气象科普第一课

气象科普第一课演讲人：日期:目录CATALOGUE02.天气现象解读04.天气预报流程05.气象灾害防御01.03.气象观测方法06.气候变化认知气象基础知识气象基础知识01PART气象的定义与研究对象气象学是研究大气层中各种物理现象、化学过程及其变化规律的科学，涵盖天气、气候、大气成分及能量交换等领域的系统性研究。气象学定义包括短期天气现象（如降雨、台风）、长期气候演变（如全球变暖）、大气环流模式、极端气象事件（如干旱、洪涝）以及大气与海洋、陆地生态系统的相互作用机制。研究对象范围气象学与物理学、化学、地理学、计算机科学等学科深度融合，数值天气预报、卫星遥感技术等均依赖多学科交叉创新。跨学科特性常见气象要素解析温度表征大气热力状态的核心要素，受太阳辐射、地表性质、海拔等因素影响，日变化与年变化规律是气候分析的基础数据。湿度反映空气中水汽含量的指标，包括绝对湿度、相对湿度等，直接影响降水概率、体感舒适度及农业灌溉需求。气压单位面积上大气柱的重量，高低压系统驱动风系形成，是天气预报中分析锋面、气旋的重要依据。风速与风向描述空气水平运动的要素，风能资源评估、航空安全及污染扩散模型均需精确测量此类数据。大气层结构简介对流层最接近地表的一层（约8-15公里），集中了75%的大气质量和几乎全部水汽，天气现象（如云、雨）主要发生于此层，温度随高度增加而降低。01平流层延伸至50公里高度，臭氧层位于此层中部，吸收紫外线辐射，温度随高度上升而递增，气流以水平运动为主，适合民航飞机飞行。中间层高度达85公里，温度垂直递减率显著，流星燃烧现象多发生于此层，大气密度极低且难以直接观测。热层与散逸层热层（80-500公里）温度可达千摄氏度以上，电离现象强烈（极光产生于此）；散逸层为大气与外太空过渡带，气体分子逃逸至宇宙空间。020304天气现象解读02PART云的类型与天气预兆积云（淡积云/浓积云）低空蓬松的云体，通常预示晴朗天气；若发展为浓积云（塔状），可能引发短时雷阵雨。均匀灰白的云层覆盖天空，常伴随持续性降水，高层云出现时可能预示12-24小时内降雨。高空纤细丝状云，由冰晶组成，通常预示晴天，但若密集发展为卷层云，可能是锋面系统逼近的信号。庞大垂直发展的云体，顶部呈砧状，伴随强降水、雷电、冰雹甚至龙卷风，需高度警惕极端天气。层云（雨层云/高层云）卷云（毛卷云/钩卷云）积雨云（雷暴云）降雨（对流雨/锋面雨）对流雨由局部热力作用引发，短时强降水；锋面雨因冷暖空气交汇形成，持续时间长、范围广。降雪（湿雪/干雪）湿雪含水量高，易粘连成团，影响交通；干雪颗粒松散，常见于低温干燥环境，积雪蓬松。冰雹强对流天气中，上升气流将水滴反复抬升至冻结高度形成冰层，直径超5毫米的冰雹可损坏农作物、车辆及建筑物。冻雨与雨夹雪冻雨为过冷水滴接触地面瞬间结冰，形成“冰壳”；雨夹雪则是雨滴与雪花混合降落，易导致路面湿滑。降水形式（雨/雪/雹）风级划分与影响微风至和风，树叶轻摇，对户外活动无显著影响，适合航行或风筝放飞。0-3级（0.3-5.4米/秒）中风至强风，小树摇摆，海面白浪增多，需注意高空作业安全及松散物品固定。台风或飓风级别，具有摧毁性，导致树木连根拔起、建筑结构受损，需紧急避险。4-6级（5.5-13.8米/秒）疾风至烈风，大树晃动，步行阻力明显，可能引发广告牌倒塌或临时建筑损毁。7-9级（13.9-24.4米/秒）0102040310级以上（≥24.5米/秒）气象观测方法03PART传统观测工具（温度计/气压计）玻璃液体温度计利用热胀冷缩原理，通过密封玻璃管内的酒精或水银柱高度变化测量环境温度，需避免阳光直射和人为干扰以保证精度。空盒气压计通过金属空盒随气压变化的形变驱动指针，测量大气压强，常用于天气预报和海拔高度推算，需定期校准以消除机械误差。毛发湿度计利用脱脂人发吸湿后长度变化的特性测定空气湿度，适用于长期稳定性监测，但需避免污染和极端干燥环境。多光谱成像卫星穿透云层探测大气垂直温湿度廓线，弥补光学卫星在恶劣天气下的观测盲区，为数值预报模型提供关键输入参数。微波辐射计地球静止轨道卫星持续对固定区域高频次拍摄，实时追踪强对流天气发展过程，分辨率达千米级，支撑短临预警系统。搭载可见光、红外等传感器，通过捕捉云层、地表辐射数据生成全球云图，可监测台风路径、干旱范围和冰雪覆盖变化。现代卫星遥感技术发射微波脉冲并接收降水粒子反射信号，通过频率偏移计算风暴内部风速，识别龙卷风或下击暴流等危险天气结构。