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气象学与气候学要点及试题
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气象学与气候学要点及试题
官方公共微信（新）中尺度气象学
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气象学是把大气当作研究的客体，从定性和定量两方面来说明大气特征的学科，集中研究大气的天气情况和变化规律和对天气的预报。
历史第一位建立气象学的人是古希腊哲学家亚里士多德。在他的专书&气象汇论&中，他最先叙述和粗浅地解释了风、云、雨、雪、雷、雹等天气现象，而这书是世界上最早的气象书籍。直到18-19世纪，由于物理学和化学的发展以及气压、温度、湿度和风等测量仪器的陆续发明，使大气科学研究由单纯的描述进入了可以定量分析的阶段。1820年，德国人布德兰绘制了第一张地面天气图，开创了近代天气分析和预报方法。1835年，法国人科利奥里提出风偏转的概念；而1857年荷兰人白贝罗提出风和气压的关系，他们的概念都成为大气动力学和天气分析的基础。1920年前后，挪威的皮耶克尼斯父子提出了一套名为“极锋学说”的理论，来说明中纬度地区的天气变化情况。这套理论在1920年代发表之后，至今已有70多年，但仍然是今日作天气预报的主要理论依据，亦为分析和预报未来1-2天的天气奠定了理论基础。1930年代，无线电探空仪的广泛使用，真正开始了三维空间的大气科学研究。根据大量探资料绘制的高空天气图，发现了大气长波。1939年罗斯贝提出了长波动力学，他的理论亦对天气预报有莫大的贡献。到了1950年代至60年代，电脑、天气雷达，卫星和遥感的技术的应用，使大气的各种现象，大至大气环流，小至雨滴的形成过程，都可依照物理学和化学的数学形式来表示，从而使大气科学有了突飞猛进的发展。发展简史(一)萌芽时期萌芽时期主要指16世纪中叶以前这一漫长时期，这时期的特点是由于人类生活和生产的需要，进行一些零星的，局部的气象观测，积累了一些感性认识和经验，对某些天气现象做出一定的解释。中国在这一时期，在此领域中有不少成就，而且是居于世界领先行列的。远在三千年前，殷代甲骨文中已有关于风、云、雨、雪、虹、霞、龙卷、雷暴等文字记载，还常卜问未来十天的天气(称为“卜旬”)，并将实况记录下来以资验证。春秋战国时代已能根据风、云、物候的观测记录，确定廿四节气，对指导黄河流域的农业生产季节意义很大，并沿用到现代。秦汉时代还出现了《吕氏春秋》、《淮南子》和《礼记》等内容涉及物候的书籍，这些都是世界上最早关于物候的文献。气象观测仪器也是中国的最早发明。在西汉时(公元前104年)，已盛行伣、铜凤凰和相风铜鸟等三种风向器，到唐代又发展到在固定地方用相风鸟，在军队中用鸡毛编成的风向器测风。欧洲到20世纪才有用候风鸟测风的记载。在西汉时还利用羽毛、木炭等物的吸湿特性来测量空气湿度。宋代曾有僧赞宁(公元10世纪)利用土炭湿度计来预报晴雨。关于降水的记录亦以中国最早，据&后汉书&记载，在当时曾要求所辖各郡国，每年从立春到立秋这段时间内，向朝廷汇报雨泽情况，此后历代对各地雨情都很重视。所以中国的雨量和水旱灾记录丰富，历史亦最悠久。由于生产和生活的需要，人类迫切要求预知未来天气的变化，并在长期观测实践中，积累了不少经验。这些经验被用简短的韵语来表达，以便于记忆和运用，这就是天气谚语。中国天气谚语是极丰富的，除一部分封建迷信的内容外，大多是历代劳动人民看天经验的结晶。唐代黄子发的“相雨书”，元末明初出现的娄元礼编的&田家五行&和明末徐光启编写的《农政全书占候》都是总结群众预报天气经验的著作。