觀測天氣教學課件第一章：天氣是什么？天氣的定義科學定義天氣是地球大氣在某一時間和地點的狀態(tài)，是大氣物理特性的短期表現。主要要素包括溫度、濕度、氣壓、風速與風向、降水和云量等多項因素。時間尺度天氣變化通常在幾小時到幾天的時間范圍內，具有短期性和多變性。天氣變化的原因太陽輻射不均勻地球表面接收的太陽輻射量不均勻赤道地區(qū)獲得更多熱量極地地區(qū)獲得較少熱量熱量差異導致大氣環(huán)流系統相互作用大氣與海洋的熱交換地形對氣流的阻擋和引導地球自轉產生的科里奧利力大氣環(huán)流系統的復雜互動太陽輻射不均勻加熱地球表面上圖清晰展示了太陽輻射如何以不同角度照射地球不同區(qū)域，導致熱量分布不均。赤道區(qū)域接收到的太陽輻射最為直接和強烈，而極地區(qū)域接收到的輻射角度更為傾斜，能量更為分散。這種不均勻加熱是全球大氣環(huán)流的根本驅動力，也是天氣系統形成的基礎。溫度與氣溫測量溫度的概念溫度是物體冷熱程度的量度反映大氣分子平均動能的高低是天氣觀測中最基本的參數之一全球平均溫度約為15℃測量方法使用溫度計測量，單位為攝氏度（℃）百葉箱用于屏蔽陽光直射影響標準觀測高度為地面以上1.5米氣壓與氣壓計氣壓的定義氣壓是空氣對地面及其上方物體施加的壓力，是單位面積上大氣柱的重量。標準大氣壓為1013.25百帕(hPa)，相當于760毫米汞柱(mmHg)。氣壓計的類型水銀氣壓計-利用水銀柱高度測量氣壓空盒氣壓計-利用金屬盒形變測量氣壓數字氣壓計-現代電子技術測量氣壓氣壓與天氣的關系濕度與濕度計濕度的概念與類型絕對濕度：單位體積空氣中的水蒸氣質量相對濕度：實際水汽含量與飽和水汽含量的百分比露點溫度：空氣冷卻至飽和時的溫度濕度直接影響人體舒適度，高濕度會減緩汗液蒸發(fā)，使人感覺悶熱；低濕度則會使皮膚干燥，呼吸道不適。濕度測量方法干濕球濕度計：利用干球和濕球溫度差測量毛發(fā)濕度計：利用人發(fā)對濕度敏感的特性電子濕度計：利用電子傳感器檢測濕度風速與風向測量風速測量風速用風速計（風速儀）測量，常見單位為米/秒(m/s)或公里/小時(km/h)。標準觀測高度為地面10米處。風向測量風向用風向標（風向旗）確定，表示風的來源方向。通常分為八個或十六個方位，如東北風表示風從東北方向吹來。風的形成原理風總是從高氣壓區(qū)域吹向低氣壓區(qū)域。氣壓差越大，風速越大，形成大風或暴風天氣。降水量測量雨量計使用標準雨量計高度為地面以上70厘米降水量以毫米(mm)為單位1毫米降水相當于1升水均勻分布在1平方米面積上降水類型雨：液態(tài)水滴，溫度高于0℃雪：固態(tài)冰晶，溫度低于0℃冰雹：實心冰塊，由強對流云產生雨夾雪：雨雪混合狀態(tài)降水強度分級小雨：24小時內降水量<10mm中雨：10-25mm大雨：25-50mm暴雨：>50mm各種氣象儀器實物圖上圖展示了氣象站中常用的各類觀測儀器，包括溫度計、氣壓計、濕度計、風速計、風向標和雨量計等。這些儀器是進行標準化天氣觀測的基礎工具，通過這些儀器收集的數據，氣象工作者可以全面了解當前的大氣狀態(tài)。傳統經驗觀測早霞不出門，晚霞行千里早晨的紅霞預示著當天可能有雨，而傍晚的紅霞則預示著次日可能是晴天。螞蟻搬家蛇過道，明日必有大雨到螞蟻在雨前會將巢穴中的卵搬至高處，蛇則會離開低洼地帶，以避開即將到來的降水。燕子低飛蛙聲響，將有大雨來猛浪低氣壓使空氣中的昆蟲飛行高度降低，燕子追逐捕食時也隨之降低飛行高度；濕度增加則會引起青蛙鳴叫。傳統經驗觀測方法在現代仍有一定價值，特別是在沒有氣象儀器的情況下。農民通過長期觀察天氣變化與自然現象的關聯，總結出許多天氣諺語，這些諺語蘊含著豐富的氣象知識?，F代科學觀測地面觀測網絡標準氣象站：全天候收集基本氣象要素自動氣象站：無人值守，實時數據傳輸專業(yè)觀測站：針對特定要素的深入觀測全球地面觀測網：共享數據資源高空與遙感觀測氣象探空氣球：獲取高空大氣廓線氣象雷達：探測降水和風場分布氣象衛(wèi)星：提供大尺度云系監(jiān)測閃電定位系統：監(jiān)測雷電活動氣象衛(wèi)星云圖與雷達圖示例衛(wèi)星云圖特點提供大范圍、宏觀的云系分布情況，可觀測到大尺度天氣系統的運動和發(fā)展。不同波段的衛(wèi)星圖像可反映不同高度的云層信息。雷達圖特點提供局地、精細的降水強度和分布情況，可探測到風暴內部結構和強對流區(qū)域。通過多普勒效應可測量降水粒子移動速度，反映風場信息。古代天氣預報1公元前350年亞里士多德撰寫《氣象學》，是西方最早的氣象著作，嘗試解釋風、雨、云等現象。