氣象學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)演講人：日期:01氣象學(xué)概述02大氣組成與結(jié)構(gòu)03氣象要素基礎(chǔ)04天氣系統(tǒng)與現(xiàn)象05氣候?qū)W入門(mén)06測(cè)量與應(yīng)用領(lǐng)域目錄CATALOGUE氣象學(xué)概述01PART大氣現(xiàn)象與過(guò)程研究氣象學(xué)不僅關(guān)注短期天氣變化（如臺(tái)風(fēng)、寒潮），還研究長(zhǎng)期氣候特征（如季風(fēng)、厄爾尼諾現(xiàn)象），揭示自然與人類(lèi)活動(dòng)對(duì)氣候系統(tǒng)的影響。天氣與氣候系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展氣象學(xué)的研究成果廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、航空、航海、災(zāi)害預(yù)警等領(lǐng)域，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供科學(xué)依據(jù)。氣象學(xué)是研究地球大氣層中發(fā)生的物理、化學(xué)現(xiàn)象及其變化規(guī)律的科學(xué)，包括溫度、濕度、氣壓、風(fēng)、降水等要素的時(shí)空分布和相互作用?；径x與研究對(duì)象歷史發(fā)展里程碑古代氣象觀測(cè)萌芽公元前4世紀(jì)亞里士多德撰寫(xiě)《氣象學(xué)》奠定理論基礎(chǔ)，中國(guó)古代發(fā)明圭表、測(cè)雨器等工具記錄氣象數(shù)據(jù)。030201近代科學(xué)革命17世紀(jì)氣壓計(jì)和溫度計(jì)的發(fā)明推動(dòng)定量觀測(cè)，19世紀(jì)電報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，全球氣象網(wǎng)絡(luò)初步形成。現(xiàn)代技術(shù)突破20世紀(jì)衛(wèi)星遙感、雷達(dá)技術(shù)和超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，使數(shù)值天氣預(yù)報(bào)精度顯著提升，氣候模型成為研究全球變化的核心工具。相關(guān)學(xué)科交叉大氣物理學(xué)研究大氣中能量傳遞、輻射平衡及云微物理過(guò)程，為天氣預(yù)報(bào)和人工影響天氣提供理論支持。海洋氣象學(xué)探索海氣相互作用機(jī)制（如洋流對(duì)氣候的影響），揭示臺(tái)風(fēng)生成、海洋熱浪等現(xiàn)象的深層原因。生態(tài)氣象學(xué)分析氣象條件對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，如干旱對(duì)植被的脅迫作用，為生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。空間氣象學(xué)研究太陽(yáng)活動(dòng)與地球磁層、電離層的關(guān)聯(lián)，預(yù)警太陽(yáng)風(fēng)暴對(duì)衛(wèi)星通信和電網(wǎng)的潛在威脅。大氣組成與結(jié)構(gòu)02PART主要?dú)怏w成分比例氮?dú)猓∟?）占主導(dǎo)地位約占干燥空氣體積的78%，是大氣中最穩(wěn)定的氣體，參與地球氮循環(huán)但對(duì)氣象現(xiàn)象直接影響較小。氧氣（O?）次之占比約21%，支持生物呼吸和燃燒反應(yīng)，其濃度變化可影響大氣氧化性及氣候長(zhǎng)期演變。其他微量氣體包括氬氣（0.93%）、二氧化碳（約0.04%）及痕量甲烷、氦氣等，雖占比低但對(duì)輻射平衡和化學(xué)反應(yīng)有顯著作用。最底層大氣，厚度隨緯度變化，集中了80%的大氣質(zhì)量和幾乎全部水汽，天氣現(xiàn)象（如云、降水）主要發(fā)生于此層。對(duì)流層以臭氧層為標(biāo)志，溫度隨高度升高而遞增，氣流以水平運(yùn)動(dòng)為主，適合航空器飛行且極少有天氣擾動(dòng)。