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气象学

本主题由 可爱的神 于 2008-1-22 10:40 提升

气候地貌学

气候地貌学是研究不同气候条件下的地貌形成过程及其演变规律的学科,是地貌学的一个重要分支。

  气候对地貌的影响早为人们所注意。但直到20世纪初,随着冰川地貌、荒漠地貌、喀斯特地貌等部门地貌的发展,学者们才注重研究一些特殊的气候地貌现象。

  20世纪前期,德国柯本发表气候分类后,地貌学家将各种气候地貌现象与柯本分类的气候参数联系起来进行研究,极大地促进了气候地貌学的发展。德国比德尔于1948年发表“气候地貌学系统”论文,于1963年出版《气候地貌学》专著;法国特里卡尔和凯勒于1966年发表《气候地貌学导论》,标志着气候地貌学成为一个独立的学科。70年代,英国德比希尔主编《地貌和气候》专著,记叙了该学科发展的新成果。

  气候地貌学的研究目的,是在尽可能剔除内营力作用的情况下,分析那些主要是由气候要素的影响造成的地貌特征。气候对地貌的直接影响表现在两方面:首先是决定性外营力的性质,如冰川区以冰川作用为主,荒漠区以风力作用为主,它们只出现在一定气候区内,显然是由特定气候条件所决定的;其次是影响外营力的强度,多数外营力作用不限于某气候区内,流水、风、波浪由于大气温度、湿度、气压的影响,其作用强度在不同的地区是各不相同的。气候还通过植被、土壤间接影响外营力作用,如在茂密森林区或连续草甸区,地面流水侵蚀作用微弱;一旦森林或草甸被破坏,侵蚀作用加强。

  气候地貌学主要研究各种反映气候地貌成因的物理、化学和生物等因素;研究在不同气候条件下各种地貌的发育过程。这里不仅利用现代气候的各种参数解释业已存在的气候地貌的成因,而且作为过程地貌学的一部分加以研究;研究气候地貌过程系统和气候地貌分区。一个地区的地貌过程不是单一的,而是由许多的简单或复杂的过程组合在一起的,这些地貌过程的组合即为气候地貌过程系统。

  根据气候地貌过程系统及其产生的地貌,可把全球划分为四个大区:寒冷区、中纬度森林区、干旱区与湿热区。

  在寒冷区,冰冻是决定性的气候因素,也是地貌形成的最主要的营力之一。冰川发育区产生—系列冰川地貌;冰缘区的特征是有多年冻土和地表的冻-融交替,形成各种各样的冰绕地貌。

  中纬度森林区由于植被的保护作用,地貌塑造过程强度较弱,地貌变化较慢,得以大量保留第四纪时期形成的古地貌。

  干旱区的植被稀疏,降雨稀少,在山麓沟口发育大量冲积扇或山前剥蚀平原,在干坦地面发育大量的沙丘等风积地貌。这些是干旱区特有的地貌特征。

  湿热区的机械风化微弱,化学溶蚀作用很强,溶蚀作用残留下来的铁、铝氧化物常在岩石露头上形成一层“甲壳”。在碳酸盐岩地区,形成各种喀斯特地貌。在热带稀树草原地区,夷平地形较为发育和广阔。

  气候地貌学广泛运用气候学和数理统计学方法,以及相应的物理、化学的方法。它是区域地貌和动力地貌过程相结合的一个领域。由于气候条件的多变,其影响下的地貌发育过程的强度又很难用数量表现,所以气候地貌学需采用综合手段进行分析研究。

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热带气象学

热带气象学是研究南北纬度20°之间地区的大气环流、天气系统和天气预报的学科。

热带地区约占全球面积的一半,该区的辐射收入大于支出,其盈余的热量,可通过大气和海洋输送到中、高纬度地区,因此,热带地区是全球大气运动的主要能源区。热带大气还从地表得到角动量,所以热带地区又是大气角动量的源区之一。

热量的输送,不但年际变化很大,而且在一年之中又有明显的变化。这些变化对中、高纬度地区的天气影响很大。所以,在制作中、高纬度地区较长时期的天气预报时,必须考虑热带的大气环流和大洋环流的变化。

热带地区的大气环流除哈得来环流和信风环流外,还有许多大型的环流系统,如热带辐合带、副热带高压和季风环流等。它们的强弱和变化不但影响着热量和角动量的输送,而且影响着天气系统的产生和活动,这对中、高纬度地区和热带地区都有直接的影响。所以,热带气象学的研究有重大的经济意义和理论意义。

热带地、气系统净得到热量,几乎全部被地表吸收,其上空的大气却依然在损失热量。地表所得到的热量,只有一小部分通过端流的方式直接传输给大气,大部分通过地表(洋面)的水分蒸发变为潜热,再通过大气中水汽的凝结过程以释放潜热的方式将热量输入大气。