在国外，气象学的萌芽也很早，公元前4世纪希腊大哲学家亚里斯多德(Aristotle)所著《气象学》(Meteorolosis)一书(约在公元前350年)综合论述水、空气和地震等问题对大气现象也作了适当的解释。现在气象学的外文名字就是从亚里斯多德的原书名演变而来的。总之，在气象学萌芽时期，中国和希腊是露过锋芒的，这时从学科性质来讲，气象学与天文学是混在一起的，可以说具有天象学的性质。(二)发展初期发展初期包括16世纪中叶到19世纪末.这时由于欧洲工业的发展，推动了科学技术的发展，物理学、化学和流体力学等随着当时工业革命的要求，也快速发展起来。又由于航海技术的进步，远距离商业与探险队的活动，扩大了人们的视野，地理学乃蓬勃兴起，这就为介于物理学与地理学之间的边缘科学—气象学，气候学的发展奠定了基础。再加上这一段时间内气象观测仪器纷纷发明，地面气象观测台、站相继建立，形成了地面气象观测网，并因无线电技术的发明，能够开始绘制地面天气图。由于具备了这些条件，气象学、气候学乃与天文学逐渐分离，成为独立的学科。1593年意大利学者伽利略(Galileo)发明温度表，1643年意大利学者托里拆利(Torricelli)发明气压表。这两种重要仪器的出现，使气象观测大大向前跃进一步。特别是气压与天气变化的关系最直接，气压表当时曾被誉为天气的“眼睛”。1783年索修尔(Saussure)发明毛发湿度表，有了这些仪器就为建立气象台站提供了必要的条件。1653年在意大利北部首先建立气象台，此后其它国家亦相继建立地面气象观测站，开始积累气象资料。但这时只有一些分散性的研究，缺少国际合作与交流。1854年，美法与帝俄在克里木半岛发生战争。英法联军舰队在黑海途中因风暴失事，近于全军覆没。这件事引起有关国家的重视。事后根据有关台站气象观测记录，发现此次风暴是由西欧移向东欧的。因此当时人们认为，如能广泛建立气象台站网，并通过电讯联系，则可预测未来的天气变化，并可采取相应的预防措施，以减少灾害性天气对各方面所造成的损失。这种认识为气象界的国际合作打开了局面，并促进了天气分析工作的开展。随着无线电报的发明和应用，使气象观测的结果能很快地传达到各地。为绘制天气图创造了条件。在年间各国纷纷绘出了天气图。有了天气图这个工具，使气象学的发展大大向前跨进了一步。这一时期气象学与气候学的主要研究成果有：关于海平面上风压关系定律，气旋模式和结构，大气中光电现象和云雨形成的初步解释，大气环流的若干现象解释等。从19世纪开始，陆续出版了一些比较有质量的气候图，如世界年平均气温分布图，世界月平均气压分布图，世界年降水量分布图等。此外，德国学者汉恩(Hann)于1883年开始陆续出版了&气候学手册&三大卷，这是气候学上最早的巨著。中国气象学虽有悠久的历史，在萌芽时期曾处于世界先进行列，但由于封建统治的压抑，生产水平低下，气象学处于长期停顿状态。在这一时期，帝国主义为了侵略中国，纷纷在中国设立气象观测机构，收集气象资料为其军事，经济侵略服务。最早来中国境内，用近代气象仪器进行气象观测的是法国传教士，他于1743年在北京设立测候所。其后从1830年起俄国又断断续续地派人来北京做气象观测。1873年法国天主教会在上海徐家汇创建观象台，1893年德国人在山东青岛建立青岛观象台，此外还有在英国人掌握之下的海关测候所等共43处(都位于沿海，沿江的港口)，他们都为各自的军事、航行、商船服务，中国政府无权过问，这时中国的气象事业完全是半殖民地性质的。(三)发展时期从20世纪以来是气象学的发展时期。这一时期总的特点是：随着生产发展的需要和技术的进步，不但进行地面气象观测，也进行高空直接观测，从而摆脱了定性描述阶段，进入到定量试验阶段，从认识自然，逐步向预测自然，控制和改造自然的方向发展。