多普勒效应测速同时发射水平和垂直偏振波，区分雨滴、冰雹和雪花粒子相态，提升降水类型分类精度和定量估测可靠性。双偏振技术升级电子扫描替代机械旋转，实现秒级更新率，精准捕捉雷暴单体快速演变过程，适用于机场等需瞬时响应的场景。相控阵雷达技术气象雷达工作原理天气预报流程04PART通过分布在全球的地面气象站实时采集温度、湿度、气压、风速等基础气象数据，形成高密度的地面观测网络。利用气象卫星搭载的多光谱传感器，监测云层分布、海表温度、大气成分等宏观气象要素，弥补地面观测的局限性。通过探空气球和雷达设备获取不同海拔高度的温湿度、风向风速等垂直剖面数据，为三维气象分析提供支撑。依托浮标、科考船和自动气象站收集海洋表面及极地地区的气象参数，完善全球数据覆盖。数据采集与整合地面观测站网络卫星遥感技术高空探测系统海洋与极地监测数值模拟分析超级计算机运算将采集的原始数据输入数值天气预报模型，通过求解流体力学和热力学方程组，模拟未来大气运动状态。采用欧洲中期预报中心（ECMWF）、美国GFS等不同数值模型的集合运算，降低单一模型的预测不确定性。运用四维变分同化等方法，将实时观测数据与模型初始场动态融合，显著提升初始条件的准确性。针对台风、强对流等灾害性天气，启动高分辨率区域模式进行精细化模拟，捕捉局地天气系统的演变特征。多模型集成预报数据同化技术中小尺度分析预报发布与修正预报员会商机制由首席预报员组织多领域专家对数值预报结果进行人工订正，结合经验判断复杂天气系统的可能走向。概率预报产品发布降水概率、温度区间等概率化预报信息，帮助用户理解天气预报的不确定性范围。短时临近预警利用雷达回波外推和闪电定位数据，对突发强对流天气发布0-2小时的短时预警，提升应急响应能力。动态更新策略根据最新观测数据滚动更新预报结论，通过APP推送、电视字幕等多渠道实现预警信息的快速触达。气象灾害防御05PART提前关注预警信息通过气象部门发布的暴雨预警，及时掌握降雨强度和持续时间，避免在低洼地带、地下空间等危险区域停留。避免涉水通行遇到积水路段时切勿盲目涉水，防止跌入窨井或被湍急水流冲走，应选择绕行或等待救援。切断危险电源若家中进水，应立即关闭电器电源，防止漏电引发触电事故，同时转移至高处避险。储备应急物资家中常备饮用水、食物、急救包、手电筒等物资，确保突发情况下能维持基本生活需求。暴雨洪水避险要点台风预警信号识别蓝色预警表示台风可能影响本地，需注意防风准备，检查门窗、阳台物品是否固定，避免高空坠物。01黄色预警预示台风临近，风力增强，应停止户外集体活动，加固临时搭建物，船舶回港避风。02橙色预警台风中心接近，可能伴随强降雨和风暴潮，需撤离危险区域，避免靠近海岸或河堤。03红色预警台风影响达到最高级别，应留在安全室内，远离玻璃门窗，听从政府应急指挥调度。04高温干旱应对措施节约用水管理干旱期间优先保障生活用水，采用滴灌、覆盖保墒等农业节水技术，减少非必要用水。调整作息时间户外工作者应避开正午高温时段作业，企业需提供防暑降温物资及休息场所。科学补水防中暑高温天气下需定时补充含电解质的水分，避免长时间户外活动，穿戴透气防晒衣物。防范火灾风险高温干燥易引发森林火灾，严禁野外用火，检查电路老化问题，配备灭火器材。气候变化认知06PART太阳短波辐射穿透大气层到达地表，地表吸收后以长波形式向外辐射，部分被温室气体（如CO₂、CH₄）吸收并重新向地表释放热量，形成保温效应。温室效应原理太阳辐射与大气层作用工业革命以来，化石燃料燃烧和森林砍伐导致温室气体浓度激增，使自然温室效应强化，全球平均温度上升速率远超地质历史时期。人类活动加剧效应极地冰盖融化降低地表反照率、永冻土解冻释放甲烷等正反馈循环，进一步加速升温进程，形成不可逆的气候临界点风险。反馈机制影响热浪与干旱频率增加每升温1℃使大气含水量增加7%，导致极端降水概率显著上升（如2021年郑州特大暴雨），城市排水系统面临超设计标准挑战。强降水与洪涝灾害热带气旋强度变化海表温度升高为台风/飓风提供更多能量，使得四级以上超强台风占比增加（如2013年海燕台风），风暴潮破坏力呈指数级增长。气候变暖导致大气持水能力增强，高温事件持续时间延长，引发区域性特大干旱（如2022年欧洲干旱），同时加速土壤水分蒸发形成恶性循环。极端天气事件关联性低碳行动倡议推广风光发电占比至2030年达40%，配套建设智能电网和储能系统，淘汰亚临界燃煤机组，实现电力部门深度脱碳。