1、建筑工程氣象理論和應(yīng)用課 程 介 紹 應(yīng)用氣象學(xué)是利用大氣科學(xué)的基本理論和方法解決國民經(jīng)濟各行業(yè)的氣象問題的一門實用性科學(xué)。 目的在于合理、充分、有效的開發(fā)利用氣候資源，為產(chǎn)業(yè)、工程的建設(shè)和發(fā)展服務(wù)。 設(shè)有應(yīng)用氣象學(xué)專業(yè)的大學(xué)本科為：南京信息工程大學(xué)（國家特色專業(yè)建設(shè)點）、南京大學(xué)、中山大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、蘭州大學(xué) 、沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)等。 建筑氣象學(xué)能源氣象學(xué)航空氣象學(xué)交通氣象學(xué)醫(yī)療氣象學(xué) 農(nóng)業(yè)氣象學(xué) 建筑工程氣象 交通運輸與氣象 水利、電力、通訊與氣象 生活與健康氣象 商品儲運、產(chǎn)銷與氣象本 課 程 講 解 內(nèi) 容參 考 書 目1、朱瑞兆應(yīng)用氣候?qū)W概論 2005年 氣象出版社，包括能源與氣候，建

2、筑與氣候，大氣污染與氣候，交通與氣候，氣候與水文，電力、通訊架空線路與氣候，人類生物與氣候，商品儲藏與氣候，旅游與氣候，森林與氣候十個部門。 2、高紹鳳應(yīng)用氣候?qū)W氣象出版社，包括氣候資源的評價和利用、氣候與人類健康、氣候災(zāi)害的推斷與預(yù)防、建筑與氣候、大氣環(huán)境質(zhì)量評價和城市大氣污染總量控制等。 3、胡毅 應(yīng)用氣象學(xué)（第二版） 2005 年，氣象出版社 包括農(nóng)業(yè)氣象，林業(yè)氣象，能源氣象，建筑氣象，污染氣象，醫(yī)療氣象，交通氣象 主要內(nèi)容： 1.1 歷史進程 未來展望 應(yīng)用氣象學(xué)研究內(nèi)容、意義、方法 第一章 概 論 （2學(xué)時）1.1 歷史進程我國古代應(yīng)用氣象知識是屬于世界領(lǐng)先地位的 ？ 1.1.1 農(nóng)

3、業(yè)氣象學(xué)誕生與發(fā)展戰(zhàn)國初期-二十四節(jié)氣 春耕、夏耘、秋收、冬藏秦漢時期-農(nóng)諺華北北部：白露早，寒露遲，只有秋分正當時華北南部：秋分早，霜降遲，只有寒露正當時華中華東：寒露、霜降正當時浙江一帶：立冬種麥正當時 1.1.1 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)誕生與發(fā)展中國近代農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的發(fā)展 二十世紀初，中國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣象觀念逐漸被近代農(nóng)業(yè)氣象知識所代替。 1922年竺可楨發(fā)表了“氣象與農(nóng)業(yè)的關(guān)系”一文,積極倡導(dǎo)開展農(nóng)業(yè)氣象科學(xué)研究。 1945年涂長望“農(nóng)業(yè)氣象之內(nèi)容及其研究途徑述要”一文的發(fā)表,首次較詳細地論述了農(nóng)業(yè)氣象科技的主要研究內(nèi)容的意義、任務(wù)和方法。中國近代農(nóng)業(yè)氣象事業(yè)的發(fā)展是非常緩慢的，對農(nóng)業(yè)的貢獻更談不上。

4、 1.1.1 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)誕生與發(fā)展中國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的發(fā)展 19531958年，初創(chuàng)探索時期； 19581965年，發(fā)展調(diào)整穩(wěn)步發(fā)展時期； 農(nóng)業(yè)氣象業(yè)務(wù)，農(nóng)業(yè)氣象區(qū)劃 19661976年，停滯時期； 1977年以后，重建發(fā)展時期 農(nóng)業(yè)氣象基本觀測網(wǎng)，農(nóng)業(yè)氣候資源調(diào)查 1.1.2 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的定義及其主要內(nèi)容 一、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的定義及其研究對象 1、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的定義 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)是研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件的相互關(guān)系及其規(guī)律的科學(xué)。 它是根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，應(yīng)用農(nóng)學(xué)和氣象科學(xué)技術(shù)來不斷揭示和解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)業(yè)氣象問題，以謀求合理利用氣候資源，戰(zhàn)勝不利氣象因素，促進農(nóng)業(yè)發(fā)展的實用性科學(xué)。 2 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)

