氣象學(xué)
氣象學(xué)（meteorology）是一門研究大氣特征的學(xué)科，集中研究大氣的天氣情況和變化規(guī)律以及對天氣的預(yù)報。它是大氣科學(xué)的一個分支，包括氣象學(xué)、氣候?qū)W、大氣物理學(xué)和大氣化學(xué)等子學(xué)科。氣象學(xué)的歷史可以追溯到數(shù)千年前，但直到18世紀(jì)才有了重大進(jìn)展。19世紀(jì)在形成廣泛的天氣觀測網(wǎng)絡(luò)后，該領(lǐng)域取得了適度的進(jìn)展。在物理定律的闡明和計算機(jī)的發(fā)展之后，特別是在20世紀(jì)后半葉，通過自動化解決大量建模方程，天氣預(yù)報取得了重大突破。氣象學(xué)在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如軍事、能源生產(chǎn)、交通運輸、農(nóng)業(yè)和建筑等。氣象現(xiàn)象是由氣象學(xué)解釋的可觀測的天氣事件，由地球大氣的溫度、氣壓、水汽、質(zhì)量流量等變量描述和量化，以及這些變量的變化和相互作用。氣象學(xué)在不同的空間尺度上描述和預(yù)測天氣，包括局部、區(qū)域和全球?qū)用妗：Ｑ髿庀箢A(yù)報是天氣預(yù)報的一個重要分支，因為它涉及到海上和沿海安全，其中天氣效應(yīng)也包括大水體與大氣的相互作用。
歷史溯源 編輯本段
氣象學(xué)
1920年前后，挪威的皮耶克尼斯父子提出了一套名為“極鋒學(xué)說”的理論，來說明中緯度地區(qū)的天氣變化情況。這套理論在1920年代發(fā)表之后，至今已有70多年，但仍然是今日作天氣預(yù)報的主要理論依據(jù)，亦為分析和預(yù)報未來1-2天的天氣奠定了理論基礎(chǔ)。1930年代，無線電探空儀的廣泛使用，真正開始了三維空間的大氣科學(xué)研究。根據(jù)大量探資料繪制的高空天氣圖，發(fā)現(xiàn)了大氣長波。1939年羅斯貝提出了長波動力學(xué)，他的理論亦對天氣預(yù)報有莫大的貢獻(xiàn)。到了1950年代至60年代，電腦、天氣雷達(dá)，衛(wèi)星和遙感的技術(shù)的應(yīng)用，使大氣的各種現(xiàn)象，大至大氣環(huán)流，小至雨滴的形成過程，都可依照物理學(xué)和化學(xué)的數(shù)學(xué)形式來表示，從而使大氣科學(xué)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
發(fā)展簡史 編輯本段
萌芽時期
萌芽時期主要指16世紀(jì)中葉以前這一漫長時期，這時期的特點是由于人類生活和生產(chǎn)的需要，進(jìn)行一些零星的，局部的氣象觀測，積累了一些感性認(rèn)識和經(jīng)驗，對某些天氣現(xiàn)象做出一定的解釋。
中國在這一時期，在此領(lǐng)域中有不少成就，而且是居于世界領(lǐng)先行列的。遠(yuǎn)在三千年前，殷代甲骨文中已有關(guān)于風(fēng)、云、雨、雪、虹、霞、龍卷、雷暴等文字記載，還常卜問未來十天的天氣(稱為“卜旬”)，并將實況記錄下來以資驗證。春秋戰(zhàn)國時代已能根據(jù)風(fēng)、云、物候的觀測記錄，確定廿四節(jié)氣，對指導(dǎo)黃河流域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)意義很大，并沿用到現(xiàn)代。秦漢時代還出現(xiàn)了《呂氏春秋》、《淮南子》和《禮記》等內(nèi)容涉及物候的書籍，這些都是世界上最早關(guān)于物候的文獻(xiàn)。