平流層中層大氣溫度驟降，流星燃燒現(xiàn)象常見(jiàn)；熱層受太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，電離作用形成電離層，影響無(wú)線(xiàn)電通信。中間層與熱層大氣垂直分層特征臭氧層功能平流層臭氧吸收97%-99%的太陽(yáng)紫外線(xiàn)，保護(hù)地表生物免受輻射傷害，其耗損會(huì)導(dǎo)致皮膚癌發(fā)病率上升及生態(tài)系統(tǒng)失衡。臭氧層與溫室效應(yīng)溫室氣體作用二氧化碳、甲烷等氣體通過(guò)吸收地表長(zhǎng)波輻射，維持地球適宜溫度，但過(guò)量排放會(huì)加劇溫室效應(yīng)，引發(fā)全球變暖。人類(lèi)活動(dòng)影響工業(yè)排放的氟氯烴化合物破壞臭氧分子，而化石燃料燃燒則增加溫室氣體濃度，需通過(guò)國(guó)際協(xié)議（如《蒙特利爾議定書(shū)》）協(xié)同治理。氣象要素基礎(chǔ)03PART溫度測(cè)量與影響因素溫度測(cè)量方法氣象溫度測(cè)量主要采用水銀溫度計(jì)、酒精溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)和紅外測(cè)溫儀等設(shè)備，其中百葉箱內(nèi)的玻璃液體溫度計(jì)是地面觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)儀器，需避免陽(yáng)光直射和人為熱源干擾。01地理因素影響緯度位置決定太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，海拔高度每升高100米氣溫下降0.6℃，地形地貌通過(guò)影響氣流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生焚風(fēng)效應(yīng)或逆溫現(xiàn)象，這些都會(huì)造成溫度空間分布的顯著差異。時(shí)間變化規(guī)律日較差受天氣狀況和下墊面性質(zhì)影響，晴天比陰天日較差大，陸地比海洋日較差大；年較差隨緯度增加而增大，海洋性氣候區(qū)年較差小于大陸性氣候區(qū)。人為活動(dòng)干擾城市熱島效應(yīng)可使城區(qū)溫度比郊區(qū)高2-5℃，工業(yè)排放、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣和空調(diào)系統(tǒng)等人為熱源持續(xù)改變局部熱環(huán)境。020304指單位體積空氣中所含水汽的質(zhì)量（g/m3），直接反映空氣中水汽的絕對(duì)含量，但隨氣溫和氣壓變化會(huì)發(fā)生明顯波動(dòng)。絕對(duì)濕度定義當(dāng)空氣冷卻至水汽飽和時(shí)的溫度稱(chēng)為露點(diǎn)，可用于預(yù)測(cè)霧、霜形成時(shí)機(jī)，航空領(lǐng)域特別關(guān)注跑道露點(diǎn)溫差以防結(jié)冰事故。露點(diǎn)溫度應(yīng)用實(shí)際水汽壓與同溫度下飽和水汽壓的百分比（RH=e/E×100%），是評(píng)估人體舒適度和物品存儲(chǔ)條件的關(guān)鍵指標(biāo)，需配合干濕球溫度計(jì)或露點(diǎn)儀進(jìn)行精確測(cè)量。相對(duì)濕度計(jì)算010302濕度概念與計(jì)算方法比濕指水汽質(zhì)量與濕空氣質(zhì)量比（g/kg），混合比為水汽質(zhì)量與干空氣質(zhì)量比，這兩個(gè)參數(shù)在大氣熱力學(xué)計(jì)算和數(shù)值預(yù)報(bào)模式中具有重要應(yīng)用價(jià)值。比濕與混合比04風(fēng)向測(cè)量技術(shù)現(xiàn)代氣象站采用電位器式風(fēng)向傳感器，通過(guò)風(fēng)向標(biāo)帶動(dòng)精密導(dǎo)電塑料電位器產(chǎn)生電阻變化，將16方位機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為0-5V電信號(hào)輸出，需定期校準(zhǔn)以保持±5°精度。