5、的定義及其主要內(nèi)容 一、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的定義及其研究對象 2、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的研究對象 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的研究對象是生物有機體與氣象條件兩者相互作用的規(guī)律及其影響。一方面要研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氣象條件的要求和氣象條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；另一方面也要研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氣象條件的影響。 二、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的目的及其主要內(nèi)容 1、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的目的 目的是從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際出發(fā)，圍繞農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化以 及加強農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)建設(shè)，實現(xiàn)農(nóng)林牧漁全面發(fā)展和科學(xué) 種養(yǎng)等需要，不斷認識和解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)的氣象 問題，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能夠充分而合理地利用氣候資源， 戰(zhàn)勝不利的氣象因素，逐步提出促進農(nóng)業(yè)“高產(chǎn)、優(yōu) 質(zhì)、高效”和可持續(xù)發(fā)展的氣象條件和氣象措施。 二、

6、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的目的及其主要內(nèi)容 2、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的主要內(nèi)容 （1）、農(nóng)業(yè)氣象基本方法與理論研究 a.農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測及試驗研究方法研究 b.農(nóng)業(yè)氣象儀器研制 c.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件關(guān)系研究 d.農(nóng)業(yè)氣象指標研究 e.農(nóng)業(yè)氣象模式研究運用數(shù)學(xué)物理概念和方法描述作物生長過程 作物生長動力模擬模型從系統(tǒng)科學(xué)的觀點出發(fā)，遵循農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)平衡和能量守恒原理及物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換原理，以光、溫、水、土壤等條件為環(huán)境驅(qū)動變量，運用數(shù)學(xué)物理方法和計算機技術(shù)，對作物生育期內(nèi)光合、呼吸、蒸騰等重要生理生態(tài)過程及其與氣象、土壤等環(huán)境條件的關(guān)系進行逐日數(shù)值模擬，人為再現(xiàn)農(nóng)作物生長發(fā)育過程。 運用數(shù)學(xué)物理概念和方法描述作物生長過程

7、 它綜合了大氣、土壤、作物遺傳特性和田間管理等因素對作物生產(chǎn)的影響，克服了傳統(tǒng)的作物-天氣統(tǒng)計模型的缺點，是一種面向生長過程，機理性和時間動態(tài)性很強的模型，已成為農(nóng)業(yè)氣象模型的發(fā)展方向。 總輻射光截獲LAI潛在總光合產(chǎn)物實際總光合產(chǎn)物干物質(zhì)莖葉貯存器官根生長呼吸維持呼吸Ta/Tm降水根區(qū)土壤含水量滲透蒸發(fā)排水毛細管上升實際蒸騰最大蒸騰土壤水分平衡子模型溫度作物生長模擬模型框架灌溉 荷蘭de Wit教授定義了從潛在產(chǎn)量到水分脅迫到營養(yǎng)脅迫及病蟲害限制產(chǎn)量的作物模擬四個水平或四個階段。目前已經(jīng)有至少100種不同的模擬模型，其中以小麥模型最多，其它如谷類、豆類、根莖類、塊莖類作物以及特殊作物如蔬菜和

8、水果等的模型數(shù)十分有限。主要的作物模擬模型 （2）、農(nóng)業(yè)氣候資源分析及其合理開發(fā)利用研究 與服務(wù) （3）、農(nóng)業(yè)氣象情報、預(yù)報方法研究與服務(wù) （4）、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害規(guī)律及防御措施研究與服務(wù) （5）、農(nóng)業(yè)小氣候研究與服務(wù) 另外，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象角度，又可將農(nóng)業(yè)氣象學(xué)分為： 作物氣象 林業(yè)氣象 畜牧氣象 漁業(yè)氣象 研究方法 分期播種法 地理播種法 田間實驗法 植物人工氣候室法 統(tǒng)計學(xué)方法 數(shù)值模擬方法 遙感法 1.1.3 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件 一、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件 1、影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的外界自然條件 影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的外界自然條件主要包括：氣候、地形地勢、土壤等。 氣 候：光、熱、水、氣 地形地勢：海拔、坡向、

