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1、气象学原理与气候学,第一章 绪论,一、环境问题、全球变化与大气科学二、大气科学研究在国民经济建设和社会发展中的作用三、大气科学的研究对象与研究内容,一、环境问题、全球变化与大气科学,二十世纪人类社会在科学技术方面取得的成果和进步,数字技术,收割机上带产量传感器,网络通信,人造卫星,太空漫步,核能利用,大亚湾核电站,1964年10月16日下午3时，我国第一颗原子弹在新疆爆炸成功,生物工程,克隆技术,20世纪也是人为破坏环境最为严重的世纪。在人口和财富迅速增长的同时，人类的生存环境也面临极大的危机。,2007年2月1日，联合国政府间气候变化专门委员会专家预测，从现在开始到2100年，全球平均气温的
2、“最可能升高幅度”是1.8至4，海平面升高幅度是19至58厘米。,“温室效应”加剧导致全球气候变暖,政府间气候变化专门委员会（IPCC）世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）于1988年建立，主要以科学问题为切入点，对全世界范围内现有的与气候变化有关的科学、技术、社会、经济方面的研究成果（基于公开发表的文献）进行评估，并为联合国气候变化框架公约提供科学咨询。,一头母北极熊和它的“孩子”在加拿大丘吉尔港附近活动。因气候变暖造成海面冰体溶化，北极熊将有饿死的危险,由于气候变暖，肯尼亚的游牧部落将消亡,乞力马扎罗山上的冰盖正在融化，如果情况持续恶化，15年后乞力马扎罗山上的冰盖将不复存
3、在,全球气候变暖冰川在退缩,06年南极最大冰层解体 漂移出的冰山如同城市,臭氧层耗竭,南极上空的臭氧洞,酸雨,欧洲酸雨区,地球荒漠化,京津风沙源治理项目,海洋污染,海洋污染主要来源,生物多样性消失,全球气候变暖,臭氧层耗竭,酸雨,地球荒漠化,海洋污染,生物多样性消失,如何解决？,地球科学体系的发展过程,气象学：以大气圈为研究对象,地质学：以岩石圈为研究对象,自然过程不仅仅局限在地球的各个圈层内部，而且也发生在各个圈层之间,20世纪80年代 提出地球系统,土地荒漠化,土壤变化问题？,由于气候变化和人类活动等因素所造成的干旱、半干旱和干燥半湿润地区的土地退化,全球变化,研究对象是气候系统（包括岩石
4、圈、大气圈、水圈、冰冻圈和生物圈），各子系统内部以及各个子系统之间的相互作用,科学目标是描述和理解人类赖以生存的气候系统运行的机制、变化规律及其对人类社会发展影响的预测和评估能力,首先是从认识气候系统基本规律的纯基础研究为主，发展到与人类社会可持续发展密切相关的一系列生存环境实际问题的研究；,其次是从研究人类活动对环境变化的影响，扩展到研究人类如何适应和减缓全球环境的变化。,全球变化研究方向的调整,气候变化是全球变化研究的核心问题和重要内容,过去100年（19062005年）全球地表平均温度升高0.74；2005年全球大气二氧化碳浓度379ppm，为65万年来最高；过去50年观测到的大部分全球
5、平均温度的升高，很可能由人类活动引起；与19801999年相比，21世纪末全球平均地表温度可能会升高1.16.4；21世纪高温、热浪以及强降水频率可能增加，热带气旋（台风和飓风）强度可能加强。,温度、海平面和北半球积雪变化,气候系统的变暖是不容质疑的，目前从观测得到的全球平均气温和海温升高、大范围的雪和冰融化、以及全球平均海平面上升的证据支持了这一观点。1906-2005年全球平均地表温度增加了0.741961-2003年全球平均海平面上升1.8毫米/年北半球3-4月积雪从1922-2004年减少8%,国内外科学家对未来100年的全球变化的预测,（1）到2100年时，地球平均地表气温将比199
6、0年上升1.45.8。这一增温值将是20世纪内增温值（0.6左右）的210倍，可能是近10000年中增温最显著的速率。21世纪全球平均降水将会增加，北半球雪盖和海冰范围将进一步缩小。到2100年时，全球平均海平面将比1990年上升0.090.88m。一些极端事件（如高温天气、强降水、热带气旋强风等）发生的频率会增加。,（2）我国气候将继续变暖。到20202030年，全国平均气温将上升1.7；到2050年，全国平均气温将上升2.2。我国气候变暖的幅度由南向北增加。不少地区降水出现增加趋势，但华北和东北南部等一些地区将出现继续变干的趋势。,全球变暖的负面影响,海平面升高、冰川退缩、湖泊水位下降、湖