这一时期又可分为早期和近期两个阶段。1、早期在20世纪的前50年。这时气象观测开始向高空发展，以风筝，带人气球及火箭等为高空观测工具，其所到达的高度当然是有限的，但已为高空气象学的发展奠定了基础。在此期间气象学的发展中有三大重要进展。(1)锋面学说：在第一次世界大战期间，由于相邻国家气象资料无法获得，挪威建立了比较稠密的气象网。挪威学者贝坚克尼父子(V.Bjerknes和J.Bjerknes)等应用物理学和流体力学的理论，通过长期的天气分析实践，创立了气旋形成的锋面学说，从而为进行1—2天的天气预报奠定了物理基础。(2)长波理论：本世纪30—40年代，由于要求能早期预报出灾害性天气，再加上有了无线电探空和高空测风的普遍发展，能够分析出较好的高空天气图。瑞典学者罗斯贝(Rossby)等研究大气环流，提出了长波理论。它既为进行2—4天的天气预报奠定了理论基础，同时也使气象学由两度空间真正发展为三度空间的科学。(3)降雨学说：在本世纪30年代，贝吉龙-芬德生(Bergeron-Findeison)从研究雨的形成中，发现云中有冰晶与过冷却水滴共存最有利于降雨的形成，从而提出了降雨学说。1947年又发现干冰和碘化银落入过冷却水滴中可以产生大量冰晶，这就为人工影响冷云降水提供了途径。进一步研究还发现在热带暖云中由于大，小水滴碰并也可导致降雨，这又为人工影响暖云降水奠定了理论基础。由此人类开始从认识自然进入人工影响局部天气时代。2、近期本世纪50年代以后为近期。由于电子计算机和新技术如雷达、激光、遥感及人造卫星等的使用，大大地促进了气象学与气候学的发展。其主要表现如下:(1)开展大规模的观测试验在50年代以前，国际上曾在1882年和1932年组织过两次对南北极区进行气象考察，称为国际极年，并取得了一些高空气象和太阳与地球关系的资料。在50年代以后又进行过多次至少有几十个国家参加的大规模大气观测试验，而且规模一次比一次大。例如1977年12月—1979年11月进行的一次大规模大气观测试验，有一百多个国家参加，其中也有中国参加。这次全球大气试验是以5个同步卫星和2个近极地轨道卫星为骨干，配合气象火箭，并与世界各地常规的地面气象观测站、自动气象站、飞机、船舶、浮标站和定高气球等相结合，组成几个全球性的较完整的立体观测系统。这一全球性观测计划是试图解决10—14天之间的天气预报，进一步了解天气现象形成的物理过程和物理原因。(2)对大气物理现象进行数值模拟试验气象学，气候学不像物理，化学那样可以在室内进行实验，而是以地球的大气层作为实验室。有了电子计算机才可能广泛地对各种大气物理现象进行精确的，定量的数值模拟试验，如从全球性环流到云内雨滴的生成过程都进行试验，并把云雾中的微观过程和动力的宏观过程结合起来，使气象学进入试验科学阶段。(3)把大气作为一个整体进行研究把对流层与平流层中，高纬地区与低纬地区，南半球与北半球结合起来研究，这在气象学与气候学的发展上又是一大跃进。人类对大气中的化学现象与化学过程也进行了多年的观测，分析和研究，并已形成了气象学中一个新支派——大气化学。特别是近年来对大气污染的监测，探讨环境保护的措施，更促进了大气化学的进展。解放后，中国气象事业得到迅速发展。在第一个五年计划期间，中国共建立了各级气象台站1378个，到1957年底中国各级气象台站已达1635个，比解放初期增加近22倍。40余年来兴建的天气和气候站网已遍布中国。中国的气象学与气候学研究进入了高度发展的时期。在基础理论方面，如大气环流和动力气象的研究，在天气学方面如中国天气，高原气象等研究，在卫星气象方面，如甚高分辨云图接受器的研制，卫星气象学和探测原理等研究都取得了显著的进展。在人工影响天气方面已开展了云雾物理，人工降水和人工消雹等工作，并已取得较好的效果。
