 2006-08-31
▪ 重庆市副市长陈光国介绍说，今年５月中旬以来，重庆市遭 受了总体上百年一遇的特大旱灾。此次旱灾是自１８９１年
重庆有气象资料记录以来最严重的一次。
▪
据介绍，重庆此次特大旱灾呈现出“五个 罕见”的特
点：一是干旱持续时间之长 罕见。今年发生在重庆市东北
三是抗旱水源之少 罕见。
８月１５日，綦江县日极端气温达４４．５℃，刷新了重庆保持５３年的日极端气温纪录。 据介绍，重庆此次特大旱灾呈现出“五个 罕见”的特点：一是干旱持续时间之长 罕见。
示
此次旱灾是自１８９１年重庆有气象资料记录以来最严重的一次。
（来源：天气预报网）
干旱2期0间06，-9各-地6 日平均气温较常年同期偏高２℃－３℃，降水大部分地区偏少９成，蒸发量偏多６成到１倍。
限产停产减少产值３４亿元。旱灾直接经济损失达到６３．７５亿元， 其中农业经济损失５１．２８亿元。
况
嘉陵江内载重船已经禁航。
２５８万亩柑橘不同程度受灾，其中有６４万亩绝收； １０８１个乡镇（街道）中有２／３出现供水困难。
气象学与气候学第一章引论2共17页
万平方公里）
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水圈：海洋是由世界大洋和邻近海域的含盐海水所组 成。其总面积为3.6 亿km2，约占地球表面的71％， 相当于陆地面积的2.5倍。无论从力学和热力学效应
来看，海洋在气候系统中具有最大的惯性，是一个巨 大的能量贮存库。
理想气体状态方程 干空气状态方程 湿空气状态方程 虚温的引入及意义
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谢谢！
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大 气 的 气 体 组 成 成 份
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飞机一般在什么高空中飞行？
臭氧层作为人类生存环境的天然屏障，一 般在什么高度？
无线电短波通信一般依靠哪一层？
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水圈、陆面、冰雪圈和生物圈
陆面：岩石圈。在近代气候变化的时间尺度内，除火 山爆发外，对大气的作用主要还是发生在陆地表面。
冰雪圈：冰川和冰原的体积变化与海平面高度的变化 有很大关系。由于冰雪具有很大的反射率，在冰雪覆
盖下，地表（包括海洋和陆地）与大气间的热量交换
被阻止，因此冰雪对地表热量平衡有很大影响。它是 气候系统中的一个重要子系统。
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气候形成的三大因素
太阳辐射——大气活动的能量之源，大气 过程的主宰力量。（外部因素）
大气环流——输送热量和水分的机制，是 直接控制气候过程的因素。（本身）
地理环境——下垫面的影响、人类活动的 影响。只有地理条件才是气候特征的决定 因素。
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气象学与气候学课件01引论
③二氧化碳 在大气中的含量很少，它主要集中在 大气底层，20公里以上就很少了。大气中二氧化 碳含量一般占0。03-0。05%
④臭氧 在大气中含量极少，并且变化很大。据观测， 臭氧含量随高度的分布很不规则，在近地面层含 量很少，从10公里高度开始逐渐增加，在12—15 公里以上含量增加得特别显著，在20-30公里高度 处达到最大值，再往上则逐渐减少，到55公里高 度上就极少了。
2、什么是气候学？
气候是在对大气多年观测的基础上经 过统计、分析所得出的总结和概括。如某 地是干旱或湿润的气候。
