氣象地面基礎(chǔ)知識(shí)演講人：日期:01氣象學(xué)基礎(chǔ)概念02地面氣象要素03觀測(cè)方法與儀器04天氣現(xiàn)象解析05氣候基礎(chǔ)知識(shí)06氣象應(yīng)用領(lǐng)域目錄CATALOGUE氣象學(xué)基礎(chǔ)概念01PART氣象是指發(fā)生在大氣中的各種物理現(xiàn)象和過(guò)程，包括風(fēng)、云、降水、雷電、霧、霜等自然現(xiàn)象，以及它們的變化規(guī)律和相互作用機(jī)制。氣象定義與研究對(duì)象氣象的定義氣象學(xué)主要研究大氣的組成、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其與地球表面和宇宙空間的能量交換過(guò)程，旨在揭示天氣和氣候的形成機(jī)制及其對(duì)人類活動(dòng)的影響。氣象學(xué)的研究對(duì)象氣象是廣義的大氣現(xiàn)象總稱，而天氣是短時(shí)間內(nèi)（如幾小時(shí)至幾天）氣象要素（溫度、濕度、氣壓等）的綜合表現(xiàn)，氣候則是長(zhǎng)期天氣特征的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。氣象與天氣的區(qū)別大氣層結(jié)構(gòu)與成分大氣的主要成分干潔空氣由氮?dú)猓?8%）、氧氣（21%）、氬氣（0.93%）和微量二氧化碳、臭氧等組成，水蒸氣含量可變（0-4%），是天氣變化的關(guān)鍵因素。臭氧層的保護(hù)作用平流層中的臭氧層能吸收紫外線，保護(hù)地球生物免受輻射傷害，其破壞（如臭氧空洞）會(huì)引發(fā)生態(tài)和氣候問(wèn)題。大氣層的垂直分層根據(jù)溫度變化和化學(xué)組成，大氣層分為對(duì)流層（0-12km）、平流層（12-50km）、中間層（50-85km）、熱層（85-500km）和散逸層（500km以上），每層具有獨(dú)特的物理特性和氣象現(xiàn)象。030201太陽(yáng)短波輻射穿透大氣加熱地表，地表長(zhǎng)波輻射被大氣吸收（溫室效應(yīng)），形成地球能量收支平衡，驅(qū)動(dòng)大氣環(huán)流和天氣系統(tǒng)。輻射與能量平衡蒸發(fā)、凝結(jié)、降水構(gòu)成水循環(huán)，云的形成與降水類型（如對(duì)流雨、鋒面雨）直接影響局部天氣和氣候特征。水循環(huán)過(guò)程氣壓梯度力、科里奧利力和摩擦力共同作用形成風(fēng)，全球尺度環(huán)流（如哈德萊環(huán)流）和局地風(fēng)系（如海陸風(fēng)）塑造天氣模式。大氣運(yùn)動(dòng)機(jī)制基本氣象過(guò)程概述地面氣象要素02PART溫度測(cè)量與單位通過(guò)溫度傳感器（如鉑電阻、熱電偶）與被測(cè)物體直接接觸，利用材料電阻或電勢(shì)隨溫度變化的特性進(jìn)行測(cè)量，精度可達(dá)±0.1℃。國(guó)際通用單位為攝氏度（℃）、華氏度（℉）和開(kāi)爾文（K），其中開(kāi)爾文是熱力學(xué)溫標(biāo)的基礎(chǔ)單位?；诩t外輻射原理，通過(guò)檢測(cè)物體發(fā)射的紅外能量反演溫度，適用于極端環(huán)境或移動(dòng)物體測(cè)量，但易受表面發(fā)射率、環(huán)境干擾影響，需定期校準(zhǔn)。玻璃液體溫度計(jì)（如酒精、水銀）用于常規(guī)觀測(cè)，數(shù)字溫度計(jì)用于自動(dòng)化站，衛(wèi)星遙感適用于大范圍地表溫度反演，各類型需符合WMO（世界氣象組織）標(biāo)準(zhǔn)。接觸式測(cè)溫原理非接觸式測(cè)溫技術(shù)溫度計(jì)類型與應(yīng)用場(chǎng)景濕度計(jì)算方法絕對(duì)濕度與混合比露點(diǎn)溫度推導(dǎo)相對(duì)濕度（RH）公式絕對(duì)濕度指單位體積空氣中水汽質(zhì)量（g/m3），混合比為水汽質(zhì)量與干空氣質(zhì)量之比（g/kg）。兩者均需通過(guò)露點(diǎn)儀或濕度傳感器直接測(cè)量，適用于大氣邊界層研究。RH=(實(shí)際水汽壓/飽和水汽壓)×100%，需結(jié)合干濕球溫度表或電容式傳感器獲取數(shù)據(jù)，是天氣預(yù)報(bào)和農(nóng)業(yè)灌溉的核心參數(shù)。