中国著名气象学家
竺可桢（—），中国卓越的科学家和教育家，当代著名的地理学家和气象学家，中国近代地理 学的奠基人。他先后创建了中国大学中的第一个地学系和中央研究院气象研究所；担任13年浙江大学校长，被尊为中国高校四大校长之一；1949年以后，他出任中国科学院副院长，开辟了自然资源综合考察事业。他从日至逝世，对每天的天气与物候均有记载，共300余万字。论文有《远东台风的新分类》、《台风的源地和转向》、《一年内生物物侯推移的原动力》以及《中国近五千年来气侯变迁的初步研究》等。研究领域大力开展气象台站建设　　具有一定规模的气象台站建设，是独立自主开展气象预报的基础。竺可桢在1921年就发表过《论我国应多设气象台》一文，吁请各地政府予以重视。气象研究所成立后，他又提出《全国设立气象测候所计划书》，认为全国设立不同规模的测候所不应少于150个。但是，由于当时财政困难，要由政府专门拨款来筹建气象台站几乎是不可能的。当时成立的台站主要是通过三个途径解决，一是从气象研究所有限的经费中挤出一部分，自建少数测候所；一是动员凡需要气象资料的部门（如航空、交通部门等）出资，筹建一些测候所；再一是接受中华文化教育基金会等机构的资助。在竺可桢的精心推动下，从1929年起到1941年底止，气象研究所自建的各级测候所9个，合办的19个。其中如泰山、峨眉山和拉萨测候所都是在克服了种种困难以后建立的，不但为我国近代气象事业发展提供了珍贵的科学资料，也为当时中国参加国际极年观测提供了可能。促进气象事业统一发展　　独立自主地发布国土上的天气预报，被认为是国家的主权之一。但是在半殖民地的旧中国，中国的天气预报却操纵在帝国主义者手里。在当时政府支持下，经过竺可桢领导的气象研究所和全国各方面共同努力，于1930年3月，替代了上海徐家汇发布气象预报的顾家宅电台，开始了由中国人自主发布气象预报的历史，与此同时，逐步限制当时位于上海法租界内徐家汇观象台的业务范围。我国近代气象事业发展初期，机构多元，体制紊乱，气象研究所只是其中一个方面。1931年在竺可桢努力下，由当时内政部出面召集会议，经过充分协商，通过了由竺可桢及其助手拟订的《全国气象观测实施规程》；气象研究所又编印了《测候须知》《气象学名词中外对照表》《气象电码》等工具书。此外，气象研究所定期出版的资料有《气象月刊》《气象年报》等，为互相交流情况起到重要作用。。《气象月刊》所载气象资料，几乎包括了当时国内的重要台站。以后，在他亲自主持下编印出版的《中国之雨量》和《中国之温度》两本丰富的资料，被认为是中国近代气象事业发展的明证，是我国记录年代最久，涉及台站数量最多，质量有保证，内容最完整的降水和气温资料。此外，竺可桢还通过中央研究院于1930年、1935年和1937年先后三次召开全国气象会议，针对交通、军事、航空等部门为发展气象事业所关心的问题，进行充分商讨，并作出相应决议，使全国气象工作逐步纳入统一规范。坚持开创性的科学研究　　气象研究所首先是一个从事科学研究的事业单位。创建初期虽然专任研究员只有竺可桢一人，但在他带领下，学术空气浓重，研究工作成绩斐然。从1929年到1937年，共有20篇重要论文发表在当时出版的《气象研究所集刊》上，并与国外开展学术交流。这一时期，竺可桢有大量行政事务、科学组织工作和社会活动缠身，但却同时是他一生中科研成果产出的高峰期。据不完全统计，截止到1936年4月他出任浙江大学校长以前，八年时间内，他公开发表著作60余篇，其中大约有50篇是关于气象学方面的论文。《中国气候区域论》、《中国气流之运行》、《论新月令》和《东南季风与中国之雨量》等，都是这个时期的杰作。