氣象觀測儀器也是中國的最早發(fā)明。在西漢時(公元前104年)，已盛行伣、銅鳳凰和相風(fēng)銅鳥等三種風(fēng)向器，到唐代又發(fā)展到在固定地方用相風(fēng)鳥，在軍隊中用雞毛編成的風(fēng)向器測風(fēng)。歐洲到20世紀(jì)才有用候風(fēng)鳥測風(fēng)的記載。在西漢時還利用羽毛、木炭等物的吸濕特性來測量空氣濕度。宋代曾有僧贊寧(公元10世紀(jì))利用土炭濕度計來預(yù)報晴雨。關(guān)于降水的記錄亦以中國最早，據(jù)《后漢書》記載，在當(dāng)時曾要求所轄各郡國，每年從立春到立秋這段時間內(nèi)，向朝廷匯報雨澤情況，此后歷代對各地雨情都很重視。所以中國的雨量和水旱災(zāi)記錄豐富，歷史亦最悠久。由于生產(chǎn)和生活的需要，人類迫切要求預(yù)知未來天氣的變化，并在長期觀測實踐中，積累了不少經(jīng)驗。這些經(jīng)驗被用簡短的韻語來表達(dá)，以便于記憶和運用，這就是天氣諺語。中國天氣諺語是極豐富的，除一部分封建迷信的內(nèi)容外，大多是歷代勞動人民看天經(jīng)驗的結(jié)晶。唐代黃子發(fā)的“相雨書”，元末明初出現(xiàn)的婁元禮編的《田家五行》和明末徐光啟編寫的《農(nóng)政全書占候》都是總結(jié)群眾預(yù)報天氣經(jīng)驗的著作。
在國外，氣象學(xué)的萌芽也很早，公元前4世紀(jì)希臘大哲學(xué)家亞里斯多德(Aristotle)所著《氣象學(xué)》(Meteorolosis)一書(約在公元前350年)綜合論述水、空氣和地震等問題對大氣現(xiàn)象也作了適當(dāng)?shù)慕忉尅，F(xiàn)在氣象學(xué)的外文名字就是從亞里斯多德的原書名演變而來的。
總之，在氣象學(xué)萌芽時期，中國和希臘是露過鋒芒的，這時從學(xué)科性質(zhì)來講，氣象學(xué)與天文學(xué)是混在一起的，可以說具有天象學(xué)的性質(zhì)。
發(fā)展初期
氣象學(xué)
1593年意大利學(xué)者伽利略(Galileo)發(fā)明溫度表，1643年意大利學(xué)者托里拆利(Torricelli)發(fā)明氣壓表。這兩種重要儀器的出現(xiàn)，使氣象觀測大大向前躍進(jìn)一步。特別是氣壓與天氣變化的關(guān)系最直接，氣壓表當(dāng)時曾被譽為天氣的“眼睛”。1783年索修爾(Saussure)發(fā)明毛發(fā)濕度表，有了這些儀器就為建立氣象臺站提供了必要的條件。1653年在意大利北部首先建立氣象臺，此后其它國家亦相繼建立地面氣象觀測站，開始積累氣象資料。但這時只有一些分散性的研究，缺少國際合作與交流。1854年，美法與帝俄在克里木半島發(fā)生戰(zhàn)爭。英法聯(lián)軍艦隊在黑海途中因風(fēng)暴失事，近于全軍覆沒。這件事引起有關(guān)國家的重視。事后根據(jù)有關(guān)臺站氣象觀測記錄，發(fā)現(xiàn)此次風(fēng)暴是由西歐移向東歐的。因此當(dāng)時人們認(rèn)為，如能廣泛建立氣象臺站網(wǎng)，并通過電訊聯(lián)系，則可預(yù)測未來的天氣變化，并可采取相應(yīng)的預(yù)防措施，以減少災(zāi)害性天氣對各方面所造成的損失。這種認(rèn)識為氣象界的國際合作打開了局面，并促進(jìn)了天氣分析工作的開展。
隨著無線電報的發(fā)明和應(yīng)用，使氣象觀測的結(jié)果能很快地傳達(dá)到各地。為繪制天氣圖創(chuàng)造了條件。在1860—1865年間各國紛紛繪出了天氣圖。有了天氣圖這個工具，使氣象學(xué)的發(fā)展大大向前跨進(jìn)了一步。這一時期氣象學(xué)與氣候?qū)W的主要研究成果有：關(guān)于海平面上風(fēng)壓關(guān)系定律，氣旋模式和結(jié)構(gòu)，大氣中光電現(xiàn)象和云雨形成的初步解釋，大氣環(huán)流的若干現(xiàn)象解釋等。從19世紀(jì)開始，陸續(xù)出版了一些比較有質(zhì)量的氣候圖，如世界年平均氣溫分布圖，世界月平均氣壓分布圖，世界年降水量分布圖等。此外，德國學(xué)者漢恩(Hann)于1883年開始陸續(xù)出版了《氣候?qū)W手冊》三大卷，這是氣候?qū)W上最早的巨著。
