现代气候学 第2章
现代气候学名词解释
名词解释1气候的定义：在太阳辐射和气候系统各子系统相互作用下，地球上某一区域在某一特定时段内天气（气候要素）的多年平均状况及其极端情形。
2天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气现象（风、云、雨、雪、干、湿、雷、电等）及其状态（温度、压强、湿度、密度等）的综合。
3气候系统的定义：由大气圈、水圈（海洋）、冰雪圈、岩石圈（陆地表面）和生物圈等组成的，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。
4南极臭氧洞：南极地区上空大气臭氧总含量大幅度异常下降的一种现象。
5大气的保温效应（温室效应）：大气中的温室气体对太阳辐射的吸收很少，但却能强烈地吸收地面辐射，同时又向地面放射长波辐射，补偿地面因放射辐射而损失的能量，使地面气温升高的效应。
6气溶胶的阳伞效应：气溶胶对太阳辐射的散射和吸收，使到达地面的太阳辐射减弱，引起地面气温的下降，其效应类似于阳伞效果，故称为阳伞效应。
7混合层：海洋上层的温度受到大气影响，在海洋表面向下的几十米的水层里，风浪和海流引起的湍流混合十分强烈，海水温度的垂直变化很小，因此被称为混合层。
8温跃层：但到某一个高度以后，很快遇到一个较薄的水层，其海水温度随深度的变化特别剧烈，这一区域被称之为温跃层。
9反馈：气候系统不同属性（变量）之间的相互作用，引起气候属性的变化，称为反馈。
包括正反馈过程和负反馈过程。
10正反馈：反馈过程造成的气候变化与原变化同号，使气候变化加剧，产生气候不稳定称为正反馈。
11负反馈：反馈过程造成的气候变化与原变化反号，抑制气候的变化和异常，使气候趋于稳定，称为负反馈。
12第一类气候预报：对未来某一具体时段气候状态的预报，其可预报性取决于作用于气候系统的外力和气候系统相互作用对大气影响的可预报性。
13第二类气候预报：与时间无关，预测气候对某一影响因素变化的响应。
14气候诊断：根据气候监测结果对气候变化与气候异常作出判断15气候模拟：根据一定的大气或海洋动力学、热力学定律，在给定边界条件下，采用数值计算的方法研究气候。
《现代气候学(Ⅱ)》课程笔记
《现代气候学（Ⅱ）》课程笔记第一章：引论一、气候学的定义和重要性1. 定义：气候学是研究地球气候系统及其变化规律的学科，包括大气圈、水圈、冰冻圈、陆地表面和生物圈等多个组成部分。
2. 重要性：气候对人类活动、生态系统、水资源、农业生产等具有重要影响。
了解气候规律，有助于应对和适应气候变化，减轻气候灾害带来的损失。
二、气候学的研究方法1. 观测：通过地面气象站、卫星、雷达等手段收集气候数据，包括气温、降水、风速、湿度等。
2. 模式模拟：利用气候模式对气候系统进行数值模拟，研究气候形成和变化过程。
3. 气候重建：通过地质、生物等手段，恢复过去气候状况，了解气候演变历史。
4. 气候情景预测：基于气候模式，预测未来气候发展趋势和变化趋势。
三、气候系统的基本组成1. 大气圈：地球外围的气体层，包括对流层、平流层等，对气候形成和变化具有重要影响。
2. 水圈：地球上的水资源，包括海洋、湖泊、河流、地下水、冰雪等，参与水循环，影响气候。
3. 冰冻圈：地球上的冰雪资源，包括冰川、冰盖、冻土等，对气候形成和变化具有重要影响。
4. 陆地表面：地球表面的陆地，包括山地、平原、沙漠等，对气候形成和变化产生影响。
5. 生物圈：地球上的生物体系，包括植被、动物、微生物等，参与碳循环、水循环等，影响气候。
四、气候系统的能量平衡1. 太阳辐射：地球气候系统的能量主要来源于太阳辐射，包括短波辐射和长波辐射。
2. 地球辐射：地球表面和大气层向外辐射能量，维持地球气候系统的能量平衡。
3. 能量传输：大气圈、水圈等通过热量传递、水汽输送等过程，实现能量的传输和分配。
五、气候变化与人类活动1. 自然因素：太阳辐射、火山爆发、地球轨道参数变化等自然因素导致气候波动。
2. 人类活动：工业发展、土地利用变化、化石燃料燃烧等人类活动对气候产生影响。