这些论文如同他的博士论文《远东台风的新分类》一样，被后人视作为我国近代气象学奠基的科学论文。主要论著& & 《中国之雨量及风暴说》（1916年）；《历史时代世界气候的波动》（1916年）；《远东台风的新分类》（1918年）；《关于台风眼的若干新事实》（1918年）；《台风的源地与转向》（1925年）；《南宋时代我国气候之揣测》（1925年）；《中国历史上气候的变迁》（1926年）；《中国气候区域论》(1930年)；《中国气候之运行》（1933年）；《东南季风与中国之雨量》(1934年)；《中国气候概论》（1935年）；《前清北京之气象记录》（1936年）；《物候学》(和宛敏渭合著，)；《中国的亚热带》（1958年）；《论我国气候的几个特点及其与粮食作物生产的关系》（1963年）；《竺可桢文集》、《竺可桢日记》。涂长望（），我国著名气象学家，出色的社会活动家，知名教育家，中国科协和九三学社的创始人之一，我国近代气象科学的奠基人之一，新中国气象事业的主要创建人、杰出领导人和中国近代长期天气预报的开拓者。新中国第一任中国气象局局长。日出生在湖北武汉。 日，涂长望英年早逝，享年56岁。涂长望1929年毕业于上海沪江大学，年留学伦敦大学，获硕士学位，年在利物浦大学攻读博士学位。1934年应竺可桢先生之邀回国任中央研究院气象研究所研究员，先后任清华大学、浙江大学、中央大学教授。1949年中央大学更名后，任南京大学校务委员会常委。年任中央军委气象局（后为中央气象局）局长。涂长望为第一、二届全国人大代表，第一、二届全国政协委员，九三学社中央委员会常委兼秘书长和副主席，中国科协书记处书记，中华全国自然科学专门学会联合会常委兼秘书长，中国气象学会副理事长，世界科学工作者协会理事兼书记，中国科学院学部委员、学部常委，英国皇家气象学会外籍会员。涂长望是新中国气象事业的奠基人，对统筹规划气象事业做出了开拓性的贡献。他高度重视气象业务尤其是基础观测发展，为建设我国气象台站网做出了重要贡献。他精心组织气象业务服务工作，积极发展科研和灾害性天气预报业务，推动人工影响局部天气的试验研究，倡导发展我国气象卫星事业。在他的倡议和领导下，气象局与有关大学和科研单位成立联合天气分析预报中心和联合气象资料室，大力发展天气预报，以及对民航、海运、渔业、盐业、农业、林业、水利、厂矿和铁道等的危险天气预报，积极谋划海洋、环保、水文、地震等气象业务，在解放全中国、抗美援朝和大规模经济建设中发挥了重要作用，奠定了中国气象事业发展的方向。涂长望长期潜心气象科学研究，开创了中国长期天气预报研究之先河，在中国气团和锋面、中国气候和东亚环流研究与应用等领域做出了重要贡献。他才学广博、视野开阔，对农业气候、霜冻预测、长江水文预测、气候与人体健康、中国气候与河川水文、土壤形成与植被分布的关系、中国人口与社会经济等科学和应用领域都做出了卓有成效的贡献。他既是我国天气预报和气候预测研究的开创者之一，又是有力的领导者和主要推动者。涂长望为我国气象教育事业和人才培养做出了突出贡献，为气象事业发展造就了一批专家和领导骨干。他培养的许多学生如叶笃正、谢义炳、郭晓岚、施雅风、毛汉礼、陈述彭、黄士松等均成为国内外知名学者。在他提议下，中央气象局创办了我国第一所高等气象院校—南京气象学院，并大力支持北京大学、清华大学、南京大学的气象教育工作。涂长望的一生，是为中国实现民主、振兴科学而坎坷奋斗的一生，是为中国气象事业鞠躬尽瘁的一生。他为中国气象事业发展呕心沥血，他对祖国和人民无限忠诚的高尚品质，永远值得我们深切怀念。主要著作有《中国气候区域》、《我国低气压之成因与来源》、《大气运行与世界气温之关系》、《中国天气与世界大气的浪动及其长期预告中国夏季旱涝的应用》、《中国之气团》、《关于二十一世纪气候变暖问题》等。