《气象与气候变化》课件

气象与气候变化人类面临的重大挑战本课件将带您深入了解气象学基础知识，探讨气候变化的现状、原因、影响以及人类应对方案我们将从气象现象的本质出发，逐步探究气候变化的科学原理，并展望未来气候变化趋势，最终呼吁大家共同行动，保护地球家园课程概述与学习目标本课程旨在为学习者提供有关气象和气候变化的系统性知识，帮通过本课程的学习，您将能够助他们理解气象现象的基本原理，掌握气候变化的科学知识，并•理解气象与气候的定义、区别与联系了解人类应对气候变化的策略•掌握大气基本结构、组成、运动规律等基础知识•了解温室效应的原理、全球变暖的观测证据以及主要影响•掌握应对气候变化的主要策略，包括减排、适应、技术创新等什么是气象？什么是气候？气象气候指某一特定时间和地点的大气状况，包括温度、湿度、气压、风指一个地区长期的大气平均状况，通常指至少30年的平均数据速、降水等要素气象是一个瞬息万变的概念，随时随地都在变气候相对稳定，反映了该地区的气候特征化气象学的发展历史古代1人类很早就开始观察和记录天气现象，并逐渐积累了一些气象知识例如，古埃及人利用尼罗河水位的变化来预测洪水，古中国人则通过观察星象、风向、云层等来预测天气世纪172随着科学技术的进步，气象观测方法逐渐改进，并开始使用仪器进行定量观测1643年，意大利科学家托里拆利发明了水银气压计，为气象学的发展奠定了基础世纪193气象学成为一门独立的学科1820年，英国科学家弗朗西斯·贝克维尔发明了气象站，并开始收集来自世界各地的数据1865年，德国气象学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹提出了大气动力学理论，解释了大气运动的规律世纪204气象观测技术不断发展，包括雷达、卫星等现代仪器的应用20世纪中期，计算机技术的引入，使得天气预报的精度大幅提高同时，对气候变化的研究也取得了重要进展古代气象观测方法观察天体古人通过观察太阳、月亮、星星的运行轨迹来预测天气变化，例如“日晕”预示着即将下雨观察风向古人利用风向标来判断风的方向，并根据不同的风向预测天气变化，例如“西北风”预示着寒潮来临观察云层古人通过观察云层的形状、颜色、移动速度等来预测天气变化，例如“乌云密布”预示着即将下雨观察动物行为古人发现一些动物对天气变化有敏感的反应，例如“燕子低飞”预示着即将下雨现代气象观测技术地面气象观测高空气象观测气象站利用各种仪器对气温、湿度、气压、风速、风向、降水量探空气球利用无线电探空仪对高空的气象要素进行观测，并将数等气象要素进行观测，并通过无线电或互联网将数据传输到气象据传输到地面气象站探空气球每天两次释放，为天气预报提供中心重要数据气象卫星的应用天气预报气候监测灾害预警气象卫星可以观测云层气象卫星可以长期监测气象卫星可以及时监测、降水、温度、风速等全球范围的气候变化，台风、洪水、干旱等自信息，为天气预报提供例如海冰面积变化、气然灾害的发生和发展，广阔的视野，提高预报温变化、海平面变化等为灾害预警提供重要参的准确性，为气候变化研究提供考，减少灾害损失重要数据天气预报系统的演变早期1天气预报主要依靠经验和简单的观测，准确率较低例如，农民通过观察云层、风向等预测天气变化，但受限于技术条件，预报时间短、范围小世纪中期202计算机技术的发展促进了天气预报的进步数值天气预报模型的建立，利用计算机模拟大气运动，提高了预报的准确性和预报时间世纪213随着卫星、雷达等技术的进步，天气预报系统更加完善，预报的精度和覆盖范围进一步提高，并向精细化、个性化方向发展大气的组成氧气氮气占大气体积的

20.95%，是人类和动物呼吸所必需的成分占大气体积的

78.08%，是空气中最主要的2成分1氩气3占大气体积的

0.93%，是空气中含量第三高的气体其他气体5包括氖气、氦气、甲烷、臭氧等，含量相对4二氧化碳较少，但对大气化学过程和气候变化有一定占大气体积的

0.04%，是重要的温室气体，影响对地球气候有重大影响大气层的结构对流层1是地球大气层最靠近地面的一层，也是人类活动的主要区域，天气现象主要发生在这一层平流层2位于对流层之上，以温度随高度增加为特征，臭氧层位于平流层中，吸收太阳紫外线，保护地球生物中层大气3位于平流层之上，包含中间层和热层，温度随高度增加而下降，但热层温度非常高，是极光出现的位置外层大气4是地球大气层的最后一层，主要成分是氢气和氦气，密度极低，逐渐过渡到宇宙空间对流层的特征温度随高度降低平均每升高100米，气温下降约