3. 气候变化：全球变暖、极端气候事件频发、海平面上升等气候变化现象。
4. 应对策略：低碳发展、节能减排、适应性措施等应对气候变化的策略。
现代气候学原理重点知识总结
现代气候学原理第一章导论气候的定义及其表示；气候学定义与分支；气候学研究的三个阶段；国内外气候研究计划。
第二章天文气候与物理气候天文辐射与日地关系；太阳辐射在大气中的传输；辐射物理气候特征。
第三章地球—大气系统的能量平衡能量平衡基本方程；辐射平衡的变化特征；全球热量平衡；地球—大气系统的能量平衡模式；能量的经向调整；辐射加热率和辐射冷却率；大气的温室效应。
第四章大气环流与气候大气环流；大气环流形成的基本因子；一般大气环流模式；大气环流基本特征；角动量输送与平衡；海陆分布对大气环流的影响；大气环流对气候影响；气团、锋与气候；气旋、反气旋与气候第五章海—陆分布与气候海陆物理特征的差异；海陆分布的温度效应；海陆分布与大气水分；海陆分布与周期性风；海陆间水分平衡与水分循环第六章海流与气候海流形成与分类；海流对温度和降水的影响；海流异常与厄尔尼诺现象第七章地形与气候地形与辐射；地形与温度；地形与降水；地面特性与气候第八章气候分类气候带和气候型；气候分类；气候变化的事实；气候变化的研究方法；气候变化的可能原因；气候预报问题；气候变化的影响评估。
第九章气候变化及其影响第一章导论气候的定义及其表示；气候系统的构成与反馈机制；气候学定义与分支；气候学研究的三个阶段；国内外气候研究计划1 气候的各种定义传统：1、某地的气候就是该地长时期内天气状态的综合反映 ---天气气候学。
2、某地气候就是该地在多年时期内的大气平均状态---地理气候学。
如1845年，亚历山大冯洪堡1. 1 气候的定义及其表示（1769年~1859年）洪堡出生在柏林，是最早的科学家兼探险家之一。
洪堡进行过两次重要的探险活动。
第一次始于1799年，是去南美洲。
他们的主要目的是研究所旅行地区的自然史，因此携带了很多当时最新的科学仪器。
他们的调查还包括对秘鲁海岸外洋流的研究（这个地区的一股洋流以洪堡的名字命名）。
在一次充满危险的河上旅行中，他们证实了奥利诺科学河是与亚马孙河相通的。
现代气候学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
现代气候学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
1.下列哪个参数决定天文辐射的日变化（）
答案:
时角
2.下列哪个参数决定天文辐射的季节变化（）
答案:
太阳赤纬
3.长波辐射传输方程中，描述Z高度向上长波辐射的两个角度，天顶距和方
位角的变化范围分别是（）
答案:
0°~90°和0°~360°
4.北纬40°处，春分和夏至在中午时刻的太阳高度角分别为（）
答案:
50°和73.45°
5.下列随太阳高度角增大而减小的是（）
答案:
大气质量数
6.大气柱温室气体浓度增加，从大气顶到地表整个大气柱的光学厚度如何变化？
（）
答案:
增加
7.全球大气柱向下的大气逆辐射与向上的长波辐射通量密度的关系是（）
答案:
后者小于前者
8.大气柱中温室气体浓度增加，大气柱的净辐射和地-气系统净辐射的直接效
应是（）
答案:
前者减小，后者增加
9.以下四个因素：(1)日地距离，(2)太阳高度角，(3)经度，(4)日照时间中，
不是影响瞬时天文辐射的因素有（）
答案:
(3)(4)
10.下列因子：（1）日地距离；（2）太阳高度角；（3）大气透明度；（4）
大气质量数中，哪些对太阳直接辐射日变化有影响（）
答案:
(2)(4)。
现代气候学1绪论
温室气体减排成为发达国家的法律义务。
按照2007年通过的《巴厘路线图》的规定，
2009年在哥本哈根召开的缔约方会议第十五届会议将
诞生一份新的《哥本哈根议定书》，以取代2012年到
期的《京都议定书》。