叶笃正（1916年2月—）男，出生于天津市，1948年11月在美国芝加哥大学获博士学位；气象学家，中国科学院院士；历任中国科学院地球物理研究所研究员、室主任，大气物理研究所研究员、所长，中国科学院副院长等职；现任中国科学院特邀顾问，中国科学院大气物理研究所名誉所长；美国气象学会荣誉会员；英国皇家气象学会会员；芬兰科学院外籍院士；曾在许多国际国内学术组织中担任重要职务。是2007年度国家最高科学技术奖获得者。学术贡献开创青藏高原气象学叶笃正首先发现围绕青藏高原的南支急流、北支急流及它们汇合成为北半球最强大的急流，严重地影响着东亚天气和气候，他与国外气候学家Flohn各自指出了青藏高原在夏季是大气的一个巨大热源，叶笃正还首先指出青藏高原冬季是冷源；他同时还深入地研究了夏季青藏高原热源及其对东亚大气环流的影响。由于他的研究工作，国际上才接受了大地形热力作用的概念，为青藏高原气象学的建立奠定了科学基础。创立大气长波能量频散理论提出了大气平面Rossby波的能量频散理论，从理论上证明了西风环流中的能量可按远大于风速的群速度向下游（或上游）传播，为现代大气长波的预报提供了理论基础；同时，也对阻塞高压天气系统的生成、维持和移动给出一种动力学解释。这个理论31年后才由B.Hoskins的“大圆理论”所推广，成为对遥相关和遥响应的理论解释。创立东亚大气环流和季节突变理论叶笃正与陶诗言等发现东亚和北美环流在过渡季节（六月和十月）有急剧变化的现象，这一发现对中国天气预报有重要意义。他们还发现阻塞形势的建立和崩溃常伴随着大范围环流形势的强烈转变，它的长期维持则带来大范围气候反常现象，从而证明了阻塞高压在持续异常天气预报中的重要性。这些发现和理论成为研究东亚气象学问题的重要文献，奠定了中国天气预报的重要基础。国外的学者在10多年后，由于1976年冬季北美出现极其寒冷的天气，才开始提出各种系统理论，并形成了一个重要的研究方向。创立大气运动的适应尺度理论大气环流中究竟是气压场还是风场为主导是学术界长期争论的问题，也是天气预报的关键之一。 叶笃正等通过一系列工作建立了大气运动适应尺度理论：对不同空间尺度的运动都存在着特征尺度，当实际运动的空间尺度大于这个特征尺度时，气压场起主导作用；当运动的空间尺度小于特征尺度时，风场起主导作用；对中小尺度的大气运动，同样存在适应问题。这个独创的理论完善了大气运动各分量的相互作用过程的物理解释，在天气预报业务上有重要的应用。开拓全球变化科学新领域上世纪70年代末至80年代，叶笃正积极组织并领导中国开始气候变化的研究。他积极参加全球变化科学组织（IGBP）的创立，并发挥了重要作用，并贡献了一系列科学思想，如：气候和植被过渡带的敏感性、全球变化中大气化学的作用和“有序人类活动”适应全球变化等。他通过模拟计算后指出，大范围的灌溉对气候和水文的影响时间可长达3—6个月，从而证明了人类活动对气候的影响的可能性（被称为“陆面记忆”）。对中国现代气象业务事业发展的贡献叶笃正的理论研究成果对提高气象业务水平起到重要作用，有些至今仍在发挥作用，如大气长波能量频散理论在业务天气预报中俗称为“上游效应”；阻塞高压形成和维持的理论，一直是业务上对持续异常天气预报的重要理论基础；青藏高原气象学理论，在中国气象业务中不仅是天气预报的重要基础之一，更是气候预报的主要基础；大气运动的风场和气压场的适应的尺度理论至今仍是天气分析和预报的主要理论基础之一。此外，他积极参与和指导建立中国气象业务系统，为中国气象局的“气象中心”、“气候中心”和“信息中心”的建立做出了实质性贡献。气象学与气候学名词解释及公式.doc_百度文库
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