中國氣象學(xué)雖有悠久的歷史，在萌芽時期曾處于世界先進(jìn)行列，但由于封建統(tǒng)治的壓抑，生產(chǎn)水平低下，氣象學(xué)處于長期停頓狀態(tài)。在這一時期，帝國主義為了侵略中國，紛紛在中國設(shè)立氣象觀測機(jī)構(gòu)，收集氣象資料為其軍事，經(jīng)濟(jì)侵略服務(wù)。最早來中國境內(nèi)，用近代氣象儀器進(jìn)行氣象觀測的是法國傳教士，他于1743年在北京設(shè)立測候所。其后從1830年起俄國又?jǐn)鄶嗬m(xù)續(xù)地派人來北京做氣象觀測。1873年法國天主教會在上海徐家匯創(chuàng)建觀象臺，1893年德國人在山東青島建立青島觀象臺，此外還有在英國人掌握之下的海關(guān)測候所等共43處(都位于沿海，沿江的港口)，他們都為各自的軍事、航行、商船服務(wù)，中國政府無權(quán)過問，這時中國的氣象事業(yè)完全是半殖民地性質(zhì)的。
發(fā)展時期
從20世紀(jì)以來是氣象學(xué)的發(fā)展時期。這一時期總的特點是：隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和技術(shù)的進(jìn)步，不但進(jìn)行地面氣象觀測，也進(jìn)行高空直接觀測，從而擺脫了定性描述階段，進(jìn)入到定量試驗階段，從認(rèn)識自然，逐步向預(yù)測自然，控制和改造自然的方向發(fā)展。這一時期又可分為早期和近期兩個階段。
1、早期在20世紀(jì)的前50年。這時氣象觀測開始向高空發(fā)展，以風(fēng)箏，帶人氣球及火箭等為高空觀測工具，其所到達(dá)的高度當(dāng)然是有限的，但已為高空氣象學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在此期間氣象學(xué)的發(fā)展中有三大重要進(jìn)展。
(1)鋒面學(xué)說：在第一次世界大戰(zhàn)期間，由于相鄰國家氣象資料無法獲得，挪威建立了比較稠密的氣象網(wǎng)。挪威學(xué)者貝堅克尼父子(V.Bjerknes和J.Bjerknes)等應(yīng)用物理學(xué)和流體力學(xué)的理論，通過長期的天氣分析實踐，創(chuàng)立了氣旋形成的鋒面學(xué)說，從而為進(jìn)行1—2天的天氣預(yù)報奠定了物理基礎(chǔ)。
(2)長波理論：本世紀(jì)30—40年代，由于要求能早期預(yù)報出災(zāi)害性天氣，再加上有了無線電探空和高空測風(fēng)的普遍發(fā)展，能夠分析出較好的高空天氣圖。瑞典學(xué)者羅斯貝(Rossby)等研究大氣環(huán)流，提出了長波理論。它既為進(jìn)行2—4天的天氣預(yù)報奠定了理論基礎(chǔ)，同時也使氣象學(xué)由兩度空間真正發(fā)展為三度空間的科學(xué)。
(3)降雨學(xué)說：在本世紀(jì)30年代，貝吉龍-芬德生(Bergeron-Findeison)從研究雨的形成中，發(fā)現(xiàn)云中有冰晶與過冷卻水滴共存最有利于降雨的形成，從而提出了降雨學(xué)說。1947年又發(fā)現(xiàn)干冰和碘化銀落入過冷卻水滴中可以產(chǎn)生大量冰晶，這就為人工影響冷云降水提供了途徑。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)在熱帶暖云中由于大，小水滴碰并也可導(dǎo)致降雨，這又為人工影響暖云降水奠定了理論基礎(chǔ)。由此人類開始從認(rèn)識自然進(jìn)入人工影響局部天氣時代。