風(fēng)速傳感機(jī)制三杯式風(fēng)速計(jì)依據(jù)風(fēng)杯轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的立方關(guān)系（v=4.35n+0.35，n為每秒轉(zhuǎn)數(shù)）進(jìn)行測(cè)量，超聲波風(fēng)速儀則通過(guò)計(jì)算聲波順逆風(fēng)傳播時(shí)間差獲得三維風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)。梯度觀測(cè)系統(tǒng)邊界層氣象塔通常配置10m、30m、50m、70m多層風(fēng)速儀，用于研究風(fēng)速隨高度變化的對(duì)數(shù)律特征，為風(fēng)電場(chǎng)微觀選址提供關(guān)鍵參數(shù)。質(zhì)量控制要點(diǎn)觀測(cè)場(chǎng)需滿(mǎn)足10倍障礙物高度的水平凈空要求，定期檢查軸承磨損和信號(hào)傳輸穩(wěn)定性，強(qiáng)對(duì)流天氣后必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)維護(hù)。風(fēng)向風(fēng)速觀測(cè)原理01020304天氣系統(tǒng)與現(xiàn)象04PART高低壓系統(tǒng)形成機(jī)制地形強(qiáng)迫作用山脈阻擋或抬升氣流可改變局部氣壓分布，例如背風(fēng)坡常形成低壓區(qū)，迎風(fēng)坡則可能因空氣堆積形成高壓。科里奧利力影響地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)力使氣流在北半球向右偏轉(zhuǎn)、南半球向左偏轉(zhuǎn)，形成氣旋（低壓）和反氣旋（高壓）的旋轉(zhuǎn)特征。熱力差異驅(qū)動(dòng)地表受熱不均導(dǎo)致空氣膨脹上升或冷卻下沉，形成區(qū)域性氣壓差，進(jìn)而產(chǎn)生高壓與低壓系統(tǒng)。高壓區(qū)通常伴隨晴朗天氣，低壓區(qū)易引發(fā)云雨。降水過(guò)程與云類(lèi)型水汽凝結(jié)與云層發(fā)展暖濕空氣上升冷卻至露點(diǎn)溫度時(shí)，水汽凝結(jié)成云滴或冰晶，通過(guò)碰并增長(zhǎng)形成降水粒子。積雨云、層云和卷云分別對(duì)應(yīng)強(qiáng)對(duì)流降水、持續(xù)性降雨和高空冰晶降水。鋒面降水機(jī)制冷暖氣團(tuán)交匯時(shí)，暖空氣沿鋒面抬升形成鋒面云系（如雨層云），導(dǎo)致大范圍穩(wěn)定性降水。地形抬升效應(yīng)氣流遇山地被迫抬升，形成地形云（如層積云）并產(chǎn)生地形雨，常見(jiàn)于迎風(fēng)坡區(qū)域。風(fēng)暴類(lèi)型及預(yù)報(bào)基礎(chǔ)熱帶氣旋結(jié)構(gòu)低緯度暖洋面上發(fā)展的熱帶氣旋包括眼墻、螺旋雨帶等結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度依賴(lài)海表溫度與垂直風(fēng)切變條件，可通過(guò)衛(wèi)星云圖監(jiān)測(cè)發(fā)展態(tài)勢(shì)。溫帶氣旋演變中緯度鋒面波動(dòng)形成的溫帶氣旋伴隨冷暖鋒，引發(fā)強(qiáng)風(fēng)、暴雨或暴雪，數(shù)值模式可預(yù)測(cè)其路徑與強(qiáng)度變化。雷暴單體生命周期局地強(qiáng)對(duì)流形成的雷暴經(jīng)歷積云、成熟和消散三階段，多普勒雷達(dá)可識(shí)別超級(jí)單體中的中氣旋特征以預(yù)警龍卷風(fēng)。氣候?qū)W入門(mén)05PART柯本氣候分類(lèi)法強(qiáng)調(diào)氣團(tuán)運(yùn)動(dòng)與降水季節(jié)性分布，特別關(guān)注季風(fēng)氣候區(qū)的干濕交替特征，適用于亞洲和非洲氣候分析。特魯瓦爾特氣候系統(tǒng)斯查勒動(dòng)態(tài)氣候分類(lèi)結(jié)合大氣環(huán)流模式和地表能量平衡，重點(diǎn)研究氣候形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，常用于極端氣候事件預(yù)測(cè)。