9、坡度、小地形、水體 土 壤：土壤性質(zhì)沙土、壤土、粘土、PH值 土壤肥力有機質(zhì)、氮、磷、鉀 附近下蜀黃土母質(zhì)上的黃棕壤剖面，土層深厚，90厘米以下呈棱塊狀結(jié)構(gòu)。它是黃壤與棕壤的過渡類型，集中分布于長江兩岸的北亞熱帶地區(qū)。 2、氣象條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的主要方面 a.氣象條件作為自然資源，直接或間接地為農(nóng)業(yè)生物的生長發(fā)育及產(chǎn)量形成提供必需的能量與物質(zhì)。 b.農(nóng)業(yè)生物的生命過程既然是在外界自然環(huán)境中完成 ，就不可避免地會受到有利和不利氣象條件的影響。 提供的能量有：提供的物質(zhì)有：綠色植物光合作用 光合作用的能源：條件：原料：O2、N2、CO2、水汽等太陽輻射能、熱能、風(fēng)能、水能太陽輻射CO2、水汽適宜

10、的溫度CO2H2O太陽輻射溫度C6H12O6氣象要素只有在一定的數(shù)值范圍內(nèi)才具有價值年降水量少于250mm的干旱地區(qū)，除有灌溉水源外，一般不能發(fā)展農(nóng)業(yè)。西歐是溫帶海洋性氣候：降水比較均勻，氣候較濕， 太陽輻射不足，農(nóng)作物不能成熟，所以只種牧草；2、西歐yu東亞糧食差異 1、過干、過濕都不利于農(nóng)作物的生長東亞地區(qū)是季風(fēng)氣候區(qū)： 夏季高溫，冬季較冷， 太陽輻射強，晝夜溫差大，適合農(nóng)作物的生長。 2、氣象條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的主要方面 c.氣象條件還會通過其它外界環(huán)境條件如土壤、水文和地面覆蓋物的作用來影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 d.氣象條件中，光、熱、水、氣諸因子既不能互相代替，又互相制約，綜合地影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，

11、其不同的組合對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會有不同的影響。不利的組合將導(dǎo)致減產(chǎn)，有利的組合必使農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。 3、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)該重視的幾個氣象問題 a.發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須“因地因時制宜” ，所謂“時”，實際上是指氣象條件，即因氣象條件制宜。 b.不能認為只有氣象條件影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，作物特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的農(nóng)業(yè)技術(shù)措施也反過來影響氣象條件。 c.精準農(nóng)業(yè)或精耕細作多項農(nóng)業(yè)技術(shù)措施功能的發(fā)揮，幾乎無一不與天氣氣候條件有關(guān)。 3、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)該重視的幾個氣象問題 d.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對象的生長發(fā)育規(guī)律與影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的氣象條件的變化規(guī)律相結(jié)合所形成的農(nóng)業(yè)氣象規(guī)律，會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生有利或不利的影響。因此要發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，必須掌握農(nóng)業(yè)氣象規(guī)

12、律。 二、土壤植物大氣系統(tǒng)（SPAS）簡介 從農(nóng)業(yè)氣象學(xué)科考慮，作物及其生產(chǎn)過程是一個 作用系統(tǒng)，即“土壤植物大氣”系統(tǒng)，或可稱之為 “農(nóng)業(yè)氣象系統(tǒng)”。 實際上，農(nóng)業(yè)氣象系統(tǒng)的垂直尺度并不大。其上 部邊界層距離地面最高不過2030米左右，下部邊界 層深入土壤中也只在3050厘米以至幾米上下。 農(nóng)業(yè)氣象系統(tǒng)內(nèi)各個變量及其相互關(guān)系，蒙蒂斯（）等用“土壤植物大氣”系統(tǒng)示意圖來表示。 農(nóng)業(yè)氣象學(xué)的任務(wù)，實質(zhì)上就是要了解系統(tǒng)內(nèi)的機制、狀態(tài)與過程的相互關(guān)系；從能量平衡和物質(zhì)守恒定律來研究、闡明農(nóng)業(yè)生物從系統(tǒng)外部的輸入項如何促使農(nóng)業(yè)生物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成；從能量轉(zhuǎn)換與物質(zhì)輸送觀點出發(fā)，為利用、調(diào)節(jié)和改造“土