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2007年12月，第13次缔约方大会在巴厘岛举 行，会议着重讨论“后京都”问题，即《京都 议定书》第一承诺期在2012年到期后如何进一 步降低温室气体的排放。15日，联合国气候变 化大会通过了“巴厘岛路线图”，启动了加强 《公约》和《京都议定书》全面实施的谈判进 程，致力于在2009年年底前完成《京都议定书》 第一承诺期2012年到期后全球应对气候变化新 安排的谈判并签署有关协议。
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随着几千年人类文明和科学的发展，人类 对气候的研究和认识一步步的深化，关于气 候的定义也随之演变，概括起来可以分为三 个主要阶段。
20世纪以前—古典气候学阶段 20世纪初~70年代以前—传统气候学阶段 20世纪70年代以后—现代气候学阶段
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20世纪以前—古典气候学阶段
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第一节 现代气候学的概念
一、现代气候学的概念
基于先进、综合的观测资料，利用统 计和数值方法定量研究气候形成与变化、 气候系统各成员间的相互作用，进行气候 预测、气候理论及应用等方面研究的学科。
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气候与天气的联系与区别
现代气候学基础概要汇总
气候学§1 绪论§1.1气候学的定义、研究对象、任务和研究方法§1.1.1 气候学的定义一、气候定义演变的几个阶段1．古典阶段（20世纪初以前）——指地球大气的平均状态，即大气的温度、气压、湿度、风、降水等气象要素在相当长时间内（几十年或几万年）的平均值，以及它们的以年为周期的振荡。
气候学实质“地理气候学”①气候=不随时间变化的定常状态+以年为严格周期的时间变化②平均状态（定常状态）是相对的：如果把30年内大气的平均值作为大气的平均状态（即气候），在不同的30年平均值是不同的，则气候不再是大气的定常状态。
2．近代阶段（20世纪70年代以前）①气候——指由大气的瞬时状态平均得到的，影响某地的天气种类、频率等统计特点决定的，天气活动的总和。
气候学实质“天气气候学”②气候——指大气众多状态的一个统计集合。
气候学实质“统计气候学”3．现代阶段（自70年代以后）气候系统——指大气圈、水圈（冰雪圈）、岩石圈和生物圈相互作用的整体气候系统的属性：热力属性：包括空气、水、冰和陆地表面的温度。
动力属性：包括风、洋流以及相应的垂直运动和冰体运动。
水分属性：包括空气湿度、云量、云中含水量、降水量、土地湿度、河湖水位、冰雪等。
静力属性：包括大气和海水密度和压强、大气的组成成分、大洋盐度、气候系统的几何边界和物理常数等。
气候和气候学的定义:气候——大气、水(冰雪)、陆面(岩石）、生物等四个圈组成的气候系统内部各成员间相互联系、相互作用下所达到的一种缓慢平衡状态。
气候学—研究大气、水(冰雪)、陆面（岩石）、生物等四个圈组成的气候系统内部各成员间相互联系、相互作用和变化的学科。
二、气候学的分类：物理气候学——研究气候基本成因的学科。
区域气候学——系统阐述全球性、地区性和小尺度地区气候统计特点的学科。
应用气候学——利用气候的统计方法、结合气候模拟来解决与气候有关的实际问题的学科。
§1.1.2气候学研究对象:大气、下垫面，大气和下垫面的相互作用。
现代气候学(精)
,S0为天文辐射,为行星反射率32.地表热量平衡:
地面在获得辐射差额时,一方面要升高地表温度,另一方面将盈余的热量以湍流显热和潜热向大气输送以及向地表活动层的分子输送,长期平均,其获得的辐射差额与支出达到平衡称为地面的热量平衡。
33.地表热量平衡方程R地面辐射差额,大于零表示辐射有盈余;
18.大气质量:
太阳光投射到地面所经路程中,单位截面积空气柱的质量.
19.大气质量数(m:
实际投射条件下的大气质量与垂直投射下的大气质量的比值.
20.大气透明度
描述大气对太阳辐射衰减的程度,常用透明系数表示
21.大气对太阳辐射的散射
定义:大气质点将入射辐射重新向各个方向辐射出去的一种现象.
