气候学-复习点整理解读资料
第一章气候与气候系统
1.现代气候学特点
1) 从气候变化来研究气候宽的时间谱：万年, 千年、…年，季等。
2)从气候系统来研究气候大气、海洋、冰雪、陆地、生物圈
3）从气候动力学来研究气候现代气候学的灵魂。
2.天气系统：指大气圈和水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈之间相互作用的整体。
3.反射率及其物理作用：
反射率：物体表面所能反射的光量和它所接受的光量之比。常用百分率和小数表示。（百科）
冰雪对太阳辐射的反射率是水的几倍，能有效地反射太阳辐射。冰雪对热量传输是绝缘的，有冰雪覆盖的洋面和陆面，与大气的热量交换是很弱的。因此，冰雪覆盖对地球热量平衡有着重要的影响，对气候变化起着稳定器的作用。
4.反馈、正反馈、负反馈，及正负反馈的判别
反馈：就是将一个系统的输出回输到输入端，从而对系统的运行过程进行调节和控制。如果反馈过程能够使系统的运行得到进一步的发展，称为正反馈；反之，称为负反馈。
1）冰雪反照率反馈——强烈的正反馈放大作用：
温度降低→冰雪覆盖增大→反射率增大→太阳辐射减少→温度降低
温度升高→冰雪覆盖减小→反射率减小→太阳辐射增多→温度升高
2）水汽反馈——正反馈作用：
水汽吸收红外辐射→气温升高→蒸发加强→水汽增加→温室效应→气温升高→加速蒸发过程→热效应
5.大气环流：大范围的大气运动称为大气环流，东西风带（包括急流）、平均经圈环流和准定常的槽脊是大气环流的主要成员。它的主要状况（形势）决定着全球的或区域的天气和气候类型及其变化。
三圈环流：假设大气均匀的在地表运动，在南北半球各有3个平行的风圈或风带，包括低纬环流、中纬环流和高纬环流。低纬度是正环流或直接环流又称为哈得来环流
贸易风：信风（又称贸易风）指的是在低空从副热带高压带吹向赤道低气压带的风。北半球吹东北风，南半球吹东南风。
6.辐射强迫：辐射强迫是对某个因子改变地球–大气系统射入和逸出能量平衡影响程度的一种度量，它同时是一种指数，反映了该因子在潜在气候变化机制中的重要性。正强迫使地球表面增暖，负强迫则使其降冷。（百科）温室气体：二氧化碳、甲烷、黑炭气溶胶等
非自然造成，人为改变，使大气环境中多增加了辐射
7.简述海洋对大气的影响
(1)对大气系统热力平衡的影响
海洋吸收的太阳辐射有85%贮存在海洋表层（混合层）中，以潜热、长波辐射和感热交换形式输送给大气，所以海洋热状况和海面蒸发强度都会引起气候的变化。
(2)对水汽循环的影响
大气中水汽含量的86%由海洋提供，海洋（尤其是低纬度海洋）是大气中水汽的主要源地;不同的海洋状况通过蒸发和凝结过程对气候及其变化产生影响。
(3)对温室效应的缓解作用
海洋环流减少极赤温差，改变降水的分布，引起大气环流的变化，也减弱了微量气体含量增加所引起的气候温室效应的敏感性。
(4)对大气运动的调谐作用
由于海洋运动和变化的缓慢性和持续性，使其有较强的“记忆”能力，可以把大气环流的变化通过海-气相互作用把信息贮存下来，再作用于大气。海洋热惯性的滞后（大约一个月）效应，使大气变化（扰动）的高频波通过海-气耦合作用减频成为低频波（低频变化）后，再作用于大气。
8.感热、潜热
感热：亦称显热，物体在加热或冷却过程中，温度升高或降低而不改变其原有相态所需吸收或放出的热量。（百科）
潜热：相变潜热的简称，指物质在等温等压情况下，从一个相变化到另一个相吸收或放出的热量。这是物体在固、液、气三相之间以及不同的固相之间相互转变时具有的特点之一。
海洋通过潜热和感热的输送推动其上的大气运动，而大气则通过风应力来影响海洋环流。
9.植被的作用
植被比裸地的反照率要小，从而吸收更多的太阳辐射能；植物冠部有较强的蒸腾能力，根系可吸收深层土壤的水分，用以维持蒸腾。因此，植被和裸露的下垫面之间的潜热和感热状况有明显的差异。
植被增大地表粗糙度，改变地气间的交换过程。
植被对水分的滞留还可改变地表径流和地表水文过程。
第二章气候变迁
1.气候变化的时间尺度
从时间尺度看，气候变化可以分为六类：