13、壤植物大氣”系統(tǒng)提供依據(jù)，最后為獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的農(nóng)產(chǎn)品，采取最優(yōu)的氣象條件和氣象措施。例子？冬小麥-玉米-氣候變化 1.1.2 能源利用與氣象西周-陽燧取火、風(fēng)帆助航風(fēng)力機提水、磨面例如：鄭和七次下西洋，所用船只多檣多帆，充分 利用了風(fēng)能 1.1.3 建筑與氣象 北宋初年，木工喻皓，在開封建造了一座平面八角十三層高的開寶寺塔，針對當?shù)厥⑿械奈鞅憋L(fēng)，據(jù)長年的實際經(jīng)驗估算，有意識的使塔身向西北方向傾斜，用塔身的傾斜預(yù)應(yīng)風(fēng)壓，實為建筑學(xué)上的大膽創(chuàng)舉。 南北方房屋的結(jié)構(gòu)不同： 南方-通風(fēng)防濕 北方-采光保暖 鑒于世界上曾發(fā)生過多次重大建筑事故-設(shè)計風(fēng)壓在建筑界備受重視。軍事與氣象三國時期-火攻（官渡之

14、戰(zhàn)、赤壁之戰(zhàn)、彝陵之戰(zhàn)）下雪時進行軍事偽裝；利用大霧天氣進行奇襲和埋伏。目前的機械化戰(zhàn)爭 1.1.5 醫(yī)學(xué)與氣象早在春秋戰(zhàn)國時期就出現(xiàn)了例如：秦國醫(yī)家醫(yī)和倡論“陰、陽、風(fēng)、雨、晦、明”為 “六氣”，六氣太過就要引起各種疾病 1.1.6 鹽業(yè)與氣象北宋沈括夢溪筆談-“解鹽不得此風(fēng)不冰”，描述了山西解鹽與南風(fēng)的關(guān)系。明代宋應(yīng)星開工天物-“鹽見水即化，見風(fēng)即鹵”；“山西解鹽-引水種鹽，春間即為之，待秋夏之交，南風(fēng)大起，則一宵結(jié)成”，具體說明了風(fēng)與制鹽的關(guān)系 1.1.7 國內(nèi)外氣象機構(gòu)的建立18-19世紀，法、英、日、德先后在我國設(shè)立氣象機構(gòu)，主要是為帝國主義侵略服務(wù)。1945年在解放區(qū)建立第一個氣象

15、臺，為抗日戰(zhàn)爭服務(wù)，以后在東北、華北也相繼建立了一些氣象臺，一直隸屬于中央軍委，主要為保證解放戰(zhàn)爭的勝利服務(wù)，特別是為空軍飛行訓(xùn)練和作戰(zhàn)提供氣象保障 。1949年12月軍委1氣象局宣告成立，各大軍區(qū)陸續(xù)設(shè)立氣象處，配合空軍、海軍和其他兵種建設(shè)，為解放大西南，沿海島嶼，特別是抗美援朝戰(zhàn)爭服務(wù)。 1953年8月軍委氣象局改為中央氣象局歸政府建制，既為經(jīng)濟建設(shè)服務(wù)，又為國防建設(shè)服務(wù)，提供日常的航危報服務(wù)，保證了部隊戰(zhàn)備和飛行訓(xùn)練的需要。 總之，與生產(chǎn)實踐密切相關(guān)的應(yīng)用氣象學(xué)，首先在那些生產(chǎn)或作業(yè)直接在野外大氣環(huán)境中進行并對天氣、氣候反應(yīng)十分敏感的行業(yè)中興起，大致可分為4個主要階段： 1840年航海氣