通過(guò)迭代計(jì)算使空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度，反映水汽絕對(duì)含量，常用于航空、電力行業(yè)防結(jié)露預(yù)警，計(jì)算需依賴大氣壓強(qiáng)和溫度觀測(cè)值。氣壓觀測(cè)原理水銀氣壓計(jì)工作原理利用托里拆利實(shí)驗(yàn)原理，通過(guò)水銀柱高度（mmHg）反映大氣壓力，標(biāo)準(zhǔn)條件下760mmHg=1013.25hPa，需進(jìn)行重力修正和溫度補(bǔ)償以確保精度?？蘸袣鈮簜鞲衅鞑捎谜婵漳ず凶冃瘟哭D(zhuǎn)換為電信號(hào)，廣泛用于自動(dòng)氣象站，需定期與標(biāo)準(zhǔn)氣壓計(jì)比對(duì)，誤差控制在±0.3hPa以內(nèi)。氣壓梯度力計(jì)算通過(guò)多點(diǎn)氣壓觀測(cè)數(shù)據(jù)構(gòu)建等壓線，分析水平氣壓梯度（ΔP/Δd），是風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)和臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)的關(guān)鍵參數(shù)，單位通常為hPa/100km。觀測(cè)方法與儀器03PART地面站設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)選址要求地面氣象站應(yīng)遠(yuǎn)離高大建筑物、樹(shù)木和水體等干擾源，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)的代表性和準(zhǔn)確性，通常要求站點(diǎn)周圍10米內(nèi)無(wú)遮擋物，50米內(nèi)無(wú)顯著熱源或污染源。環(huán)境維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)場(chǎng)地面需保持自然植被（草高不超過(guò)20厘米），定期校準(zhǔn)儀器精度，建立防雷、防電磁干擾設(shè)施，確保全天候連續(xù)觀測(cè)能力。儀器布局規(guī)范觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)儀器應(yīng)按功能分區(qū)布置，風(fēng)向風(fēng)速儀安裝在10米高度，溫濕度傳感器置于1.5米高的百葉箱內(nèi)，雨量計(jì)需水平安裝在距地面0.7米的開(kāi)闊區(qū)域。常用儀器類型溫濕度測(cè)量設(shè)備風(fēng)要素傳感器降水觀測(cè)系統(tǒng)采用鉑電阻溫度計(jì)和電容式濕度傳感器組成的自動(dòng)氣象站核心部件，測(cè)量范圍覆蓋-50℃至+60℃，精度達(dá)±0.2℃和±2%RH，具備防輻射和通風(fēng)設(shè)計(jì)。包括翻斗式雨量計(jì)（分辨率0.1mm）和稱重式雨雪量計(jì)，配備防風(fēng)圈和加熱裝置，可區(qū)分雨雪形態(tài)，實(shí)時(shí)傳輸降水強(qiáng)度和累積量數(shù)據(jù)。三維超聲風(fēng)速儀采用脈沖聲波時(shí)差法測(cè)量，量程0-60m/s，無(wú)機(jī)械磨損，同時(shí)記錄風(fēng)向（精度±3°）和湍流參數(shù)，適應(yīng)極端天氣條件。觀測(cè)時(shí)制與頻次建立三級(jí)數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制（現(xiàn)場(chǎng)巡檢、臺(tái)站審核、省級(jí)質(zhì)控），對(duì)異常值采用氣候極值檢查、時(shí)間一致性檢驗(yàn)和空間一致性分析等方法進(jìn)行標(biāo)記和修正。質(zhì)量控制流程元數(shù)據(jù)記錄要求完整記載儀器型號(hào)、檢定日期、海拔高度、場(chǎng)地變更歷史等信息，數(shù)據(jù)文件按《氣象資料歸檔格式》存儲(chǔ)，保留原始記錄和修正記錄雙版本。嚴(yán)格執(zhí)行世界氣象組織（WMO）規(guī)定的UTC時(shí)制，基本氣象要素實(shí)行每分鐘采樣、正點(diǎn)上傳，天氣現(xiàn)象需人工輔助記錄起止時(shí)間及強(qiáng)度變化。