特点:强烈地依赖于粒子尺度与入射波长的相对大小,分为瑞利散射和米散射.瑞利(分子散射:空气分子直径比波长小,散射能力与波长的四次方成反比
LE地面与大气的潜热通量,大于零表示地面蒸发,潜热从地面输向大气;
H地面与大气的湍流热通量,大于零表示热量从地面输送给大气,使气温升高; Qs地面与下层土壤的分子热交换,大于零表示热量从地面向下层土壤输送。St地表与上层生物体的化学、生物过程有关的能通量
34.大气的热量平衡
自地面伸展到大气顶的单位截面积垂直空气柱内所有热通量的代数和等于其热含量变化,长期平均达到平衡。
29.地面辐射差额R :
G
U F ε-=
单位地表面面积所吸收的总辐射和有效辐射之差,称为地面的辐射差额. 30.大气的辐射差额R α单位面积大气柱的辐射收入与辐射支出的差额. R α单位面积大气柱的辐射差额, U α该大气柱吸收的太阳辐射,
F地面有效辐射,
F ∞通过大气上界逸出的长波辐射31.地-气系统的辐射差额
现代气候学 总结资料
现代气候学第一章绪论1、气候系统的定义：大气圈、与水圈（海洋）、冰雪圈、岩石圈和生物圈相互作用的整体。
气候是天-地-生相互作用下的大气系统的较长时间的平均状态2、天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气现象（风、云、雨、雪、干、湿、雷、电等）及其状态（温度、压强、湿度、密度等）的综合。
3、气候：在某一时间段内气候要素的平均值和变率的统计描述4、现代气候学：在太阳辐射和气候系统各子系统相互作用下，地球上某一区域在某一特定时段内气候要素的平均值和变率的统计状态。
气候标准时段：30年（1971-2000年，1980-2010年）5.、现代气候学与传统气候学的区别：传统气候学描述一定区域的气候特点现代气候学研究气候形成和变化的原因，要求预测某个地区或全球范围的各个时间尺度的气候变化，即围绕平衡态的扰动或对平衡态的偏差或距平。
6、气候学发展史（1）萌芽时期：１６世纪中叶以前，感性和经验认识阶段，零碎的定性观察和描述。
（2）发展初期：１６世纪中叶～１９世纪中叶a）观测方面：气象仪器的发明、建立地面气象观测站和观测网，开始气象要素的观测和积累。
b）理论研究方面：气象学和气候学由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段，逐渐发展为独立的学科。
（3）发展时期早期：19世纪末～20世纪中叶a）观测方面地面观测内容更加丰富和精确，观测站网扩大。
气象观测从地面向高空发展。
b）理论研究方面锋面气旋学说长波理论降雨学说气候学方面：创立了气候型的概念和几种气候分类法、出版了五卷《气候学手册》（4）近期a）观测方面先进的观测技术常规气象观测网的加密开展大规模的综合观测试验b）理论研究方面建立数值模式，进行定量数值模拟试验，使气象学、气候学进入试验科学阶段。
气候学领域中的科学革命。
7、现代气候学阶段的三个特点（王绍武，2005）：从气候变化来研究气候；从气候系统来研究气候；从气候动力学来研究气候。
第二章气候系统1、气候系统的定义：大气圈、水圈（海洋）、冰雪圈、岩石圈和生物圈相互作用的整体。
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Composition
Tab 1.1a Permanent
gases
• 干洁空气气体的主要成分及含量
主要气体成分
氮（N2） 氧（O2 平均滞留期/ 年
78.08
106
20.95
104
0.93
109
0.03（可变） 15
0.000 001（可变）？
10多年来，经科学家研究；大气中的臭氧每减少1％ 。 照射到地面的紫外线就增加2％，人的皮肤癌就增加4-6％ ，还受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击 。
现在居住在距南极洲较近的智利南端海伦娜岬角的居民， 已尝到苦头，只要走出家门，就要在衣服遮不住的肤面， 涂上防晒油，戴上太阳眼镜，否则半小时后，皮肤就晒成 鲜艳的粉红色，并伴有痒痛；羊群则多患白内障，几乎全 盲。
with increasing
altitude.