盖斯特把某一地区的气候状态定义为：该 地气候系统的全部成分在任一特定时段内 的平均统计特征。
气候学就是研究气候的形成过程，分布和 变化规律的科学。
3、气象学与气候学的研究对象
（1） 气象学就是研究大气中各 种物理过程和物理现象的科学， 所以，其研究的对象就是大气圈。
天气过程是大气的短时间状态，天气 具瞬时多变的不稳定性。
气候是指在太阳辐射，下垫面性质，大气 环流和人类活动长时间相互作用下，在 某一时段内大量天气过程的综合，它不 仅包括该地多年来经常发生的天气状况， 而且包括某些年份偶尔出现的极端天气 状况。
气候是在多年观测到的天气基础上所得出 的总结和概括，也就是说，气候过程是 在一定时段内大量天气过程综合而得出 的长期天气过程
（2）从内容来讲： 气候系统包括了对气候的形成分布和
变化有直接和间接影响的各个环节, 包括太阳辐射、大气、海洋、陆地 表面、冰雪覆盖层和生物圈等组成 的庞大的系统。
天气系统可以看成单纯的大气系统
三、气象学与气候学的基本任务
（1）从定性和定量两个方面来说明各种气候 现象的特性；
《气象气候学》第一讲
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04 大气运动与天气系统
大气运动基本形式
垂直运动
涡旋运动
指大气在垂直方向上的升降运动，包括 上升运动和下沉运动。这种运动形式对 天气系统的形成和演变有重要影响。
指大气在垂直轴或水平轴上的旋转运动， 如气旋、反气旋等。涡旋运动对天气系统 的形成、移动和消散有重要作用。
水平运动
指大气在水平方向上的运动，包括风、气压 梯度力等引起的运动。水平运动是大气运动 的主要形式，对天气和气候的变化起到关键 作用。
气象观测与预报
介绍气象观测的方法、技术和 气象预报的原理、方法。
实验与实习
通过实验和实习环节，加深学 生对理论知识的理解和掌握实 际技能。
02 大气圈层与气候系统
大气圈层结构
对流层
地球表面最接近的大气层 ，天气主要发生在这里，
包含水汽、尘埃等。
平流层
位于对流层之上，包含 臭氧层，对紫外线有吸
收作用。
天气系统的存在和发展会对大气运动产生影响，如改变风向、风速等，从而对天气和气候 的变化产生影响。
大气运动和天气系统共同影响天气和气候
大气运动和天气系统是相互关联的，它们共同影响着天气和气候的变化。了解它们之间的 关系有助于更好地预测和防范自然灾害。
05 气候变化及其影响因素
气候变化定义及类型
气候变化定义
指长时间内气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间的气 候变动。
气候变化类型
包括全球性气候变化和区域性气候变化两大类。全球性气候变化影响全球范围 内的气候系统，而区域性气候变化则仅对某一特定区域的气候产生影响。
自然因素对气候变化影响
太阳辐射变化
气象学与气候学_第一章_1
b.白云 如果形成散射的粒子的形状 是球形的，而且其直径并不比阳 光的波长小，所有的波长都是平 均地被散射的，这种散射称迈耶 散射。因此，云是白色的。 c.风 有风就说明有物质的存在， 因为风是由于大气不同部位的压 力差别造成的。如果在真空中就 不会有风了。
d.流星 流星就是陨石穿过大气层时，由于其速度太快，与大气 摩擦产生热使陨石燃烧起来。 否则我们的地球也与月球一样“ 千疮百孔”。
物理现象
物理过程
CO2增加可使大气增温。
地球上的水汽循环
b. 气象学的研究对象
——地球上的大气
其中主要内容有：
（1）大气一般的组成、范围、结构及各种要素等；
（2）大气现象的发生、发展及能量来源； （3）探求大气现象的本质及其变化规律； （4）将大气现象中的规律应用于实践。
气象学因国民经济建设和人民生活要求，已形成
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2.2 大气圈
