现代气候学第1章：现代气候学基础

1、现代气候学基础现代气候学基础 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 气候系统气候系统 第三章第三章 气候系统的能量平衡气候系统的能量平衡 第四章第四章 气候系统的水分循环气候系统的水分循环 第五章第五章 大气系统的平均状态大气系统的平均状态 第六章第六章 海海气相互作用气相互作用 第七章第七章 陆面过程陆面过程 第八章第八章 冰雪圈与气候冰雪圈与气候 第九章第九章 气候变化气候变化 第第 十十 章章 人类活动与气候人类活动与气候 第十一章第十一章 气候诊断与预测气候诊断与预测 第十二章第十二章 气候数值模拟气候数值模拟第一章绪论第一章绪论1.1 “气候气候”的概念的概念1.2 现代气候学和传统

2、气候学现代气候学和传统气候学1.3 气候学的发展气候学的发展1.4 现代气候学的任务现代气候学的任务1.1 “气候气候”的概念的概念u 天气天气：某一地区在某一瞬间或某一短时间：某一地区在某一瞬间或某一短时间内大气现象（风、云、雨、雪、干、湿、雷、内大气现象（风、云、雨、雪、干、湿、雷、电等）及其状态（温度、压强、湿度、密度等）电等）及其状态（温度、压强、湿度、密度等）的综合。的综合。u 气候与天气的联系和区别：气候与天气的联系和区别： 时间尺度、变化特点、影响因子时间尺度、变化特点、影响因子 过去过去140年来地球表面平均气温变化情况年来地球表面平均气温变化情况1.2现代气候学和传统气候学现

3、代气候学和传统气候学 描述一定区域的气候特点 气候形成和变化的原因，要求预测某个地区或全球范围的各个时间尺度的气候变化，即围绕平衡态的扰动或对平衡态的偏差或距平1.2现代气候学和传统气候学现代气候学和传统气候学按研究尺度可分为：大气候学、中气候学和小气候学；按研究所用的原理和方法可分为：天气气候学 、物理气候学、动力气候学、卫星气候学、统计气候学和地理气候学；按研究时段和所用资料可分为地质时期气候学、历史时期气候学和现代气候学。1.2现代气候学和传统气候学现代气候学和传统气候学气候学研究的三种基本手段气候学研究的三种基本手段观测分析揭示事实，数值模拟和理论解释阐明机理1.3 气候学的发展气候学

4、的发展中国二十四节气中国二十四节气萌芽时期：世纪中叶以前萌芽时期：世纪中叶以前，感性和经，感性和经验认识阶段，零碎的定性观察和描述。验认识阶段，零碎的定性观察和描述。1.3 气候学的发展气候学的发展发展初期：世纪中叶世纪中叶发展初期：世纪中叶世纪中叶a)观测方面观测方面：气象仪器的发明、建立地面气象观：气象仪器的发明、建立地面气象观测站和观测网，开始气象要素的观测和积累测站和观测网，开始气象要素的观测和积累发明时间发明时间发明者姓名发明者姓名发明者国籍发明者国籍发明的气象发明的气象观测仪器观测仪器1593伽利略伽利略意大利意大利温度表温度表1643托里拆利托里拆利意大利意大利气压表气压表166

5、7胡克胡克英国英国板式风速器板式风速器1783索修尔索修尔瑞士瑞士毛发湿度计毛发湿度计b)理论研究方面理论研究方面气象学和气候学由单纯定性的描述进入了可以气象学和气候学由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段，逐渐发展为独立的学科。定量分析的阶段，逐渐发展为独立的学科。时间时间姓名姓名国籍国籍研究成果研究成果18171817洪堡德洪堡德德国德国绘制世界平均气温分布图绘制世界平均气温分布图18201820布兰德布兰德德国德国绘制世界上第一张天气图绘制世界上第一张天气图18351835科里奥利科里奥利法国法国科里奥利力的概念科里奥利力的概念18451845贝格豪斯贝格豪斯德国德国绘制世界降水分布图