基于溫度和降水?dāng)?shù)據(jù)將全球氣候劃分為熱帶、干旱、溫帶、大陸性及極地五大類(lèi)，細(xì)分30余種亞型，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)規(guī)劃和生態(tài)研究。氣候分類(lèi)體系區(qū)域氣候特征對(duì)比溫帶海洋性與大陸性氣候海洋性氣候年溫差小（倫敦1月/7月溫差僅12℃），降水均勻；大陸性氣候年溫差可達(dá)40℃以上，降水集中于夏季。熱帶雨林氣候與地中海氣候前者終年高溫多雨（年均溫26℃+，年降水2000mm+），后者夏季干燥冬季濕潤(rùn)，形成獨(dú)特的硬葉林生態(tài)系統(tǒng)。極地冰原與苔原氣候冰原氣候全年均溫低于0℃（南極內(nèi)陸達(dá)-50℃），幾乎無(wú)植被；苔原氣候夏季短暫解凍，形成獨(dú)特的凍土帶生態(tài)系統(tǒng)。工業(yè)革命后CO2濃度從280ppm升至420ppm，甲烷濃度增長(zhǎng)150%，造成額外2.3W/m2輻射強(qiáng)迫。溫室氣體效應(yīng)北大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流減弱15%可能引發(fā)歐洲寒冬，厄爾尼諾-南方振蕩（ENSO）導(dǎo)致全球氣溫異常波動(dòng)。海洋環(huán)流變異01020304太陽(yáng)黑子周期（11年）引起總輻射量±0.1%波動(dòng)，米蘭科維奇軌道參數(shù)變化導(dǎo)致萬(wàn)年尺度冰期間冰期交替。太陽(yáng)輻射變化北極海冰面積每十年減少13.1%，青藏高原積雪減少使區(qū)域吸收太陽(yáng)輻射量增加20-30W/m2。地表反照率變化氣候變化核心驅(qū)動(dòng)因素測(cè)量與應(yīng)用領(lǐng)域06PART常見(jiàn)氣象儀器介紹溫度計(jì)與濕度計(jì)用于測(cè)量大氣溫度和相對(duì)濕度，常見(jiàn)類(lèi)型包括電子式、機(jī)械式及紅外遙感式，需定期校準(zhǔn)以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。氣壓計(jì)通過(guò)水銀柱或電子傳感器測(cè)量大氣壓強(qiáng)，對(duì)預(yù)測(cè)天氣系統(tǒng)變化（如臺(tái)風(fēng)、高壓脊）具有關(guān)鍵作用。風(fēng)速風(fēng)向儀利用超聲波或機(jī)械旋槳測(cè)定風(fēng)速和風(fēng)向，廣泛應(yīng)用于航空、航海及風(fēng)能發(fā)電領(lǐng)域。雨量計(jì)與雪量計(jì)采用翻斗式或稱(chēng)重式原理記錄降水量，需配合防蒸發(fā)設(shè)計(jì)以提高數(shù)據(jù)可靠性。數(shù)據(jù)收集與分析方法地面觀測(cè)站網(wǎng)絡(luò)通過(guò)全球分布的氣象站實(shí)時(shí)采集溫、壓、濕、風(fēng)等數(shù)據(jù)，并標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)至中央數(shù)據(jù)庫(kù)供模型調(diào)用。02040301數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模型基于流體力學(xué)方程同化觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算生成未來(lái)天氣模擬結(jié)果，需持續(xù)優(yōu)化參數(shù)化方案。衛(wèi)星遙感技術(shù)利用多光譜成像儀和微波輻射計(jì)監(jiān)測(cè)云層、海溫及氣溶膠分布，彌補(bǔ)地面觀測(cè)的空間局限性。統(tǒng)計(jì)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用回歸分析、聚類(lèi)算法處理歷史數(shù)據(jù)，提升極端天氣事件（如暴雨、干旱）的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。氣象服務(wù)實(shí)際應(yīng)用提供霜凍