大气圈是指因地球的引力而聚集在地表周围的气 体圈层。 大气圈无色无味，那么它是否真的存在呢？
大气圈存在的主要证据或现象
大气圈存在的主要证据或现象:
a.蓝色的天空 这是由于大气中的一些非常细小物质成分，如气体、粉尘等 非球形微粒，它们的直径较阳光的波长小得多，因此，蓝色的散射 量较之于其他任何一种颜色能更多地被选择散射。这种散射称瑞利 散射。
O2、N2 、 CO2 、O3
O2的作用 （1）用于呼吸作用维持生命，新陈代谢 （2）有机物燃烧、腐化、分解 （3）植物光合释放氧气
N2的作用 （1）冲淡氧气，控制氧化速率 （2）固氮，植物养料 CO2的来源及作用 来源：有机物燃烧，腐烂和生物呼吸 作用：温室气体，植物光合作用原料
一丝不苟——座右铭 排万难冒百死以求真知——做人原则 博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之——处世原则
气象学与气候学
⽓象学与⽓候学第⼀章引论⼤⽓圈：由于地球的引⼒作⽤，地球周围聚集着⼀个⽓体圈层，构成了所谓的⼤⽓圈。
⽓象：发⽣在⼤⽓中的各种物理现象和过程（冷热、蒸发、降⽔）。
天⽓：指瞬时间或短时间内（⼏分钟到⼏天）的⽓象要素的综合状态。
⽓候：是指在太阳辐射、⼤⽓环流、下垫⾯性质和⼈类活动长时间相互作⽤下，在某⼀时段内⼤量天⽓过程的综合。
包括百年平均状态，也包括多年特殊状况。
⽓候系统：⽓候系统是⼀个包括⼤⽓圈、⽔圈、陆地表⾯、冰雪圈和⽣物圈在内的，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。
⼤⽓圈：⼤⽓圈是⽓候系统中最活跃、变化最⼤的组成部分。
对流层的特征：⽓温随⾼度增加⽽降低；垂直对流运动显著；⽓象要素⽔平分布不均匀。
⽔汽压（e）：⼤⽓中的⽔汽所产⽣的那部分压⼒称⽔汽压（e）。
饱和⽔汽压（E）：如果⽔汽含量达到限度，空⽓呈饱和状态，这时的空⽓称饱和空⽓，饱和空⽓的⽔汽压称饱和⽔汽压，饱和⽔汽压随温度的升⾼⽽增⼤。
饱和差：在⼀定温度下，饱和⽔汽压与实际空⽓中⽔汽压之差称饱和差（d).即：d=E-e意义：d表⽰实际空⽓距离饱和程度。
D越⼤，越不饱和D=0，空⽓达到饱和D>0，不饱和D<0，过饱和露点：在空⽓中⽔汽含量不变，⽓压⼀定下，使空⽓冷却达到饱和的湿度，称露点温度。
结论：⽓压⼀定时，露点的⾼低之与空⽓中的⽔汽含量有关，⽔汽含量越多，露点越⾼。
所以露点也是反映空⽓中⽔汽含量多少的物理量。
TD和T（常温）意义：TD=T，空⽓饱和TD—T<0，空⽓不饱和TD—T>0，空⽓饱和⼲空⽓的状态⽅程：第⼆章⼤⽓的热能和温度基尔荷夫定律：放射率=吸收率防⾝能⼒越强，吸收能⼒越强斯蒂芬—玻⽿兹曼定律：物体的放射能⼒是随温度、波长⽽改变的。
随着温度的升⾼，⿊体的放射能⼒增强。
因⽽物体放射的总能量也会显著增⼤。
⿊体的总放射能⼒与它本⾝的绝对温度的四次⽅成正⽐。
维恩（Wein）位移定律：物体的温度愈⾼，其辐射极⼤值所对应的波长愈短；反之，物体的温度愈低，其辐射的波长则愈长。
[理学]气象与气候学复习资料
![[理学]气象与气候学复习资料](https://img.taocdn.com/s3/m/b8ad5c50326c1eb91a37f111f18583d049640fa0.png)
[理学]⽓象与⽓候学复习资料第⼀章：引论1.⽓象：⼤⽓中的物理现象2.⽓候：多年天⽓综合的表现，包括某地地区多年的⼤⽓平均状况和极端状况3.天⽓：⼀定区域短期天⽓状况及其变化的总称4.⽓温垂直递减率：⼜叫绝热率，是表征⽓体随着⾼度的增加⽽其⽓温的变化程度的物理量。
⼜指在对流层主要从地⾯的到热量，因此⽓温随着⾼度的增加⽽降低。
⼀般⽽⾔，⾼度每增加100⽶，⽓温就下降约0.65,通常⽤r表⽰。