16、象應(yīng)用； 1890年農(nóng)業(yè)氣象應(yīng)用； 1920年商用航空氣象應(yīng)用 1940年早期（二戰(zhàn)期間）的全球軍事氣象應(yīng)用。 1.1.8 國內(nèi)外工業(yè)氣象的興起 1968年成立的美國全國工業(yè)氣象家協(xié)會（NCIM）的誓約說，其主要職責(zé)就是促進氣象咨詢和工業(yè)氣象科學(xué)原理的應(yīng)用，為國家謀利，70年代初期，該協(xié)會已初具規(guī)模，其成員（共527人）服務(wù)于工業(yè)企業(yè)（210人）聯(lián)邦政府機關(guān)（52人），地方政府機關(guān)（296人）和大學(xué)（14人），美國國家大氣海洋局（NOAA）也積極支持工業(yè)氣象工作，并提供衛(wèi)星氣象資料和通訊等專項服務(wù)。 1985年經(jīng)國務(wù)院批準，我國氣象部門把開展氣象科技服務(wù)列作氣象事業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和改革的一項重要內(nèi)容

17、，專業(yè)氣象服務(wù)，專項氣象服務(wù)是新型氣象事業(yè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是促進氣象科技轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的主要方式，氣象為產(chǎn)業(yè)工程部門開展科技服務(wù)，專項服務(wù)是氣象科技服務(wù)中的主要部分。 10年來，氣象部門在改革開放方針的指引下，氣象科技服務(wù)經(jīng)歷不斷發(fā)展深化改革的過程，這對推動我國產(chǎn)業(yè)工程氣象學(xué)的研究和應(yīng)用起著重大作用。 隨著高新科技的發(fā)展和應(yīng)用，人們已步入信息時代，應(yīng)用氣象將進入一個新的歷史發(fā)展時期，市場競爭將更加激烈，為了發(fā)展生產(chǎn)力，提高技術(shù)水平，改進工藝過程，加強科學(xué)管理以增強市場競爭能力，產(chǎn)業(yè)部門對氣象的依賴程度將進一步增強，氣象科技服務(wù)的對象將不斷擴大，服務(wù)的內(nèi)容、范圍和要求也將進一步拓寬和深化。 1

18、.2 未 來 展 望1.3 - 應(yīng)用氣象學(xué)研究 氣象服務(wù)工作 應(yīng)用氣象學(xué)的研究內(nèi)容 開展應(yīng)用氣象學(xué)研究的意義和方法 從經(jīng)濟學(xué)角度 的大氣資源開發(fā)利用，稱之為氣象服務(wù)。1.3.1 氣象服務(wù)工作 定義:分類:決策氣象服務(wù)-向政府機關(guān)提供決策服務(wù)公眾氣象服務(wù)-向社會公眾提供通用性的公益服務(wù)專用氣象服務(wù)-向國民經(jīng)濟各企事業(yè)單位和個人 提供的專項服務(wù)、專業(yè)有償服務(wù)和 氣象科技服務(wù)，商業(yè)氣象服務(wù)。 1.3.2 - 應(yīng)用氣象學(xué)的研究內(nèi)容 各行產(chǎn)業(yè)對氣象的敏感率： 航空建筑海陸交通加工工業(yè)公用事業(yè)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè) 表1 美國因不利天氣造成的年經(jīng)濟損失（1972年，單位百萬美元）農(nóng)業(yè)民航建筑公用事業(yè)運輸加工業(yè)電力燃料供應(yīng)通訊合計損失總額8240929982531935974757712650可預(yù)防減損額35545632810574523813165302 可預(yù)防減損額表示假定在最佳利用氣象情報和天氣預(yù)報對策下，所獲平均收益的潛在經(jīng)濟效益。 對天氣最敏感的農(nóng)業(yè)、建筑、公用事業(yè)和加工工業(yè)4個行業(yè)占全部可預(yù)防減損額98%，可預(yù)防減損總額約為不利天氣引起損失總額的41.8%。 由此可見，氣象情報和天氣預(yù)報潛在經(jīng)濟效益之高。 1.3.3 開展應(yīng)用氣象學(xué)研究