2、近期
本世紀(jì)50年代以后為近期。由于電子計算機(jī)和新技術(shù)如雷達(dá)、激光、遙感及人造衛(wèi)星等的使用，大大地促進(jìn)了氣象學(xué)與氣候?qū)W的發(fā)展。其主要表現(xiàn)如下:
(1)開展大規(guī)模的觀測試驗
在50年代以前，國際上曾在1882年和1932年組織過兩次對南北極區(qū)進(jìn)行氣象考察，稱為國際極年，并取得了一些高空氣象和太陽與地球關(guān)系的資料。在50年代以后又進(jìn)行過多次至少有幾十個國家參加的大規(guī)模大氣觀測試驗，而且規(guī)模一次比一次大。例如1977年12月—1979年11月進(jìn)行的一次大規(guī)模大氣觀測試驗，有一百多個國家參加，其中也有中國參加。這次全球大氣試驗是以5個同步衛(wèi)星和2個近極地軌道衛(wèi)星為骨干，配合氣象火箭，并與世界各地常規(guī)的地面氣象觀測站、自動氣象站、飛機(jī)、船舶、浮標(biāo)站和定高氣球等相結(jié)合，組成幾個全球性的較完整的立體觀測系統(tǒng)。這一全球性觀測計劃是試圖解決10—14天之間的天氣預(yù)報，進(jìn)一步了解天氣現(xiàn)象形成的物理過程和物理原因。
(2)對大氣物理現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值模擬試驗氣象學(xué)，氣候?qū)W不像物理，化學(xué)那樣可以在室內(nèi)進(jìn)行實驗，而是以地球的大氣層作為實驗室。有了電子計算機(jī)才可能廣泛地對各種大氣物理現(xiàn)象進(jìn)行精確的，定量的數(shù)值模擬試驗，如從全球性環(huán)流到云內(nèi)雨滴的生成過程都進(jìn)行試驗，并把云霧中的微觀過程和動力的宏觀過程結(jié)合起來，使氣象學(xué)進(jìn)入試驗科學(xué)階段。
(3)把大氣作為一個整體進(jìn)行研究把對流層與平流層中，高緯地區(qū)與低緯地區(qū)，南半球與北半球結(jié)合起來研究，這在氣象學(xué)與氣候?qū)W的發(fā)展上又是一大躍進(jìn)。人類對大氣中的化學(xué)現(xiàn)象與化學(xué)過程也進(jìn)行了多年的觀測，分析和研究，并已形成了氣象學(xué)中一個新支派——大氣化學(xué)。特別是近年來對大氣污染的監(jiān)測，探討環(huán)境保護(hù)的措施，更促進(jìn)了大氣化學(xué)的進(jìn)展。
解放后，中國氣象事業(yè)得到迅速發(fā)展。在第一個五年計劃期間，中國共建立了各級氣象臺站1378個，到1957年底中國各級氣象臺站已達(dá)1635個，比解放初期增加近22倍。40余年來興建的天氣和氣候站網(wǎng)已遍布中國。中國的氣象學(xué)與氣候?qū)W研究進(jìn)入了高度發(fā)展的時期。在基礎(chǔ)理論方面，如大氣環(huán)流和動力氣象的研究，在天氣學(xué)方面如中國天氣，高原氣象等研究，在衛(wèi)星氣象方面，如甚高分辨云圖接受器的研制，衛(wèi)星氣象學(xué)和探測原理等研究都取得了顯著的進(jìn)展。在人工影響天氣方面已開展了云霧物理，人工降水和人工消雹等工作，并已取得較好的效果。
未來發(fā)展