7、泊面积萎缩、冻土融化、河（湖）冰迟冻与早融、中高纬度生长季节延长、动植物分布范围向极区和高海拔区延伸、某些动植物数量减少、一些植物开花期提前等等,气候变化对国民经济的影响可能以负面为主。,气候变化将使我国未来农业生产的不稳定性增加，产量波动大；农业生产布局和结构将出现变动；农业生产条件改变，农业成本和投资大幅度增加。气候变暖将导致地表径流、旱涝灾害频率和一些地区的水质等发生变化，特别是水资源供需矛盾将更为突出。,对气候变化敏感的传染性疾病（如疟疾和登革热）的传播范围可能增加；与高温热浪天气有关的疾病和死亡率增加。气候变化将影响人类居住环境，尤其是江河流域和海岸带低地地区以及迅速发展的城镇，最直
8、接的威胁是洪涝和山体滑坡。,气候变化对国民经济的影响可能以负面为主。,二、大气科学研究在国民经济建设和社会发展中的作用,（一）在防灾减灾中的作用（二）在环境保护中的作用（三）大气科学在现代交通运输上的重要作用,（一）在防灾减灾中的作用,发生在大气中的各种现象及其变化，如雨水和温暖等可以造福人类，但是它们也可带来严寒、酷暑、干旱和雨涝、冰雹、龙卷等灾害性气候和天气，这些都直接影响了工农业生产、交通运输和人民生活，甚至威胁了人民和生命财产。发生在大气中的气象灾害，每年给全世界带来数百亿美元的经济损失。,我国是世界气候脆弱区之一，气候异常给我国带来了严重气候灾害，尤其是旱涝灾害。一般年份，旱涝灾害的
9、受灾面积可达0.31080.4108h，重灾年可达0.5108h，约占耕地总面积的1/3。这些灾害每年约造成200108的粮食损失和10002000亿元的经济损失，约占20世纪90年代国民生产总值的36左右。,人们把气候灾害与天气灾害统称为气象灾害,天气灾害是指局地性、短时间的强烈天气而带来的灾害，如台风、暴雨、冰雹、龙卷风等，这类天气常伴有强风和暴雨，对农作物成长有很大的毁坏作用,气候灾害则是大范围、长时间的气候异常造成的灾害，如长时间气温偏高、偏低、或降水量偏多、偏少等,20世纪90年代以来，我国因气象灾害造成的损失每年平均在1000亿元以上。,1991年夏季淮河流域及长江中、下游地区发生
10、的特大洪涝，以及华南与河套地区的严重干旱，约造成1200亿元的经济损失；,1998年夏季长江流域和嫩江、松花江流域发生的特大洪涝，造成了2600亿元的经济损失。我国气候灾害中以干旱与雨涝两种气候灾害最为严重，约占气象灾害总损失的78。,1994年江淮流域的严重干旱及华南与辽南地区的严重洪涝造成的经济损失竟达到1800亿元；,1997年因受厄尔尼诺事件的影响，造成1975亿元的经济损失；,在2006年夏天遭遇了百年不遇的炎旱之后，重庆2007年春又发旱情，而且竟比上一次的情状更为炽烈。月日，长江和嘉陵江重庆段的水位逼近历史最低，嘉陵江的水位跌至海拔米，比2006年夏天高温蒸烤之时还要低上米，竟把
11、市政供水在嘉陵江上的个取水口中的个露出水面，导致重庆城区面临无水可饮的危机。,三峡水库的影响？,全球气候变暖导致一些极端事件（如高温天气、强降水、热带气旋强风等）发生的频率会增加。,由于气候和天气灾害造成的经济损失如此之大，因此，研究这些气候和天气灾害的发生及成因，特别是关于这些气候和天气灾害预测机理和方法的研究是当前国际科学研究的热门课题，更是我国社会发展和经济建设中急需研究的一项重要的科学问题。,（二）在环境保护中的作用,人类活动导致温室气体含量增加,研究大气的成分如何变化及其在大气中如何通过物理的、化学的和动力的过程来改变着地球环境也是大气科学主要研究内容之一。大气科学的研究结果可以告诫
12、全世界人民和政府如何来保护地球大气和人类的生存环境。因此大气科学不仅对于环境保护具有重要作用，而且对于各国经济可持续发展也是必不可少的一门学科。,1、对于飞机起飞、飞行和降落的影响,（三）大气科学在现代交通运输上的重要作用,新华网北京5月8日电（记者林红梅）记者5月8日从中国民航总局了解到，日前，韩国事故调查委员会公布了中国国际航空公司“415”空难的航空器事故报告，认为该公司B2552号飞机机组未意识到宽体飞机的最低着陆气象条件，丧失位置感，没有复飞，是导致事故的可能原因。中国民航调查组认为除机组可能原因外，恶劣天气因素和空中交通管制处置不当也是导致事故的可能原因。,2002年4月国航韩国釜
13、山空难,2、对海港和轮船航行的影响,（三）大气科学在现代交通运输上的重要作用,海浪、海冰、风暴潮等严重影响海上轮船的航行。由于台风、强风暴引起的巨浪经常使轮船发生海难事故，特别是在大西洋由于强风暴引起的海难时有发生。并且，全世界较大海港有3000个年吞吐量约5108t，其产值10000亿美元以上，而由于台风、寒潮或强风暴引起的风暴潮不仅将对海港吞吐量产生严重影响，而且还对海港建设有一定的破坏作用。我国是多台风、多寒潮的国家，经常在沿海引起风暴潮，,据统计，我国19661990年发生浪高6m以上的狂浪有700次，平均每年28次；出现8m以上的狂涛有146次，平均每年5.8次。一般海上浪高大于4m