6、绘制世界降水分布图18571857白贝罗白贝罗荷兰荷兰风压关系定律风压关系定律18631863菲茨罗伊菲茨罗伊英国英国气旋模式气旋模式18831883汉恩汉恩德国德国气候学大纲气候学大纲发展时期发展时期早期：早期：19世纪末世纪末20世纪中叶世纪中叶a)观测方面观测方面 地面观测内容更加丰富和精确，观测站地面观测内容更加丰富和精确，观测站网扩大网扩大 气象观测从地面向高空发展气象观测从地面向高空发展1928年苏联莫尔恰诺夫发明无线电探空仪年苏联莫尔恰诺夫发明无线电探空仪b)理论研究方面理论研究方面锋面气旋学说锋面气旋学说长波理论长波理论降雨学说降雨学说气候学方面：创立了气候型的概念和几种气候学

7、方面：创立了气候型的概念和几种气候分类法、出版了五卷气候分类法、出版了五卷气候学手册气候学手册近期：近期：20世纪中叶至今世纪中叶至今a)观测方面观测方面先进的观测技术先进的观测技术常规气象观测网的加密常规气象观测网的加密开展大规模的综合观测试验开展大规模的综合观测试验b)理论研究方面理论研究方面建立数值模式，进行定量数值模拟试建立数值模式，进行定量数值模拟试 验，使气象学、气候学进入试验科学阶段。验，使气象学、气候学进入试验科学阶段。气候学领域中的科学革命气候学领域中的科学革命国际上召开了一系列气候学术会议、提出了气候系国际上召开了一系列气候学术会议、提出了气候系统的概念和世界气候计划（）、

8、成立了政府统的概念和世界气候计划（）、成立了政府间气候变化专业委员会（）、提出了间气候变化专业委员会（）、提出了世世界气候框架公约界气候框架公约,2007年诺贝尔奖年诺贝尔奖时间时间地点地点会议名称会议名称1972瑞典斯德哥尔摩瑞典斯德哥尔摩联合国环境大会联合国环境大会1974瑞典斯德哥尔摩瑞典斯德哥尔摩联合国粮食大会联合国粮食大会1974瑞典斯德哥尔摩瑞典斯德哥尔摩气候的物理基础及其模拟的国际讨论会气候的物理基础及其模拟的国际讨论会1979日内瓦日内瓦第一次世界气候大会第一次世界气候大会推动建立了世界气候计划、世界气候研究计划（WCP）和政府间气候变化专业委员会（政府间气候变化专业委员会（I

9、PCC）1990日内瓦日内瓦第二次世界气候大会第二次世界气候大会推动建立联合国气候变化框架公约和全球气候观测系统2009日内瓦日内瓦第三次世界气候大会第三次世界气候大会推动建立“全球气候服务框架”1992巴西里约热内卢巴西里约热内卢世界环境与发展大会世界环境与发展大会（联合国气候变化框架公约第1次缔约方会议联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约（United Nations Framework Convention on Climate Change)，简称简称框架公约框架公约) 是年月日联合是年月日联合国政府间谈判委员会就气候变化问题达成的公约，国政府间谈判委员会就气候变化问题达成的公

10、约，于年月日在巴西里约热内卢举行的联于年月日在巴西里约热内卢举行的联合国环发大会（地球首脑会议）上通过。合国环发大会（地球首脑会议）上通过。政府间气候变化专业委员会政府间气候变化专业委员会(IPCC, 2007年获诺贝年获诺贝尔奖尔奖):1988年由世界气象组织和联合国环境规划年由世界气象组织和联合国环境规划所共同建立所共同建立,其任务是对与气候变化有关的各种问其任务是对与气候变化有关的各种问题展开定期的科学技术社会经济评估题展开定期的科学技术社会经济评估,为保护环境为保护环境和气候提供重要的科学依据和气候提供重要的科学依据.联合国气候变化框架公约联合国气候变化框架公约是世界上第是世界上第一个