5.⼤⽓污染：是指由于⼈类活动或者⾃然过程引起某些物质进⼊⼤⽓中，呈现出⾜够的浓度，达到⾜够长的时间，并因此危害了⼈体的舒适，健康，福利和环境污染的现象（⼤⽓中某些⽓体和尘埃的增多导致⽓体⽓候发上改变）6.标准⼤⽓压：在摄⽒温度0℃，纬度45°，晴天时海平⾯上的⼤⽓压强为标准⼤⽓压，其值⼤约相当于760mm汞柱⾼7.饱和⽔汽压：在温度⼀定情况下，单位体积空⽓中⽔汽量有⼀定限度，⽔汽含量达到限度时饱和空⽓的⽔汽压。
（温度：指数曲线；形状：凸凹⽔平；性质：溶液⾯）8.饱和差：在⼀定温度下，饱和⽔汽压与实际空⽓中的⽔汽压之差9.相对湿度：空⽓中的实际⽔汽压与同温度下的饱和⽔汽压的⽐值10.当⽔汽压不变时，⽓温升⾼，饱和⽔汽压增⼤，相对湿度会减⼩11.⽓象学：是把⼤⽓当作研究的客体，从定性和定量两⽅⾯来说明⼤⽓特征的学科，集中研究⼤⽓的天⽓情况和演变规律和对天⽓的预报12.⽓候学：是研究⽓候特征，形成，形成，分布和演变规律，以及⽓候与其他⾃然因⼦和⼈类活动关系的学科13.天⽓学：是研究天⽓现象和天⽓过程的物理本质以及规律，并⽤以制作天⽓预报的学科1.⽓候和天⽓的区别：⼀，从定义上，天⽓是指某⼀地区在某⼀瞬间或某⼀短时间内⼤⽓状态（温度，湿度，压强）和⼤⽓现象（风⾬雷电）的综合。
⽓候是指在太阳辐射，⼤⽓环流，下垫⾯性质和⼈类活动在长时间相互作⽤下，在某⼀时段内⼤量天⽓过程的综合。
⼆，从形成机制上：天⽓是指⼀般在单⼀天⽓系统的控制和影响下形成的，⽓候则复杂得多，⾄少是天⽓系统共同作⽤所致。
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二、气象学与气候学的发展 简史
（一）萌芽时期（准备阶段） （二）发展初期 （三）发展时期
（一）萌芽时期（准备阶段）
萌芽时期主要指16 世纪中叶以前。 这时期的特点是由于人类生活和生产
2019年12月26日，科技部、国家发改委、外交 部、中国气象局、国家环保总局和中国科学院六部 委联合在京举行新闻发布会，正式对外发布《气候 变化国家评估报告》。
《气候变化国家评估报告》共分3个部分，即
“气候变化的历史和未来趋势”、“气候变化 的影响与适应”和“减缓气候变化的社会经济 评价”。这份报告系统总结了我国在气候变化方面
三、气象学与气候学和自然地 理学的关系
1、气象学与气候学和陆地水文学 2、与生物学的关系 3、与地貌学的关系 4、与土壤地理学的关系
四、气象学与气候学在现代化 建设中的作用
1、农业 2、交通运输业 3、城建 4、国防与军队
复习与思考
1、气象学与气候学研究的对象是什么？ 2、气象学与气候学发展的各个阶段的成果有那些？ 3、举例说明气象学与气候学在四化建设中的应用 4、常识： ①世界上第一个气象站于1653年在意大利建立； ②世界上第一颗气象卫星是美国与1960.4.1发射的； ③世界上第一张天气图于1820年由白朗弟绘制成； ④最早编制云图的国家是中国，编制与14世纪，名称为 《白猿献三老图》，载有云图132幅； ⑤世界气象日为每年的3月23日；
的需要，进行一些零星的、局部的气象 观测，积累了一些感性认识和经验，对 某些天气现象做出一定的解释。
（二）发展初期
⊙ 发展初期包括16 世纪中叶到19 世纪末。 ⊙ 1593 年意大利学者伽利略（Galileo）发明温 度表，1643 年意大利学者托里拆利（Torricelli ）发明气压表。 ⊙这一时期气象学与气候学的主要研究成果有：
（二）探讨它们的正确解释和研究它们的发展规律，特别要掌握天 气演变和气候形成的规律性，了解和解释各不同地区的气候特征， 弄清气候资源及其地理分布，进行气候分类和气候区划，研究气候 变迁的原因及其规律。
（三）应用已发现的规律，采取有效措施，充分利用气候资源，减 少人类活动对气候的不利影响，防御或减少气候灾害，为有关的生 产建设服务。