0.65℃，对流运动强烈对流层内有强烈的垂直对流运动，水汽、热这是由于对流层内热量主要来自地面辐射，随着高度增加，量、尘埃等物质通过对流运动进行交换，形成各种天气现象离地面越远，温度越低大气密度大对流层内的空气密度最大，占地球大气总质量天气现象丰富由于对流运动强烈，对流层是各种天气现象的80%以上，这使得对流运动和天气现象更加活跃发生的地方，包括云、雨、雪、雷电、风、雾等平流层的特征温度随高度升高平流层内的温度随高度增加而升高，这是由于平流层内存在臭氧层，臭氧吸收太阳紫外线，将能量转化为热量大气层稳定平流层内的空气较为稳定，几乎没有对流运动，这使得飞机可以在平流层内飞行，不受气流影响臭氧层存在臭氧层位于平流层内，吸收太阳紫外线，保护地球生物不受紫外线伤害臭氧层的破坏会导致皮肤癌、白内障等疾病的增加空气稀薄平流层内的空气密度比对流层小得多，但比中层大气高，这使得平流层内的空气更加稀薄中层大气的特征温度随高度下降中层大气内的温度随高度增加而下降，这空气密度小中层大气内的空气密度比平流层小得多，使得是由于中层大气吸收太阳辐射较少，且缺乏像臭氧层这样的气流运动相对较弱，气温也相对较低热量来源极光出现中层大气内的热层温度非常高，但由于空气稀薄流星燃烧流星在穿过中层大气时，与空气摩擦产生高温，，温度不高，但热层可以吸收来自太阳的电离辐射，并使空从而燃烧发光气原子或分子发生激发，从而产生极光温室气体的种类二氧化碳来自化石燃料燃烧、森林砍伐等活动，是主要的温室气体，占温室效应总贡献的63%甲烷来自畜牧业、天然气泄漏等活动，其吸热能力比二氧化碳高25倍氧化亚氮来自农业活动、化石燃料燃烧等，其吸热能力比二氧化碳高298倍氟利昂来自制冷剂、喷雾剂等，其吸热能力比二氧化碳高几千倍甚至几万倍，虽然含量少，但对气候变化影响大温室效应的原理太阳辐射穿过大气层到达地球表面，部分被反射回太空，部分被地球表面吸收，转化为热量地球表面将吸收的热量以红外辐射的形式释放到大气层大气层中的温室气体可以吸收红外辐射，阻止热量散失到太空，从而使地球表面温度升高，这就是温室效应自然温室效应人为温室效应vs自然温室效应人为温室效应指大气层中自然存在的温室气体，例如二氧化碳、水蒸气等，对指人类活动排放的温室气体，例如化石燃料燃烧产生的二氧化碳地球表面温度的调节作用，是地球生命存在的必要条件，保持了、畜牧业产生的甲烷等，导致大气层中温室气体浓度升高，增强地球适宜的温度了温室效应，从而导致全球变暖大气环流的基本模式副热带高压带热带辐合带热带气流上升到高空，向两侧流动，在热带地区气温高，空气上升形成低气压1南北纬30°附近下沉形成高气压，形成副，形成赤道低压带2热带高压带副极地低压带极地高压带副热带高压带的气流向两侧流动，在南4极地地区气温低，空气下沉形成高气压北纬60°附近与来自极地的高空冷气流相3，形成极地高压带遇，形成低气压，形成副极地低压带全球气压带和风带1赤道低压带多雨，气候湿热2副热带高压带降水少，气候干燥3副极地低压带降水多，气候湿润4极地高压带降水少，气候寒冷干燥季风气候系统夏季风冬季风夏季，陆地气温升高，气压低于海洋，形成低气压，海洋上的暖冬季，陆地气温降低，气压高于海洋，形成高气压，陆地上的冷湿气流吹向陆地，形成夏季风干气流吹向海洋，形成冬季风厄尔尼诺现象赤道太平洋东部海域水温异常升高，导致大气环流发生异常厄尔尼诺现象会导致全球范围内气候异常，例如一些地区，对全球气候产生重大影响降水增多，发生洪涝灾害；另一些地区降水减少，发生干旱拉尼娜现象赤道太