2公元132年張衡發(fā)明地動儀，雖主要用于地震預測，但體現了中國古代對自然現象的科學觀察。3唐宋時期中國發(fā)展出二十四節(jié)氣系統，將一年劃分為24個氣候周期，指導農業(yè)生產。417世紀伽利略發(fā)明溫度計，托里拆利發(fā)明氣壓計，為天氣觀測提供了基本工具?，F代天氣預報1854年英國海軍軍官菲茨羅伊建立了第一個氣象預報系統，開始向公眾發(fā)布風暴預警。1904年挪威氣象學家比約克尼斯提出了氣團分析和鋒面理論，奠定了現代天氣預報的理論基礎。1950年代電子計算機開始用于數值天氣預報，美國成功運行第一個數值預報模型。1960年代第一顆氣象衛(wèi)星發(fā)射升空，開啟了全球尺度天氣觀測的新時代。21世紀集合預報和人工智能技術應用于天氣預報，準確率和預見期大幅提升?，F代氣象臺的工作流程數據采集從全球觀測網絡收集地面、高空、衛(wèi)星和雷達數據，形成實時觀測數據庫。數據分析對原始數據進行質量控制和同化處理，生成初始場，分析當前天氣形勢。數值模擬利用超級計算機運行數值預報模式，模擬大氣未來狀態(tài)演變。預報發(fā)布預報員根據模型結果和經驗判斷，制作預報產品并通過各種渠道發(fā)布。云的種類與形成積云(Cumulus)形狀如棉花團，底部平坦頂部隆起，常在晴天出現，一般不產生降水。由局地上升氣流形成。層云(Stratus)灰色均勻的云層，覆蓋整個天空，可產生毛毛雨或細雪。由濕潤空氣層緩慢上升或水平輻合形成。卷云(Cirrus)高空纖維狀或羽毛狀白云，由冰晶組成，常表示天氣系統即將變化。在高空強風影響下形成。積雨云(Cumulonimbus)巨大的垂直發(fā)展云，頂部呈砧狀，常伴有強降水、雷電和冰雹。由強烈不穩(wěn)定大氣中的對流形成。風暴與極端天氣臺風（熱帶氣旋）熱帶海洋上形成的強烈旋轉風暴系統中心氣壓低，最大風速可超過33米/秒螺旋狀云帶，中心有"風眼"可帶來強風、暴雨和風暴潮龍卷風從積雨云底部延伸至地面的猛烈旋轉氣柱直徑通常幾十到幾百米風速可達100米/秒以上持續(xù)時間短但破壞力極強暴雪短時間內大量降雪現象能見度顯著降低積雪深度迅速增加可能導致交通中斷和電力中斷臺風衛(wèi)星云圖與龍卷風現場照片臺風結構特征衛(wèi)星云圖清晰顯示了臺風的螺旋云帶結構和中心風眼。臺風是一個巨大的熱力機，從海洋獲取能量，通過潛熱釋放維持其強度。典型臺風直徑可達數百公里，影響范圍廣泛。龍卷風破壞力龍卷風雖然尺度小得多，但因極高的風速，破壞力可能更為集中和猛烈。圖中可見龍卷風漏斗云和周圍被卷起的碎片云。龍卷風常在強烈的超級單體雷暴中形成。氣象災害案例分析2023年暴雨災害2023年7月，華北地區(qū)遭遇特大暴雨，24小時降水量超過200毫米，多條河流水位超警戒線。災害影響城市內澇嚴重，部分地區(qū)交通中斷；農田被淹，造成糧食減產；部分工廠停產，經濟損失巨大。預警響應氣象部門提前36小時發(fā)布暴雨預警，政府啟動應急預案，組織群眾轉移，開放應急避難場所。減災成效預警信息及時發(fā)布，應急響應迅速，有效減少了人員傷亡；但基礎設施防災能力仍有提升空間。防災減災知識1了解當地常見氣象災害不同地區(qū)面臨的主要氣象災害類型不同，如沿海地區(qū)多臺風，北方地區(qū)冬季多暴雪。了解當地歷史災害記錄，掌握災害特點和規(guī)律。2關注氣象預報和預警養(yǎng)成定期查看天氣預報的習慣，特別是惡劣天氣來臨前。了解各類預警信號的含義，根據預警等級采取相應防范措施。3準備應急物資家庭應準備應急包，包含手電筒、收音機、急救用品、飲用水和食品等。確保手機充電寶等備用電源可用，存儲重要聯系人電話。4掌握避險技能了解家庭和學校的疏散路線和安全地點。學習基本的自救互救技能，如心肺復蘇、止血包扎等。災害發(fā)生時保持冷靜，聽從官方指引。天氣與氣候天氣的特點短期大氣狀態(tài)，通常幾小時到幾天具體表現為某時某地的溫度、濕度、風等變化快速且幅度大受局地因素影響明顯例："昨天北京下雨，氣溫15℃"氣候的特點長期大氣統計特征，通常30年以上表現為區(qū)域平均溫度、降水等統計值變化緩慢且具有穩(wěn)定性受全球和區(qū)域大尺度因素影響例："北京屬于溫帶季風氣候"天氣預報關注未來幾小時到幾天的具體天氣狀況，如溫度、降水概率等。氣候預測關注未來月、季、年甚至更長時間的平均狀況，如季節(jié)溫度異常、年降水趨勢等。課程總結與展望天氣基礎知識掌握天氣的定義、形成原因及主要要素，理解溫度、氣壓、濕度、風和降水的測量方法。觀測方法學習傳統經驗觀測和現代科學觀測的特點與應用，了解氣象儀器的