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氣象觀測儀器的發(fā)明、探測手段、通信裝備及計算工具的發(fā)展，人類對大氣現(xiàn)象探索的擴(kuò)大及加深，使之逐步發(fā)展為科學(xué)的氣象學(xué)。20世紀(jì)以來，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)新成果在氣象科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，使氣象科學(xué)進(jìn)入嶄新時期。如電子技術(shù)的引進(jìn)，使大氣探測走向自動化、遙感化、系統(tǒng)化；天氣雷達(dá)的出現(xiàn)使氣象工作者能監(jiān)測、追蹤強(qiáng)風(fēng)暴的移動和發(fā)展；電子計算機(jī)的應(yīng)用，使數(shù)值預(yù)報變?yōu)楝F(xiàn)實，使天氣預(yù)報走向客觀化、定量化；氣象衛(wèi)星的應(yīng)用，填補(bǔ)了沙漠、高原、海洋等地區(qū)的氣象資料；空間技術(shù)的發(fā)展，使大氣的研究向宇宙空間擴(kuò)展，人類可從外層空間俯瞰地球大氣等等。當(dāng)前，隨著信息科學(xué)的發(fā)展，世界正面臨以微電子技術(shù)、新材料、新能源及海洋技術(shù)為主要標(biāo)志的新技術(shù)革命，必將促進(jìn)氣象科學(xué)的飛速發(fā)展。
研究對象 編輯本段
天氣氣象學(xué)
大氣的分布是如此之廣，以致地球表面沒有任何地點不在大氣的籠罩之下；它又是如此之厚，以致地球表面沒有任何山峰能穿過大氣層，而且就以地球最高峰珠穆朗瑪峰的高度來和大氣層的厚度相比，也只能算是“滄海之一粟”。人類就生活在大氣圈底部的“下墊面”上。大氣圈是人類地理環(huán)境的重要組成部分。
地球是太陽系的一個行星，強(qiáng)大的太陽輻射是地球上最重要的能源。這個能源首先經(jīng)過大氣圈而后到達(dá)下墊面，大氣中所發(fā)生的一切物理(化學(xué))現(xiàn)象和過程，除決定于大氣本身的性質(zhì)外，都直接或間接與太陽輻射和下墊面有關(guān)。這些現(xiàn)象和過程對人類的生活和生產(chǎn)活動關(guān)系至為密切。人類在長期的生產(chǎn)實踐中不斷地對它們進(jìn)行觀測、分析、總結(jié)，從感性認(rèn)識提高到理性認(rèn)識，再在生產(chǎn)實踐中加以驗證、修訂，逐步提高，這就產(chǎn)生了專門研究。
大氣現(xiàn)象和過程，探討其演變規(guī)律和變化，并直接或間接用之于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐為人類服務(wù)的科學(xué)—氣象學(xué)。
氣象學(xué)的領(lǐng)域很廣，其基本內(nèi)容是:
(1)把大氣當(dāng)作研究的物質(zhì)客體來探討其特性和狀態(tài)，如大氣的組成、范圍、結(jié)構(gòu)、溫度、濕度、壓強(qiáng)和密度等等；
(2)研究導(dǎo)致大氣現(xiàn)象發(fā)生，發(fā)展的能量來源，性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化；
(3)研究大氣現(xiàn)象的本質(zhì)，從而能解釋大氣現(xiàn)象，尋求控制其發(fā)生，發(fā)展和變化的規(guī)律；
(4)探討如何應(yīng)用這些規(guī)律，通過一定的措施，為預(yù)測和改善大氣環(huán)境服務(wù)(如人工影響天氣、人工降水、消霧、防雹等)，使之能更適合于人類的生活和生產(chǎn)的需要。
由于生產(chǎn)實踐對氣象學(xué)所提出的要求范圍很廣，氣象學(xué)所涉及的問題很多，在氣象學(xué)上用以解決這些問題的方法差異很大，再加上隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新月異，氣象學(xué)乃分成許多部門。