平洋东部海域水温异常降低，导致大气环流发生异常，对全球气候产生重大影响拉尼娜现象也会导致全球范围内气候异常，例如一些地区降水减少，发生干旱；另一些地区降水增多，发生洪涝灾害全球气候带的分布各种气候类型的特征热带雨林气候终年高温终年降水多热带草原气候终年高温分旱季和雨季，雨季集中在夏季温带海洋性气候冬暖夏凉，气温年较差小全年降水均匀，降水量较多温带大陆性气候冬冷夏热，气温年较差大降水较少，集中在夏季地中海气候冬季温和，夏季炎热干燥冬季降水多，夏季降水少温带季风气候夏季高温多雨，冬季寒冷降水季节变化明显，夏季干燥降水多，冬季降水少亚热带季风气候夏季炎热多雨，冬季温和降水季节变化明显，夏季少雨降水多，冬季降水少寒带气候终年寒冷，气温低降水量少，多为雪气温的日变化气温的年变化降水的形成过程空气中的水汽上升，温度降低，水汽凝结成小水滴或冰晶小水滴或冰晶不断凝结，形成云当云中的小水滴或冰晶长大到一定程度，就会降落到地面，形成降水各类降水形式雨液态降水，由小水滴组成，降落到地面时，呈现出连续不断的形式雪固态降水，由冰晶组成，降落到地面时，呈现出晶莹剔透的形式冰雹固态降水，由圆形或不规则的冰块组成，降落到地面时，会造成破坏雾地面附近的水汽凝结成小水滴，形成云雾，降低能见度云的分类与识别积云层云积雨云形状像棉花团，底部平坦，顶部圆拱，多形状像灰色的薄幕，覆盖天空，多出现在形状像高耸的云塔，顶部像花椰菜，常伴出现在晴朗的天气阴天或雨雪天气有雷雨天气极端天气现象台风台风是热带气旋的一种，是一台风会带来强烈的风雨，造成种强烈的旋转风暴，中心风速洪水、风暴潮、山体滑坡等灾大于12级害台风通常在热带洋面上形成，并向西移动，主要影响亚洲东部和南部地区极端天气现象暴雨暴雨是指短时间内降水量特别暴雨会导致洪水泛滥、城市内大的降雨，通常指24小时降水涝、泥石流等灾害量大于50毫米暴雨多发生在夏季，受季风、地形、气流等因素影响极端天气现象干旱干旱是指一个地区降水量持续偏少，干旱会导致水资源短缺、农业减产、干旱多发生在降水量少的地区，例如导致土壤水分不足，影响农作物生长生态环境恶化等问题沙漠、半沙漠地区，也可能发生在降和生态环境水量较多的地区，例如受厄尔尼诺现象影响的地区极端天气现象寒潮寒潮是指来自高纬度地区的冷寒潮会导致气温急剧下降，影空气大规模地向中低纬度地区响交通出行、农业生产、人类移动，造成气温骤降，并伴随健康等强风、降雪等天气寒潮多发生在冬季，受西伯利亚冷空气影响全球变暖的观测证据全球平均气温上升过去100年，全球平均气温上升了约1℃，是过去数千年来最快的升温速度冰川消融全球各地的冰川正在加速消融，导致海平面上升，并影响水资源供应海平面上升自1900年以来，全球海平面上升了约20厘米，预计未来将会继续上升极地冰盖变化格陵兰岛和南极洲的冰盖正在加速融化，加剧了海平面上升过去年的温度变化100冰川消融现象全球各地的冰川正在加速消融，包括冰川消融会影响水资源供应，导致河冰川消融也会引发海平面上升，加剧喜马拉雅山脉、阿尔卑斯山脉、安第流流量减少，威胁下游地区的用水安沿海地区的洪水风险斯山脉等全海平面上升海平面上升会导致沿海地区被海平面上升还会导致海岸线后淹没，威胁沿海城市和居民的退，破坏沿海生态系统，威胁安全海洋生物的生存海平面上升还会造成海水倒灌，污染地下水，威胁农业生产极地冰盖变化格陵兰岛和南极洲的冰盖正在极地冰盖的融化还会影响全球加速融化，导致海平面上升速气候，导致极地地区气温上升度加快，影响生物多样性极地冰盖的融化也会影响全球洋流，改