11、为全面控制二氧化碳等温室气体排放，一个为全面控制二氧化碳等温室气体排放，以应对全球气候变暖给人类经济和社会带以应对全球气候变暖给人类经济和社会带来不利影响的国际公约，也是国际社会在来不利影响的国际公约，也是国际社会在对付全球气候变化问题上进行国际合作的对付全球气候变化问题上进行国际合作的一个基本框架。公约于年月一个基本框架。公约于年月日正式生效。截至年月，公日正式生效。截至年月，公约已拥有个缔约方。约已拥有个缔约方。 19921992年年19951995年年巴西里约热内卢巴西里约热内卢德国柏林德国柏林19961996年年瑞士日内瓦瑞士日内瓦19971997年年日本京都日本京都19981998年

12、年布宜诺斯艾利斯布宜诺斯艾利斯19991999年年德国波恩德国波恩20002000年年荷兰海牙荷兰海牙20012001年年摩洛哥马拉喀什摩洛哥马拉喀什20022002年年印度新德里印度新德里20032003年年意大利米兰意大利米兰20042004年年布宜诺斯艾利斯布宜诺斯艾利斯20052005年年加拿大蒙特利尔加拿大蒙特利尔20062006年年肯尼亚内罗毕肯尼亚内罗毕20072007年年印尼巴厘岛印尼巴厘岛20082008年年波兰波兹南波兰波兹南20092009年年20102010年年丹麦丹麦哥本哈根哥本哈根墨西哥坎昆墨西哥坎昆1997年年 日本京都日本京都 149个国家和地区的代表在大会上通

13、过了个国家和地区的代表在大会上通过了京都议定书京都议定书，它规定从它规定从2008到到2012年期间，主要工业发达国家的温室气体排放量减少的承诺。年期间，主要工业发达国家的温室气体排放量减少的承诺。哥本哈根世界气候大会全称是联合国气候变化框架公约第15次缔约方会议暨京都议定书第5次缔约方会议，这一会议被称为哥本哈根联合国气候变化大会，于2009年12月7日18日在丹麦首都哥本哈根召开。192个国家的环境部长和其他官员们在哥本哈根召开联合国气候会议，目的是商讨京都议定书一期承诺到期后的后续方案，就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议。这是继京都议定书后又一具有划时代意义的全球气候协议书，毫无疑

14、问，对地球今后的气候变化走向产生决定性的影响。这是一次被喻为“拯救人类的最后一次机会拯救人类的最后一次机会”的会议。中国中国宣布2020年减排目标 碳排放下降40-45%美国2020年温室气体比2005年减排17%日本2020年日本温室气体排放量减少25%印度2020年排放比2005年少24%德国2020年温室气体的排放量比1990年减少40%俄罗斯完全有实力达减排40%目标澳大利亚2020年温室气体排放削减25%巴西排放量在预期基础上减少36.1%至38.9%非洲寻求650亿美元环境赔偿岛国联盟呼吁发达国家提高减排至45%哥本哈根气候会议结束，未获得有约束力协议。但是，人类拯救地球的行动不应

15、停止，中国争取发展权的努力也还在继续。(1) 观测方面观测方面50年代：开始大规模建立气象观测网年代：开始大规模建立气象观测网70年代：开始建立天气雷达网年代：开始建立天气雷达网79年：实施中国青藏高原气象科学试验年：实施中国青藏高原气象科学试验85年：建立中国南极长城站气象站年：建立中国南极长城站气象站开展大规模野外综合试验开展大规模野外综合试验(2) 理论研究方面理论研究方面1961年：曾庆存提出半隐士差分格式求解大气运年：曾庆存提出半隐士差分格式求解大气运动原始方程组；动原始方程组；1965年：开始数值天气预报业务等等年：开始数值天气预报业务等等竺可桢的竺可桢的物候学物候学、中国近五千年

16、来气候变中国近五千年来气候变迁的初步研究迁的初步研究 ；1987年成立了国家气候委员会、组织编写了国家年成立了国家气候委员会、组织编写了国家气候蓝皮书、制定了国家气候研究计划。气候蓝皮书、制定了国家气候研究计划。现代气候学阶段的三个特点：现代气候学阶段的三个特点：从气候变化来研究气候从气候变化来研究气候 ；从气候系统来研究气候；从气候系统来研究气候；从气候动力学来研究气候。从气候动力学来研究气候。1.4 现代气候学的任务现代气候学的任务世界气候计划世界气候计划(WCP)的四个子计划的四个子计划:世界气候资料计划（世界气候资料计划（WCDP）、）、世界气候知识应用计划（世界气候知识应用计划（WC