研究方法 編輯本段
觀測研究
觀測研究是藉觀測去了解不同的大氣現(xiàn)象，可以說是氣象學(xué)理論的其中一塊基石，亦是一般氣象愛好者所關(guān)注的。觀測方法亦有很多種，氣象站、高空氣球、衛(wèi)星云圖、雷達(dá)回波圖等。觀測研究不只是觀測，也有一定程度的歸納和分析，例如一句“明天轉(zhuǎn)冷”，便是一種分析。此外，繪制天氣圖、整理熱帶氣旋路徑、氣候區(qū)域分類等，亦是觀測研究所要做的。
理論研究
理論研究有三大部份，除觀測外，物理和數(shù)學(xué)對理論研究亦很重要。理論可以從兩方面產(chǎn)生，一方面是從觀測數(shù)據(jù)中直接建立出來的，例如分析熱帶氣旋強(qiáng)度的德沃扎克分析法，另一方面是從物理理論或其他氣象理論演化出來的，例如地轉(zhuǎn)方程、氣壓梯度方程等。物理理論很多時需要數(shù)學(xué)的幫助，反過來說，數(shù)學(xué)語言有時更能使人們明白物理和氣象理論。
數(shù)值模式研究
數(shù)值模式研究是較少人所認(rèn)識的，它們都需要相當(dāng)?shù)睦碚撝R、電腦程序技巧和實驗技巧。數(shù)值模式研究會把不同的物理和氣象方程，以電腦程序的方式放進(jìn)電腦里，再計算出未來溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向等變化，以協(xié)助天氣預(yù)報或理論研究。
實驗研究
實驗研究同樣是較少人所認(rèn)識的，實驗研究因數(shù)值模式研究的出現(xiàn)而比往日式微，但亦有其存在價值，例如要驗證某些理論，數(shù)值模式研究是做不到的。
主題現(xiàn)象 編輯本段
氣象學(xué)
2、云的分類
低云、中云、高云、直展云
3、天氣預(yù)報
降水、大氣壓、露點、鋒面、急流
4、氣旋和反氣旋
颶風(fēng)或臺風(fēng)
溫帶氣旋
副熱帶高氣壓
5、雷暴
閃電、雷、冰雹、龍卷風(fēng)、大氣對流、雹暴
6、氣候，厄爾尼諾現(xiàn)象，拉尼娜
季風(fēng)、洪水、干旱
7、天氣現(xiàn)象
降水、霧、雪、雨淞、霧淞、露、霜、颮、雨夾雪、沙塵暴、極光、陣雨、霰、冰雹、冰粒、霾、龍卷、冰針
其它：
暴風(fēng)雪、暴雨
氣象測量儀表和設(shè)備
風(fēng)速計、風(fēng)力計、氣壓計、濕度計、溫度計、雷達(dá)、人造衛(wèi)星、多普勒雷達(dá)、雨量計、風(fēng)向標(biāo)。
氣象分支 編輯本段
氣象學(xué)分成許多分支學(xué)科：大氣物理學(xué)、天氣學(xué)、動力氣象學(xué)、氣候?qū)W等等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，氣象學(xué)的應(yīng)用日益廣泛，又相繼出現(xiàn)海洋氣象學(xué)、航空氣象學(xué)，農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、森林氣象學(xué)、污染氣象學(xué)等應(yīng)用學(xué)科。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在氣象學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，又有新的分支學(xué)科出現(xiàn)，如雷達(dá)氣象學(xué)、衛(wèi)星氣象學(xué)、宇宙氣象學(xué)等。氣象學(xué)是一門和生產(chǎn)、生活密切相關(guān)的涉及許多學(xué)科的應(yīng)用科學(xué)。
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