地质时期万年或万年以上（104~108年）
历史时期几千年（103~104年）
超长期几百年（世纪际102~103）
长期几十年（年代际101~102年）
中期几年（年际100~101年）
短期月或季（100年）
2.冰期、间冰期
冰期：冰期地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期。又称为冰川时期。
间冰期：两次冰期之间唯一相对温暖时期，称为间冰期。
3.第四纪气候特点
第四纪的气候特点是冰期、间冰期交替，表现出了气候变化的不稳定特性。
4.全新世
全新世：地质时代最新阶段，开始于12000～10000年前持续至今，气候比较稳定的这一时期，又称为冰后期。
5.新仙女木事件
发生在全新世，距今最近的一次，源于气候突变。即刚离开寒冷的冰河期，陆冰和海冰均处在消融过程中，温度回升不稳定，这期间突然气温又骤然下降，气候变寒冷，短短十年内，地球平均气温下降了大约7、8℃，降温持续了上千年，才又突然回升。这就是地球历史上著名的新仙女木事
件。
6.小冰期
气候变化平稳后期，出现的历时400-500年气候降温时期，区域较小，且各地持续时间不同，大约15世纪初开始，全球气候进入一个寒冷时期，通称为“小冰期”束于20世纪初期。
7.气候突变及其类型
气候突变：从一个气候阶段变化到另一个气候阶段时，气候往往发生较为快速的剧烈变化，即突变。
三种类型：均值突变、变率突变和趋势突变。
8.现代气候变化特点补充材料
气候系统的变暖是毋庸置疑的。自20世纪50年代以来，观测到的许多变化在几十年乃至上千年时间里都是前所未有的。大气和海洋已变暖，积雪和冰量已减少，海平面已上升，温室气体浓度已增加。
大气：过去三个十年的地表已连续偏暖于1850年以来的任何一个十年。在北半球，1983-2012年可能是过去1400年中最暖的30年（中等信度）。
降水：大部分陆地区域更暖和/或更少冷昼和冷夜；大部分陆地区域更暖和/或更频繁的热昼和热夜。强降水事件，大多数大陆地地区强降水的频率、强度和/或雨量增加。
海洋：海洋变暖在气候系统储存能量的增加中占主导地位，近30年间累积能量的90%以上储存于海洋，海洋上层（0-700米）已经变暖。
海平面：19世纪中叶以来的海平面上升速率比过去两千年来的平均速率高（高信度）。1901-2010年期间，全球平均海平面上升了0.19米。
冰冻圈：格陵兰冰盖和南极冰盖的冰量一直在损失，全球范围内的冰川几乎都在继续退缩，北极海冰和北半球春季积雪范围在继续缩小。
碳和其它生物地球化学循环：二氧化碳、甲烷和氧化亚氮的大气浓度至少已上升到过去80万年以来前所未有的水平。自工业化以来，二氧化碳浓度已增加了40%，这首先是由于化石燃料的排放，其次是由于土地利用变化导致的净排放。海洋已经吸收了大约30%的人为二氧化碳排放，这导致了海洋酸化。增加了近400ppm。
第三章中国气候变化
旱涝研究等级划分：
1a: 全国涝，长江为主
1b: 长江涝, 华北及华南旱
2: 长江涝,江北旱
3：长江旱, 华北及华南涝
4: 江南旱、江北涝
5、全国旱
第四章辐射与能量平衡
1.太阳辐射的特点（太阳短波辐射）
太阳表面的温度一般都高于6000K，按照Planck辐射定律，其辐射能量主要在波长小于2-5μm的波长范围，只有约0.4%的辐射能处在大于5μm的波长范围。因此一般称太阳辐射为短波辐射。
2.太阳常数：
在平均日地距离情况下到达地球大气外界的直接太阳辐射能的总通量，即为太阳常数，推荐值1367±7 W/m2之间。
3.太阳短波辐射的变化
太阳常数因太阳活动而发生变化。太阳辐射光谱的末端随着太阳黑子数有很大变化，这部分辐射可影响平流层的光化过程，进而影响天气气候。
黄道倾角一般在22.08o-24.43o之间变化，改变气候带和季节差异，黄道倾角增大时极赤之间平均温度梯度减小，平均周期为4.1万年；偏心率在0-0.052之间变化，平均周期为9.7万年；受地球扁圆度影响，二分点沿轨道的进动，影响太阳辐射的季节性变化，平均周期为2.1万年。