數(shù)據(jù)記錄規(guī)范天氣現(xiàn)象解析04PART由大氣垂直對(duì)流運(yùn)動(dòng)引發(fā)，常見(jiàn)于夏季午后，特點(diǎn)是強(qiáng)度大、歷時(shí)短、范圍小，常伴隨雷暴和強(qiáng)風(fēng)，易引發(fā)城市內(nèi)澇。冷暖空氣交匯形成鋒面時(shí)產(chǎn)生，分為冷鋒降水（急促猛烈）和暖鋒降水（持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、范圍廣），是中緯度地區(qū)主要降水形式。濕潤(rùn)氣流遇山地被迫抬升冷卻形成，迎風(fēng)坡降水量顯著高于背風(fēng)坡，如喜馬拉雅山脈南麓年降水量可達(dá)4000毫米以上。凍雨是過(guò)冷雨滴接觸地表物體后瞬間凍結(jié)的災(zāi)害性降水；冰雹則產(chǎn)生于強(qiáng)對(duì)流云中，直徑可達(dá)數(shù)厘米，對(duì)農(nóng)業(yè)和建筑物破壞性極大。降水類型與特征對(duì)流性降水鋒面降水地形性降水凍雨與冰雹風(fēng)系分類與影響行星風(fēng)系包括赤道低壓帶的信風(fēng)（東北/東南信風(fēng)）、副熱帶高壓帶的西風(fēng)帶以及極地東風(fēng)帶，構(gòu)成全球大氣環(huán)流基礎(chǔ)框架，直接影響氣候帶分布。01季風(fēng)系統(tǒng)典型如東亞季風(fēng)（冬季西北風(fēng)干燥寒冷，夏季東南風(fēng)濕潤(rùn)多雨）和南亞季風(fēng)，年降水量70%集中于夏季風(fēng)期，對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)具有決定性作用。局地風(fēng)系含山谷風(fēng)（晝夜風(fēng)向交替）、海陸風(fēng)（沿海地區(qū)日間海風(fēng)夜間陸風(fēng)）及焚風(fēng)（氣流越山后下沉增溫，可使背風(fēng)坡氣溫驟升10℃以上）。極端風(fēng)災(zāi)熱帶氣旋中心風(fēng)速可達(dá)60m/s以上，龍卷風(fēng)瞬時(shí)風(fēng)速突破100m/s，二者均能造成建筑物坍塌、交通癱瘓等重大災(zāi)害。020304云層識(shí)別基礎(chǔ)低云族（<2000米）層云呈灰色均勻幕狀，多伴隨毛毛雨；積云為輪廓分明的蓬松云塊，淡積云指示晴好天氣，濃積云可能發(fā)展為雷雨云。中云族（2000-6000米）高層云遮蔽日月呈毛玻璃狀，常預(yù)示持續(xù)性降水；高積云呈魚(yú)鱗狀或波狀排列，通常指示天氣穩(wěn)定但可能轉(zhuǎn)陰。高云族（>6000米）卷云為絲縷狀冰晶云，透光性好；卷層云形成日暈月暈現(xiàn)象，常是鋒面系統(tǒng)前兆；卷積云呈現(xiàn)細(xì)小顆粒狀，俗稱"魚(yú)鱗天"。垂直發(fā)展云積雨云垂直厚度超萬(wàn)米，頂部出現(xiàn)砧狀結(jié)構(gòu)，伴隨雷電、暴雨、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，航空飛行需嚴(yán)格規(guī)避此類云系。氣候基礎(chǔ)知識(shí)05PART氣候分區(qū)原則溫度與降水主導(dǎo)性氣候分區(qū)主要依據(jù)年均溫、最冷月均溫、年降水量及降水季節(jié)分配等核心指標(biāo)，例如柯本氣候分類法以溫度和降水閾值劃分熱帶、溫帶等類型。地形與海拔影響山地高原形成垂直氣候帶（如高山高原氣候），迎風(fēng)坡與背風(fēng)坡降水差異顯著，盆地地形可能導(dǎo)致熱量積聚或逆溫現(xiàn)象。地理緯度與海陸位置低緯度地區(qū)多為熱帶氣候，中緯度受季風(fēng)或大陸性氣候影響，高緯度則以極地氣候?yàn)橹?；沿海地區(qū)降水豐沛，內(nèi)陸易形成干旱或半干旱氣候。氣候變化因素自然驅(qū)動(dòng)因素包括太陽(yáng)輻射周期變化（如米蘭科維奇循環(huán)）、火山噴發(fā)（氣溶膠遮蔽效應(yīng)）、海洋環(huán)流異常（如厄爾尼諾現(xiàn)象）及地球軌道參數(shù)調(diào)整等長(zhǎng)期自然過(guò)程。人類活動(dòng)影響工業(yè)化導(dǎo)致溫室氣體（CO?、CH?等）濃度上升，土地利用變化（如森林砍伐）削弱碳匯能力，城市化引發(fā)熱島效應(yīng)，均加速全球變暖趨勢(shì)。