由于热带低层大气的温度很高且很潮湿,所以热带地区中下层的大气经常处于不稳定状态,极有利于对流的发展。热带的对流云系很旺盛,成千成百个巨大的积雨云经常聚集在一起,组成了热带特有的云团。强烈的热带天气系统如台风等的发生和发展,都和这种云团的活动有密切的关系。

热带地处低纬度地区,科里奥利参数很小,这种动力学特点使热带大气在没有大范围强烈对流上升时,水平的气压梯度力很小,即气压场的水平梯度比在中、高纬度地区要小,但是,流场的水平差异却十分明显。一个天气系统的发生,往往先出现流场的涡旋,辐合和辐散,以及风的水平切变和铅直切变,气压场则只有当产生强烈的对流运动后,特征才逐渐明显。同中,高纬地区相比,热带流场的变化显得更为重要。

热带大气环流的形成和变化,是热带大气本身的动力和热力特性、海陆热力差异、青藏高原等大地形的动力和热力作用,以及南北半球环流相互作用等因子共同作用的结果。北半球的夏季,热带大气环流的主要成员有:低空的东北信风和西南季风以及由这些气流组成的热带辐合带和季风槽和两个大洋中部槽。高空的东风环流和低空的季风环流中都存在急流,并常有比较固定的越赤道通道,可进行南北两半球的质量、水汽和能量的交换。在北半球的冬季,高空为副热带西风急流,而低空则为东北信风和偏北的冬季季风。

热带天气分析除用天气图进行流线分析外,还有卫星云图分析,此外风的铅直和水平切变分析、速度位势场分析和层结稳定度分析等,也均已用于日常业务工作中。热带天气预报方法,已广泛应用统计预报方法和数值预报方法。前者如台风路径的相似预报,后者如正压模式数值预报。

早在15世纪末,阿拉伯水手们已在印度洋的贸易航线上注意到了季风的变化规律,中国宋代著名文学家苏轼也曾记述了季风现象。近代热带气象学的研究起始于第二次世界大战期间,美国气象学家里尔首先在热带天气分析、热带大气环流和东风波的研究等方面作出了贡献,写出了第一本近代的《热带气象学》专著。

随后,查尼和郭晓岚对热带大气动力学、皮耶克尼斯对热带海-气相互作用、柳井迪雄对热带波动的分析研究、联邦德国气象学家弗洛恩对热带大气环流、印度气象学家克里希纳穆蒂对热带季风的研究,均作出了贡献。

自从20世纪60年代以来,曾有过多次国际综合观测试验;60年代的国际印度洋考察,考察了西南季风及其上的天气系统;1967年的莱恩岛试验,侧重研究热带辐合带内对流尺度和中尺度天气系统;1974年开始进行的全球大气研究计划大西洋热带试验,研究对流云系和大尺度环流相互作用及对流云系加热的参数化,热带边界层结构,海-气相互作用和大气辐射过程,改进了热带天气的数值预报;1979年进行的国际季风试验,则研究阿拉伯海到南海地区的冬夏季风活动。通过这些试验,为热带对流云系的加热及其参数化提出了不少较为合理的模型,对热带边界层及其参数化也提出了合理的模型,对西南季风活动规律和季风低压的结构有了进一步了解。

这些成果,大大改进了天气预报,特别是数值预报的方法。此外,对台风结构的探测,台风的发生和发展所作的数值模拟及其路径的预报方法,以及人工影响台风的方法的研究,使台风路径的短期数值预报已达到实用的水平。