Vertical Structure
宇宙空间
太阳辐射变化
地球辐射
H2O，N2，O2，CO2，O3，气
大气
云
溶胶
大气－陆地耦合 大气－海冰耦合
冰
雪
陆地
大气成分的变化
生态 海冰
热交换
风应力
降水
海洋
海冰－海洋耦合
大气－海洋耦合
陆地性质、地形、植 被和反照率的变化
海底形状、盐度等的变化
气候系统示意图
大气+水 = 气候的内系统
（大气、海洋、冰雪等）
100.00
分子量
28.02 32.00 39.94 44.00 48.00 28.96
Composition
Tab 1.1b Variable
gases
Composition
Fig 1.3 H2O evaporates in NUIST.
The earth’s atmosphere is a rich mixture of many gases, with clouds of condensed water vapor and ice crystals. Here, water evaporates from the ocean’s surface. Rising air currents then transform the invisible water vapor into many billions of tiny liquid droplets that appear as puffy cumulus clouds. If the rising air in the cloud should extend to greater heights, where air temperatures are quite low, some of the liquid droplets would freeze into minute ice crystals.
关于臭氧层空洞的形成，在世界上占主导地位的是人类 活动化学假说：人类大量使用的氯氟烷烃化学物质（如制 冷剂、发泡剂、清洗剂等）在大气对流层中不易分解， 当其进入平流层后受到强烈紫外线照射，分解产生氯游
离基，游离基同臭氧发生化学反应，使臭氧浓度减少，从 而造成臭氧层的严重破坏。
臭氧随高度的分布
臭氧层空洞的危害
Composition
Fig 1.4 CO2 cycle
Composition
.
Fig 1.5 CO2 at Hawaii
Early spring MAX
Summer MIN
Composition
Fig 1.6 CO2 in Antarctica
And Hawaii
CH4 - Methane
气候变化 （4）太阳活动→地球磁场→核-幔边界上的地磁能量→大气和海
洋状况→气候变化
大气圈
地球大气圈是几乎均匀地分布在地球表面上薄薄的一层（地球半径的 0.5%厚）气体混合物。
大气是气候系统中最活跃、变化最大的部分，是气候系统的主体部分 。大气圈对于施加在其上的变化的响应时间比气候系统中任何其它分 量短得多。所谓响应时间，指的是施加一个小扰动到系统的边界条件 或边界强迫上，该系统重新平衡到一个新状态所需要的时间。
全部陆地+地球外的宇宙 = 气候的外系统
气候系统的变化中最为重要的外强迫因子： 太阳辐射、地球本身的结构作用
（地球旋转、地轴倾斜和轨道运动等））
太阳活动影响气候的几种可能途径
（1）太阳活动→地球大气电离程度→大气经圈环流→气候变化 （2）太阳活动→紫外辐射→臭氧层→平流层热状况→气候变化 （3）太阳活动→地球磁场→地球自转速度→大气和海洋环流→
大气和气候系统其他成员间的热量、水分和物质交换是气候系统各圈 层之间相互作用的最基本过程：如地—气之间的热量、动量及水汽湍 流输送过程；水汽凝结时的潜热释放过程；云对太阳辐射和长波辐射 的影响过程；大气中CO2、水汽及其他微量气体的辐射冷却和加热过 程；地表状况的变化及气溶胶、山脉、海陆分布等都对大气圈产生重 要作用
Another greenhouse gas, also increasing
15
Composition
NASA
Fig 1.7 O3 hole
臭氧层空洞的发现
1985年英国南极考察队在南纬60°地区观测发现臭 氧层空洞，引起世界各国极大关注。臭氧层的臭氧浓度减
少，使得太阳对地球表面的紫外辐射量增加，对生态环境 产生破坏作用，影响人类和其他生物有机体的正常生存。
第二章 气候系统
2.1 气候系统的组成 2.2 气候系统的物理、化学过程 2.3 气候系统的基本特性 2.4 气候系统的可预报性 2.5 气候系统的研究
2.1 气候系统的组成 气候系统的定义：
大气圈、水圈（海洋）、冰雪圈、岩石圈 和生物圈相互作用的整体。
这5个部分的物理、化学性质差异很大，功 能各不相同，这5个组成虽相互作用，但又 长期独立存在。
Composition
Fig 1.8 Volcanoes transport H2O, CO2 and SOx.
Vertical Structure
Fig 1.9 Air pressure and density
Vertical Structure
Fig 1.10 Pressure decreases