的监测和预测，从而趋利避害为人类服 务的一门学科。
天气和气候的区别
天气和气候是两个既有联系又有区别的概念 从时间尺度上讲，天气是指某一地区在某一瞬间或
某一短时间内大气状态（如气温、湿度、压强等）和 大气现象（如风、云、雾、降水等）的综合。天气过 程是大气中的短期过程。 而气候指的是在太阳辐射、大气环流、下垫面性质 和人类活动在长时间相互作用下，在某一时段内大量 天气过程的综合。
研究大气现象的本质，从而能解释大气现象，寻求
控制其发生、发展和变化的规律；
探讨如何应用这些规律，通过一定的措施，为预测
和改善大气环境服务（如人影、消雾、防雹等），使 之能更适合于人类的生活和生产的需要。
大气科学的研究内容
大气科学是研究大气的各种现象（包括 人类活动对它的影响）及其演变规律，
以及如何利用这些规律进行天气、气候
气候系统之水圈（海洋）
水圈包括海洋、湖泊、江河、地下水和地表上 的一切液态水，其中海洋在气候形成和变化中 最重要。 海洋是由世界大洋和邻近海域的含盐海水所组 成。其总面积约占地球表面的71%，相当于陆 地面积的2.5倍。无论从力学和热力学效应来看， 海洋在气候系统中具有最大的惯性，是一个巨 大的能量贮存库。
气候系统之生物圈
大气的气体组成成分
微量气体含量通常用体积或质量混合比表示。其定义 为单位体积 ( 质量 ) 大气中微量气体作占体积 ( 质量 ) 的 比例，以mL/L(mg/g)表示。
五大圈层相互作用
大气科学的学科体系
物理气象学 气象学 天气学 动力气象学
大气科学
物理气候学 气候学 描述气候学 应用气候学
高它为生产和生活服务的能力，如提高天气和
气候预报的准确率、为开发利用气象资源和制
定经济政策提供更加可靠的科学依据等，其经 济效益和社会效益将不可估量。
第二节
大气科学的发展历史、
现状及其在生产建设中的应用
大气科学的发展史
古代气象知识的积累时期
大气科学的建立时期 大气科学主要分支的形成时期
《后天 (The Day After Tomorrow) 》 《完美风暴(Perfect Storm)》 《龙卷风（Tornadoes ）》
气候系统之大气圈
覆盖整个地球的大气的质量约占地球
总质量的百万分之一。由于地心引力的作 用，大气质量的 90% 聚集在地表 15km 高
度以下的大气层内， 99.9% （ 48km ）。
计（1783）

第一个气象观测站：1653年由意大利的斐迪南二世在
佛罗伦萨建立 ，18世纪80年代哈默尔组建了由欧洲、
北美洲和西伯利亚共 20个国家的57个气象观测站构成 的观测网。
第一次飞跃: （大约1700—1859年）