17、AP）、）、世界气候影响研究计划世界气候影响研究计划(WCIP) 世界气候变化及变率研究计划，后改称为世界气候变化及变率研究计划，后改称为“世界气候世界气候研究计划研究计划”（WCRP）。）。世界气候研究计划世界气候研究计划”（WCRP）包括）包括6个分计划：个分计划：气候变率和可预报性研究计划气候变率和可预报性研究计划(CLIVAR):重点研究变重点研究变化的大气和缓慢变化的陆面、海洋和冰雪过程，人类的化的大气和缓慢变化的陆面、海洋和冰雪过程，人类的影响以及地球化学和生物物质的变化。影响以及地球化学和生物物质的变化。平流层过程及其在气候中作用的研究计划平流层过程及其在气候中作用的研究计划（S

18、PARC）：）：研究平流层过程在气候中的重要作用，研究平流层过程在气候中的重要作用，包括平流层温度的变化趋势，大气成分的变化趋势（如包括平流层温度的变化趋势，大气成分的变化趋势（如水汽）以及臭氧的垂直分布与变化等。水汽）以及臭氧的垂直分布与变化等。1.4 现代气候学的任务现代气候学的任务世界气候研究计划（世界气候研究计划（WCRP）包括）包括6个分计划：个分计划：全球能量和水分循环计划（全球能量和水分循环计划（GEWEX）：）：研究气候研究气候系统中的水份循环及其对全球变化的反应，特别是对温室气体增加系统中的水份循环及其对全球变化的反应，特别是对温室气体增加的反应。的反应。世界大洋环流计划（世

19、界大洋环流计划（WOCE）：）：重点研究深海结构的重点研究深海结构的作用以及大尺度海洋环流及其在气候系统中的作用。作用以及大尺度海洋环流及其在气候系统中的作用。北极气候系统研究（北极气候系统研究（ACSYS）和极地气候计划：）和极地气候计划：是一个多学科的专门研究北冰洋水文和大陆架调查的研究计划。是一个多学科的专门研究北冰洋水文和大陆架调查的研究计划。热带海洋和全球大气计划（热带海洋和全球大气计划（TOGA）：（）：（1985-1994年）年）把大气的相互作用与热带海洋环流紧密联系起来。成果之一是能够把大气的相互作用与热带海洋环流紧密联系起来。成果之一是能够提前一年或更长的时间来预测提前一年或

20、更长的时间来预测El Nino现象。现象。1.4 现代气候学的任务现代气候学的任务TOGA太平洋海区的海洋观测系统潮汐站（白圈），漂定浮标（弯曲箭头），锚定浮标（菱形）、海流锚定浮标（正方形）TOGA海洋观测一览表TOGA大气观测系统一览表1.4 国内外气候研究计划国内外气候研究计划中国气候试验与研究计划中国气候试验与研究计划(“九五九五”期间期间)：“南海季风试验南海季风试验”（SCSMEX）项目）项目“青藏高原地青藏高原地-气系统物理过程及其对全球奇虎和中国灾气系统物理过程及其对全球奇虎和中国灾害性天气影响的观测和理论研究害性天气影响的观测和理论研究”项目（简称高原试验，项目（简称高原试验，TIPEX）“淮河流域能量和水分循环试验淮河流域能量和水分循环试验”项目（简称淮河试项目（简称淮河试验验,GAME-HUBEX）“海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究”项目（简称华南项目（简称华南暴雨试验暴雨试验,HUAMEX）“内蒙古半干旱草原土壤内蒙古半干旱草原土壤-植被植被-大气相互作用大气相互作用”项目项目（简称草原试验（简称草原试验,IMGARSS）国务院下发加快气象事业发展的若干意见国务院下发加快气象事业发展的若干意见 充分认识加快