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大气静力稳定度

大气静力稳定度(static stability of atmosphere)
  表示大气层结特性对气块铅直位移影响的趋势和程度,又称大气层结稳定度和大气铅直稳定度。所谓大气层结,是指大气温度和湿度在铅直方向的分布。若周围大气温度和湿度的铅直分布,具有使受扰气块回到原来位置的趋势,则称大气是静力稳定的;若使受扰气块有继续远离原来位置的趋势,则称大气是静力不稳定的;若受扰气块既无回到原来位置又无远离原来位置的趋势,而是随遇而安,则称大气为中性稳定的。静力稳定度的特点,取决于气块在运动过程中的温度变化,也依赖于周围大气温度的铅直分布。假设处于平衡状态下的一块干空气,它的温度、压力和密度与周围大气相同,当它受到某种冲击作用而作铅直运动时,不与周围大气混和,又不干扰周围大气,且在运动过程中和周围大气的气压处处相等。当干空气块绝热上升时,因绝热膨胀,气块温度下降,每上升单位高度温度下降的值通常称为气块的干绝热递减率或干绝热直减率,记为Γd。它近似为每100米高度温度下降1℃。就气块周围的大气而言,其温度通常也随高度的增加而降低(若温度随高度的增加而升高,则这种铅直分布称为逆温,具有逆温层结的大气层,称为逆温层),每增加一个单位高度,温度下降的值称为大气的温度递减率或气温递减率、气温直减率、温度直减率,记为Γ 。它的大小因时因地而异,但就平均而言,大约为每100米高度温度下降0.65℃。由于Γ和Γo的大小不同,上升的气块达到某高度时同周围大气的温度便有了差异,于是对气块便有了净阿基米德浮力,在此力作用下,气块就具有继续离开或者回到原来位置的趋势。当Γ >Γd时:气块上升,则其温度大于周围大气的温度;下降,则其温度小于周围大气的温度,即气块具有远离原来位置的趋势,这时,大气为不稳定的。当 Γ =Γd时:气块在上升或下降的过程中其温度始终与周围大气温度相同,即气块随遇而安,这时,大气为中性的。当Γ <Γd时:气块上升,则其温度小于周围大气的温度;下降,则其温度大于周围大气的温度,即气块具有回到原来位置的趋势,这时,大气为稳定的。当气块经过某一特定过程而达到饱和的高度(即凝结高度)后,则由于潜热的释放使气块得到热量,这时,气块每上升一个单位高度其温度下降的值称为湿绝热递减率或湿绝热直减率,记为Γs,它小于Γd,且因气压和气温的不同而异。在实际大气中,如果Γ >Γd,则周围无论是干空气还是饱和湿空气,都是不稳定的,称为绝对不稳定;同理,如果 Γ <Γs,大气总是稳定的,称为绝对稳定;若ΓsΓ<Γd,则对干空气来说,大气是稳定的,但对饱和湿空气来说大气是不稳定的,这种不稳定称为条件不稳定。当气块只有上升到某一临界高度后才呈现不稳定的大气,称为潜在不稳定。
  处于静力稳定状态的大气,若将该大气的气柱一直抬升到完全饱和时就呈现静力不稳定状态,则这种状态称为位势不稳定。在美国,此状态也称为对流不稳定。

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可见度

可见度又称能见度,指观察者离物体多远时仍然可以清楚看见该物体。气象学中,能见度被定义为大气透明度,因此在气象学里,同一空气的能见度在白天和晚上是一样的。能见度的单位一般为米(m)或公里(km),天气好的时候能见度高,数值大;天气不好时能见度低,数值小。低能见度多出现于雨天、大雾时及有烟霞的日子。空气污染会严重降低能见度,因此不少地区以能见度为空气污染的指标之一。能见度对于航空航海和驾驶汽车都非常重要。

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风向玫瑰图

风向玫瑰图是在极坐标图上绘出一地在一年中各种风向出现的频率。因图形与玫瑰花朵相似,故名。“风向玫瑰图”是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。最常见的风向玫瑰图是一个,圆上引出16条放射线,它们代表16个不同的方向,每条直线的长度与这个方向的风的频度成正比。静风的频度放在中间。有些风向玫瑰图上还指示出了各风向的风速范围。


风向玫瑰图是根据某一地区气象台观测的风向资料,绘制出的图形,绘制出的图形,因图形似玫瑰花朵而的名。风向玫瑰图表示风向的频率。风向频率是在一定时间内各种风向出现的次数占所有观察次数的百分比.根据各个方向风的出现频率,以相应的比例长度按风向中心吹,描在用8个或16个方位所表示的图上,然后将各相邻方向的端点用直线连接起来,绘成一个形成一个宛如玫瑰的闭合折线,就是风向玫瑰图。图中线段最长者即为当地主导风向。风向玫瑰图可直观地表示年、季、月等的风向,为城市规划、建筑设计和气候研究所常用。

    右面为某研究性学习小组根据某一时段校园观测资料绘制的风向状况:

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中小尺度天气系统

水平范围较小,生命期较短的天气系统。一般把水平范围在几百米到几十公里,生命期只有几十分钟至二、三小时的天气系统,称为小尺度天气系统,例如积雨云、龙卷等;水平范围为几十至二、三百公里,生命期约一到十几小时的天气系统,称为中尺度天气系统,如飑线、雷暴高压、中尺度低压等。对中小尺度天气系统的研究,是在分析暴雨、冰雹、龙卷等强对流天气中发展起来的,研究成果对预报上述灾害性天气具有重要的意义。此外,山谷风、海陆风等局地环流,由于水平范围在一二百公里以内,有明显的昼夜变化,同中尺度天气系统的时空尺度相当,也可划分在中尺度天气系统范围内。但其性质与上述的中尺度天气系统有本质上的区别。