1686 年哈雷发现信风，认为信风同太阳供给赤道较 多的热有关。

哈得来在 1735 年的《关于信风之起因》中，第一次 对大气环流考虑地球自转的因素，并首次创立了经 圈环流的理论。
太阳辐射有关。虽然 30km 以上臭氧的含量已逐渐减少，
的垂直混合作用显著减弱。
平流层中水汽含量极少，大多数时间天空是晴朗的。平 火山尘可到达平流层，影响能见度和气温。
流层中的微尘远较对流层中少，但是当火山猛烈爆发时，
3.中间层
自平流层顶到85km左右为中间层。
该层的特点是气温随高度增加而迅速下降，并有相当
陆面（岩石圈）
在上述近代气候变化的时间尺度内，除火山爆发 外，对大气的作用主要还是发生在陆地表面。因 此在气候系统中通常不用岩石圈这个更广泛的名 词，而采用陆面一词。 陆地表面具有不同的海拔高度和起伏形势，可分 为山地、高原、平原、丘陵和盆地等类型。它们
以不同的规模错综分布在各大洲之上，构成崎岖
复杂的下垫面。
一个厚度为数百米到 1—2km的过渡层，称为对流层顶。 这一层的主要特征是：气温随高度的增加突然降低缓 慢，或者几乎不变，成为上下等温。
2.平流层
自对流层顶到 55km 左右为平流层。在平流层内的温度 随着高度的增高。平流层这种气温分布特征是和它受地 面温度影响很小，特别是存在着大量臭氧能够直接吸收 但这里紫外线辐射很强烈，故温度随高度增加得以迅速 增高，造成显著的暖层。平流层内气流比较平稳，空气
由于冰雪具有很大的反射率，在冰雪覆盖下，
影响。它是气候系统中的一个重要子系统。
总之，冰雪的主要效应是增大了地表反照率， 对大气运动总是起冷却（源）作用。
气候系统之冰雪圈
气候系统之生物圈
生物圈除了包括动植物，也包括人类本身。 生物圈的各部分在变化的时间尺度上有显著差 异，但它们对气候的变化都很敏感，而且反过 来又影响气候。 生物对于大气和海洋的CO2平衡，气溶胶粒子 的产生，以及其它与气体成分和盐类有关的化 学平衡等都有很重要的作用。 由于动物需要得到适当的食物和栖息地，所以 动物群体的变化也反映了气候的变化。
世界主要气候图
气候系统
一个完整的气候系统应包括对气候形成分布和
变化有直接或间接影响的各个环节，除太阳辐
射这个主要能源之外，气候系统包括大气圈、 水圈、冰雪圈、陆地表面和生物圈（动、植物 和人类）等5个子系统。各个子系统内部以及各 子系统彼此之间的各种物理、化学乃至生物过 程的相互作用决定着气候的长期平均状态以及 各种时间尺度的变化。
气候系统之水圈
洋 流 示 意 图
暖流
寒流
水圈（海洋）
由于海洋对太阳辐射的反射率比陆面小，海洋 单位面积所吸收的太阳辐射能比陆地多25％— 50％。全球海洋表层的年平均温度要比全球陆 面温度约高10℃左右。 如果仅考虑100m深的表层海水，即占整个气候
系统总热量的95.6％。仅此一端就可见其在气
候系统中的重要性。
大气科学的研究对象
大气科学的研究对象主要是覆盖整个 地球的大气圈，也研究大气与其周围
的水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈相
互作用的物理和化学过程，此外还研 究太阳系其他行星的大气。
大气科学的领域很广，其基本内容是：
把大气当作研究的对象来探讨其特性和状态，如大 气的组成、结构、温度、湿度、压强和密度等等； 研究导致大气现象发生、发展的能量来源、性质及 其转化；
热层又称热成层或暖层，它位于中间层顶以上。该层中，
5.散逸层
这是大气的最高层，又称外层。这一层中气温随高度
增加很少变化。由于温度高，空气粒子运动速度很大， 又因距地心较远，地心引力较小，所以这一层的主要
特点是大气粒子经常散逸至星际空间，本层是大气圈
与星际空间的过渡地带。
气候系统之大气圈
地球大气运动的复杂性
气候系统之岩石圈
青 括大陆冰原、高山冰川、海冰和地面
雪盖等。
陆地雪盖有季节性的变化，海冰有季节性到几
十年际的变化，而大陆冰原和冰川的变化要缓 慢得多，约在几百年甚至到几百万年的周期。 冰川和冰原的体积变化与海平面高度的变化有 很大关系。
冰雪圈
地表（包括海洋和陆地）与大气间的热量交 换被阻止，因此冰雪对地表热量平衡有很大
（2）垂直对流运动：
（3）气象要素水平分布不均匀：
在对流层的最下层称为行星边界层或摩擦层。其范围 一般是自地面到 1—1.5km 高度。在这层里大气受地面 摩擦和热力的影响最大，湍流交换作用强，水汽和微 尘含量较多，各种气象要素都有明显的日变化。 行星边界层以上的大气层称为自由大气。在自由大气 中，地球表面的摩擦作用可以忽略不计。 在对流层的最上层，介于对流层和平流层之间，还有
有关大气的物理属性
大气科学的研究对象、内容和学科体系
由于地球的引力作用，地球周围聚集着一个 气体圈层，构成了所谓大气圈; 大气的分布是如此之广，以致地球表面没有 任何地点不在大气的笼罩之下；
人类就生活在大气圈底部的“下垫面”上;
大气圈是人类地理环境的重要组成部分。
大气圈阻挡了大多数陨石
大气科学与其它学科的关系
从 20 世纪 60 年代以来，大气科学扩充了其传
统的研究内容，出现了许多分支学科，主要
有大气探测、天气学与大气环流、大气动力
学、气候学与全球变化、大气物理学、大气 环境学、大气化学、人工影响天气、应用气 象学等。
大气科学与其它学科的关系
由于人类越来越认识到大气圈与水圈、冰
的斜压概念和环流理论，从此天气学和动力气象
学形成并得到发展。
第二次飞跃:（1860—1940）


第一张天气图：1820年，布兰德斯（德国）
风与气压关系的提出：1857年，白贝罗（荷兰）
最早的气象学专著：亚里士多德《气象汇论》
英国气象学的奠基人---圣比德《自然本质》
现代气象科学的四次飞跃
第一次飞跃: （大约1700—1859年）
气象仪器如温度表、雨量器、气压表等相继发 明，导致对信风和全球大气环流的研究。

各种气象仪器相继问世：空气温度表（1597）、气压 表（1643）、虹吸式自记雨量计（1662）、毛发湿度
大气科学概论
课程内容
第一章 概 述 第二章 大气运动的基本规律
第三章 气旋与反气旋
第四章 关于气团和锋的介绍 第五章 关于天气预报的基本方法和技术 第六章 海气相互作用的产物———厄尔尼诺 第七章 气候变化
本 章 内 容
大气科学的研究对象、内容和
学科体系
大气科学的发展历史、现状及
其在生产建设中的应用
强烈的垂直运动。
中间层内水汽含量更极少，几乎没有云层出现，
在中间层的60—90km高度上，有一个只有白天才出现
的电离层，叫做D 层。
4.热层
气温随高度的增加而迅速增高。其增温程度与太阳活动 有关，当太阳活动加强时，温度随高度增加很快升高。 在热层中空气处于高度电离状态，又可称为电离层，正 是由于高层大气电离层的存在，人们才可以收听到很远 地方的无线电台的广播。 此外，在高纬度地区的晴夜，在热层中可以出现彩色的 极光。