（1）锋面学说 （2）长波理论 （3）降雨学说
在气候学方面也有长足的进展
（三）发展时期
2.近期——20世纪50 年代以后
由于电子计算机和新技术如雷达、激光、遥感及人造卫星 等的使用，大大地促进了气象学与气候学的发展。其主要 表现如下：
（1）开展大规模的观测试验 （2）对大气物理现象进行数值模拟试验 （3）把大气作为一个整体进行研究 （4）气候学领域中的科学革命
⑥中国气象学会于1924年10月10日在青岛成立。
第二节 气候系统概述
气候系统概念：
气候系统是一个包括大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和 生物圈在内的，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。太阳辐射是这个系统的能源。在太阳辐射 的作用下，气候系统内部产生一系列的复杂过程，这些过程 在不同时间和不同空间尺度上有着密切的相互作用，各个组 成部分之间，通过物质交换和能量交换，紧密地结合成一个 复杂的、有机联系的气候系统。
第一章 引 论
第一节 研究对象、任务和简史 第二节 气候系统概述 第三节 有关大气的物理性状
第一节 研究对象、任务和简史
一、研究对象和任务 图1 二、气象学与气候学的发展简史 三、气象学与气候学和自然地理学的关系 四、气象学与气候学在四化建设中的作用
一、研究对象和任务
基本概念Байду номын сангаас
的科学研究成果，全面评估了在全球气候变化背景 下中国近百年来的气候变化观测事实及其影响，观 测了21世纪的气候变化趋势，综合分析、评价了气 候变化及相关国际公约对我国生态、环境、经济和 社会发展可能带来的影响，提出了我国应对全球气 候变化的立场和原则主张以及相关政策。
3月4日晚１０：００前后，记者在离海岸大约１５０ 米处的烟台山医院门口发现，烟台市解放路北段已经 是“水漫金山”，大部分路灯已经熄灭，车辆无法通 行，风暴潮带来的狂风几乎令人无法站立。记者从医 院的高处向北向东望去，滨海广场淹没在一片汪洋之 中，隐约可以看到巨大的海潮汹涌澎湃，海潮不时掀 起约２０米高的海浪，排山倒海一般压过来。
气象学与气候学
气象学与气候学
甘肃民族师范学院
资料
3月1日下午，全国政协十届五次会议在人 民大会堂新闻发布厅举行首场新闻发布会。会 上，媒体记者反映热烈，暖冬对中国经济社会 发展会带来那些影响的问题成为问答之间的热 点话题。
新闻发言人吴建民表示，“暖冬”问题很 重要，气候变化问题已经不是科学家在争论的 问题，这是个不争的事实，现在全世界都在关 注气候变化问题。气候变化是全球的重大问题， 也是人类所面临的共同挑战。
研究对象 研究任务
基本概念
气象学：研究大气中各种物理过程和物理现象的科学 气候学：在气象学研究的基础上所形成的研究气候的形成
过程、分布和变化规律的科学
研究对象
（1）大气物理学 （2）天气学 （3）动力气象学 （4）气候学
研究任务
（一）通过实践，掌握气象观测、气候统计分析和气候调查的方法， 来记述所观测到的气候现象，从定性和定量两方面说明他们的特性。
海平面上风压关系律、气旋模式和结构、大 气中光电现象和云雨形成的初步解释、大气环流 的若干现象解释。世界年平均气温分布图、世界 月平均气压分布图、世界年降水量分布图等。德 国学者汉恩（Hann）于1883 年开始陆续出版了《 气候学手册》三大卷。
（三）发展时期
1.早期——20 世纪的前50 年
在此期间气象学的发展中有三大重要进展 ：
气候系统的五大子系统：
大气圈、水圈、陆地表面、冰雪圈和生物圈
一、大气圈概述
（一）大气的组成 （二）大气的结构
（一）大气的组成
干洁空气 水汽 大气气溶胶粒子（固体和液体微粒）
干洁空气
（1）定义 （2）成分