  中小尺度天气系统除尺度小、生命期短以外,最主要的特点是气象要素的水平变化很大,因此所产生的天气远比锋面(见锋)、气旋等天气尺度系统剧烈。如飑线过境时,瞬时气压变化每分钟几乎可达1百帕,温度变化每15分钟可达10°C;风速可大到几十米每秒,铅直速度一般可达1~10米/秒,甚至曾观测到50米/秒以上的情况(大尺度天气系统一般为几厘米每秒),和水平速度同量级;铅直方向上的气压梯度力和向下的重力不平衡,即不满足静力平衡,水平地转偏向力和水平气压梯度力也不平衡,即也不满足地转平衡,水平加速度和水平地转偏向力、水平气压梯度力同量级,造成风和等压线不平行(见大气中的作用力、大气运动的平衡状态)。由于中小尺度天气系统的这些特点,在进行中小尺度天气系统的天气分析时,要求有时空分布更为稠密和更加准确的探测资料。

  了解中小尺度天气系统的物理机制,对作好强对流灾害性天气预报和人工影响天气工作很重要。然而中小尺度天气系统不是孤立的,它是在较大尺度天气系统的背景上活动的,它的发生发展同一定的环流背景和天气尺度系统的天气条件有关,同时它又对天气尺度天气系统有反馈作用。这是大气中各种不同尺度的天气系统间相互作用的一个复杂问题。

  从20世纪60年代以来,随着气象测站的增密和气象雷达、气象卫星等新技术的应用,中小尺度天气系统的分析研究有了很快的进展,在数值模拟(见大气运动数值试验)和预报方面也取得显著成就,但由于观测资料仍然不足,对中小尺度天气系统的了解,还很不全面,有待于进一步研究解决。

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空气污染指数预报

空气污染指数预报又称空气污染气象指数预报或空气污染潜势预报,是指气象条件与污染物扩散之间的关系, 主要是分析什么样的气象条件有利于污染物的稀释与扩散、使大气污染程度减轻,而什么样的气象条件不利于污染物的稀释与扩散、使大气中的污染物聚集,加剧污染程度。例如在冬季,在稳定的高气压控制下,一般天气晴好,风力不大。早晚在近地面易形成逆温,这时空气中的污染物就滞留在近地面层,容易形成污染。而在低气压控制下或冷高压前部,往往风力较大,污染物易于扩散,故不会造成空气污染。  
    由于空气中的污染物在大气中的传播、扩散受到气象条件的制约,因此充分利用气象条件便可成为防治污染有效而又现实的途径之一。当预报未来将出现易于形成污染的气象条件时,有关部门就有可能及时采取措施,控制或减少污染物的排放量,降低或避免污染物对周围环境的影响;同时也可以利用有利的气象条件进行自然净化。  
    通常,大气污染气象指数预报分为5个等级:1级表示气象条件非常有利于空气污染物的稀释和扩散;2级表示气象条件有利于空气污染物的稀释和扩散;4级表示气象条件不利于空气污染物的稀释和扩散;5级表示气象条件非常不利于空气污染物的稀释和扩散;3级表示气象条件属于中等水平。理解了这些含义,公众就可根据大气污染气象指数的等级来对未来空气污染状况作出基本估计,做到心中有数,特别是指导户外活动。

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紫外线指数预报

外线指数是指在一天中太阳在天空中的位置最高时(一般是在中午前后),到达地面的太阳光线中的紫外线辐射对人体皮肤的可能损伤程度。气象部门通过分析气象条件对紫外线辐射的影响程度,研究什么样的气象条件下紫外线辐射比较强、什么样的气象条件使紫外线辐射减弱,据此发布紫外线指数预报,以指导公众采取适当的防护措施。紫外线指数用0-15的数字来表示。通常规定,夜间的紫外线指数为0,在热带、高原地区,晴天无云时的紫外线指数为15,紫外线指数越大,也表示在愈短的时间里紫外线对皮肤的伤害愈强。紫外线指数为0、1、2时,表示太阳辐射中的紫外线量最小,这个量对人体基本上没有影响;紫外线指数为3或4时,表示太阳辐射中的紫外线量是比较低的,对人体的可能影响也是比较小的;紫外线指数为5和6时,表示紫外线的量为中等强度,对人体皮肤也有中等强度的伤害影响;紫外线指数为7、8、9时,表示有较强的紫外线照射强度,这时,对人体的可能影响就比较大,需要采取相应的防护措施;而当紫外线指数大于10时,表示紫外线照射量非常强,对人体有最大的影响,必须采取防护措施。

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好好学习天天向上!

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长见识,学知识。我又上了一课。哈哈

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回复 68# beijing 的帖子

好好学习  天天向上

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回复 1# beijing 的帖子

我刚到,好好向院长学习

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   很好  谢谢!~呵呵

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