反饋機(jī)制作用冰雪反照率降低（極地冰蓋融化）、海洋吸熱能力下降等正反饋效應(yīng)可能放大氣候變化幅度，而云層覆蓋變化則存在不確定性反饋。農(nóng)業(yè)規(guī)劃與風(fēng)險(xiǎn)管理風(fēng)能、太陽(yáng)能電站選址需依賴長(zhǎng)期風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)，極端氣溫記錄可輔助電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)與儲(chǔ)能設(shè)施配置。能源系統(tǒng)優(yōu)化公共衛(wèi)生決策結(jié)合熱浪、寒潮頻率數(shù)據(jù)制定疾病防控策略（如瘧疾傳播范圍預(yù)測(cè)），評(píng)估氣候變化對(duì)呼吸道疾病的影響并調(diào)整醫(yī)療資源分配。通過(guò)分析積溫、無(wú)霜期及降水變率，指導(dǎo)作物品種選擇與播種時(shí)間，建立干旱、洪澇預(yù)警系統(tǒng)以減少災(zāi)害損失。氣候數(shù)據(jù)應(yīng)用氣象應(yīng)用領(lǐng)域06PART天氣預(yù)報(bào)流程數(shù)據(jù)采集與傳輸通過(guò)氣象衛(wèi)星、雷達(dá)、地面觀測(cè)站及探空儀等設(shè)備，實(shí)時(shí)采集大氣溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，并通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至氣象中心。數(shù)值模式運(yùn)算利用超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)行數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式（如WRF、ECMWF），將采集數(shù)據(jù)同化后模擬未來(lái)大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，生成降水、溫度、風(fēng)場(chǎng)等預(yù)報(bào)產(chǎn)品。預(yù)報(bào)員分析與修正氣象專家結(jié)合數(shù)值模式輸出結(jié)果、歷史數(shù)據(jù)及本地經(jīng)驗(yàn)，對(duì)極端天氣（如臺(tái)風(fēng)、暴雨）進(jìn)行人工訂正，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。預(yù)警信息發(fā)布通過(guò)電視、手機(jī)APP、應(yīng)急廣播等渠道向公眾發(fā)布精細(xì)化預(yù)報(bào)及災(zāi)害預(yù)警，指導(dǎo)防災(zāi)避險(xiǎn)。作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃利用遙感技術(shù)（如NDVI植被指數(shù)）結(jié)合地面氣象數(shù)據(jù)，評(píng)估作物長(zhǎng)勢(shì)、土壤墑情及病蟲(chóng)害風(fēng)險(xiǎn)，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供決策支持?；诜e溫、降水、日照等指標(biāo)劃分適宜種植區(qū)，指導(dǎo)作物品種選擇與播種期調(diào)整（如冬小麥適播期預(yù)測(cè)）。農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)災(zāi)害防御建議針對(duì)干旱、霜凍、干熱風(fēng)等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，發(fā)布灌溉、覆膜或噴施抗逆劑等應(yīng)對(duì)措施，減少產(chǎn)量損失。產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型構(gòu)建氣象-作物生長(zhǎng)耦合模型（如DSSAT），結(jié)合歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)年度產(chǎn)量，輔助糧食政策制定。設(shè)定不同災(zāi)害的臨界值（如1小時(shí)雨量≥50mm為暴雨紅色預(yù)警）