4.臭氧、水汽对太阳辐射的吸收了解
臭氧对太阳短波辐射有很强的吸收作用，在紫外区有两个强吸收带，在可见光区有较弱的吸收带。对臭氧吸收来说，大气中的漫射辐射也有重要意义。
水汽吸收主要在近红外波段，是加热大气的重要过程，Rayleigh散射可以不考虑。水汽的吸收系数受气压和温度的影响，并对波长有选择性，其
过程非常复杂。
5.地表辐射特性、影响因素（地表反照率、云、受到温度波长变化）
地表反照率（名词）：地表物体向各个方向上反射的太阳总辐射通量与到达该物体表面上的总辐射通量之比。太阳高度角越大，其反照率越小；天空云量越多，反照率越小。
云的反照率：大气中云直接反射的太阳辐射所占入射太阳辐射的百分数，是地球反照率的重要组成部分。
地表的比辐射率和净辐射量：地球表面并不真正像黑体一样以地表温度向外放射红外辐射，故用地表的实际辐射通量与同等温度下的黑体辐射通量的比值来描写地表的放射本领和特征，称为比辐射率。它随地表特征和波长而变化。了解（主要受到地表温度、以长波为主波长变化）。
第五章气候系统的研究
1.收集气候观测数据要考虑的三个因素
1)空间上，进行全面的观测，综合大气、陆地、海洋等多方面研究数据。
2)时间上，一定要长时间连续稳定观测。
3)数据要有源数据特征，采用描绘性语言说明数据获取采用的手段、当地特征等，要有述性。
2.TOGA计划
确定热带海洋大气浮标观测阵列，目前大约由70个锚定浮标组成，这一观测网比较全面地提供了热带太平洋的风、气温、相对湿度釉及海洋观测资料。
3.温度异常、降水异常、干旱洪涝的确定
温度异常：由于月平均气温服从正态分布，根据t-检验法，可以得到出现异常高值(低值)的距平值超过(低于)2倍的标准差的约为100年一次。
降水异常：对月降水量采用Γ分布计算不同百分位所对应的降水量，帮助确定其异常程度。
干旱与洪涝：用指数确定，我国业务监测中采用Z指数方法确定。（了解）Z指数是假设降水量服从Person-III分布，通过对月降水量标准化处理后，通过偏态系数和标准化变量得到Z指数进行分级判断，就可以确定干旱和洪涝的等级。
4.AMO：是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多十年尺度的海表温度（sea surface temperature,SST）准周期性暖冷异常变化。平均70年左右出现一次。
5.对CO2温室效应的检测
一方面从气候变化本身来检测，例如把气温变化的曲线与CO2浓度变化曲线比较，分析变暖的季节与地理分布，并与气候模拟的结果比较等。
另一方面也可以从气候变化的物理因子来检测，例如，首先排除或尽量减少城市热岛效应和观测技术改变的影响，然后估计太阳辐射变化(包括太阳活动)、火山活动等的影响，从原序列中把这些因素排除后，再进行滤波除去高频的气候异常的影响，最后有可能得到一条受温室效应影响的曲线。
6.三大涛动
NAO:北大西洋涛动北大西洋上北大西洋上冰岛低压与亚述尔高压的气压变化为明显负相关；当冰岛低压加深时，亚速尔高压加强，或冰岛低压填塞时，亚速尔高压减弱, 跷跷板式的气压变化。
NPO:北太平洋涛动太平洋上阿留申低压与夏威夷高压之间跷跷板式的气压变化。
SO:南方涛动南太平洋气压与印度洋气压的跷跷板的变化。
QBO:赤道平流层纬向风有准两年(26个月)的振荡。东西风位向变化
7.树木年轮推测气温变化的方法，技术路线3步
根据树木年轮重建古气候大体有三个步骤，即取样、建立年轮序列、气候重建。
取样，一般取靠近林区边缘的树木。在森林上限100米范围内，或森林北界的树木对气温变化比较敏感，森林下限或南界对降水量变化反应较为强烈。为了排除偶然性因素，可以取几棵树作一组样本，每棵树也可以从几个不同方向读数。
取得年轮序列后，要去掉生长趋势的影响，目前应用较多的除去生长量的方法是指数函数拟合的方法。
消除生长量后的年轮序列，即可用来作气候重建。一般是用邻近测站的观测资料，用统计方法确定用树木年轮拟和哪一个季节哪一种要素效果最好。每棵树的树龄是有限的。为了得到较长的序列，有时可以把几棵不