14、的巨浪极易造成恶性海难。由此可见，狂涛对海上轮船的航行、海上生产作业肯定会造成重大生命和经济损失。所以，准确的天气预报对于避免恶性海难事故和保证海上生产作业、生命和财产的安全是极其重要的。,海冰的影响,2006年8月，超强台风“桑美”造成福建福鼎市发生巨大海难,3、对于铁路和高速公路交通的影响,（三）大气科学在现代交通运输上的重要作用,2007年2月28日凌晨2时05分左右，一列从新疆乌鲁木齐驶往阿克苏的5807次列车因13级大风造成11节车厢被吹翻。,2006年4月9日晚7时许，从乌鲁木齐发往北京的70次列车运行至小草湖至红层之间时，遭遇特大沙尘暴袭击,2006年7月强热带风暴“碧利斯”致广
15、东33人死亡 京广线中断广州火车站退票4.5万张,新华网北京7月26日电（记者韩洁）记者从铁道部网站获悉，今年入汛以来，中国铁路三次受到台风（强热带风暴）影响，特别是强热带风暴“碧利斯”对京广线南段、鹰厦线造成严重水害。铁道部数据显示，截至7月24日，京广、京九、陇海、兰新、包兰等17条主要干线共发生水害断道78次，累计中断行车603小时54分。,2007年3月2日至5日，东北等地出现了1951年以来历史同期最强的暴风雪，局部地区积雪深度超过1米。民航、公路、铁路、电力、教育、设施农业和居民生活等受到严重影响，直接经济损失超过45亿元。,2006年1月19日，河南大面积降雪致使高速公路关闭，1
16、07国道超过40公里长的堵车队伍。,2006年12月21日重庆,（一）大气科学的研究对象与内容大气科学是研究地球大气状态的演变和发生在大气的动力、物理、化学的各种现象的形成原因及其随时间和空间的演变规律，以及研究如何采用这些规律为人类服务和人类活动对大气影响等方面的一门科学。,三、大气科学的研究对象与研究内容,（一）大气科学的研究对象与内容大气科学的研究对象是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。,三、大气科学的研究对象与研究内容,大气观测网已遍布全球,（二）大气科学研究内容的综合性工业生产的污染物大量的排放，带来了诸如温室气体CO2和CH4等浓度的
17、增加，改变了大气成分的分布，造成了全球增温；由于人类生活大量使用冰箱，而冰箱中氟利昂泄漏导致平流层臭氧的损耗；硫、氮氧化物排放造成严重的酸雨，这些污染问题导致了大气化学有了很大的发展,三、大气科学的研究对象与研究内容,（二）大气科学研究内容的综合性大气环流和气候变化不仅仅是大气内部动力、热力过程所决定，而且也是由于大气、海洋、陆地、冰雪和生物圈相互作用的结果。因此，把地球大气、海洋、陆面、冰雪和生物圈看成是一个完整的相互作用的体系，这就必然要拓宽大气科学的研究内容。,三、大气科学的研究对象与研究内容,（三）大气科学的分支学科及研究内容,三、大气科学的研究对象与研究内容,大气探测学：主要研究各种
18、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、构造与观测方法等。,天气学和大气环流：它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、变化规律和成因以及天气预报原理和方法,（三）大气科学的分支学科及研究内容,三、大气科学的研究对象与研究内容,动力气象学：有的国家也称为大气动力学，它主要研究控制大气运动的基本动力、热力学方程组，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,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
19、的时间变化规律和成因、全球气候系统内部各圈层相互作用过程和机理以及人类活动对气候的影响。,（三）大气科学的分支学科及研究内容,三、大气科学的研究对象与研究内容,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）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,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中的扩散过程、酸雨、环境保护与治理等。,（三）大气科学的分支学科及研究内容,三、大气科学的研究对象与研究内容,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他们对全球气候的影响,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。,四、主要参考书目,大气科学概论，黄荣辉编著，气象出版社2005年10月第一版气象学与气候学，周淑贞主编，高等教育出版社1997年7月第三版气象学与气候学基础，李爱贞等编著，气象出版社2001年9月第一版农业气象学，段若溪、姜会飞主编，气象出版社2002年1月第一版,