变全球气候模式生态系统的响应气候变化会导致生态系统发生变化，气候变化还会改变生物的分布范围，气候变化还会改变生态系统的功能，例如一些物种灭绝，一些物种数量例如一些物种会向更高纬度地区迁例如一些生态系统会变得更加脆弱减少，一些物种数量增加移，一些物种会向更高海拔地区迁移，一些生态系统会变得更加稳定农业生产的影响气候变化会导致气温升高、降气候变化还会导致病虫害发生水减少、极端天气事件增多，率增加，加剧农业生产的风险影响农作物生长，导致农业减产气候变化还会导致水资源短缺，威胁农业生产用水安全人类健康的威胁气候变化会导致高温热浪，增气候变化还会导致空气污染加加中暑、心脏病、呼吸道疾病剧，影响人类呼吸系统健康等疾病的发生率气候变化还会导致传染病流行，例如登革热、疟疾等疾病的发生率增加城市热岛效应城市热岛效应是指城市中心区城市热岛效应是由于城市建筑域的气温比郊区高，形成一个“物和道路的比热容大，吸收热热岛”量多，而绿地和水体较少，散热能力差，导致城市中心区域气温升高城市热岛效应会加剧城市高温热浪，影响城市居民的健康，并增加空调使用量，加剧能源消耗温室气体排放现状化石燃料与碳排放化石燃料是指煤炭、石油、天然气等，是目前人类社会的主要能源来源，但其燃烧会产生大量的二氧化碳，是造成全球变暖的主要原因减少化石燃料的使用是应对气候变化的重要举措，例如发展新能源，提高能源效率，使用清洁能源工业活动的影响工业活动是温室气体排放的主工业活动产生的温室气体排放要来源，例如钢铁生产、水量巨大，对全球变暖影响很大泥生产、化工生产等，需要采取措施降低工业活动排放例如采用清洁生产技术，发展循环经济，提高能源效率等森林砍伐的后果森林是地球上重要的碳汇，吸森林砍伐会释放大量的二氧化收大气中的二氧化碳，减缓全碳，加剧全球变暖，并破坏生球变暖的速度态系统，导致生物多样性下降保护森林是应对气候变化的重要措施，例如减少森林砍伐，增加森林覆盖率，加强森林管理国际气候公约为了应对气候变化，国际社会UNFCCC于1992年在巴西里约已经制定了一系列气候公约，热内卢地球峰会上通过，旨在例如联合国气候变化框架公稳定大气中温室气体的浓度，约（UNFCCC）防止气候系统受到人类活动造成的人为干扰的危险国际气候公约的目标是通过各国共同努力，减缓全球变暖的速度，适应气候变化的影响，保护地球家园巴黎协定的主要内容巴黎协定是2015年在法国巴黎巴黎协定的目标是将全球平均通过的全球气候协议，是继《气温升幅控制在工业化前水平京都议定书》后，全球应对气的2℃以内，并努力将升温幅度候变化的又一重要里程碑控制在

1.5℃以内巴黎协定要求各国制定国家自主贡献目标，并定期更新目标，确保实现全球气候目标各国减排承诺碳中和目标碳中和是指通过各种措施，例如植实现碳中和是应对气候变化的关键举碳中和的目标是减少温室气体排放，树造林、节能减排、碳捕获与封存等措，需要全社会的共同努力，包括政减缓全球变暖的速度，保护地球家园，抵消自身产生的二氧化碳排放量，府、企业、个人等各个层面的行动实现二氧化碳净排放为零的目标可再生能源发展太阳能风能水能利用太阳光进行发电，是利用风力进行发电，是清利用水力进行发电，是清清洁、可再生的能源，可洁、可再生的能源，可以洁、可再生的能源，可以以有效减少化石燃料的使有效减少化石燃料的使用有效减少化石燃料的使用用，降低碳排放量，降低碳排放量，降低碳排放量生物质能利用生物质进行发电，是可再生的能源，可以有效减少化石燃料的使用，降低碳排放量节能减排技术提高能源效率通过技术改进，降低能源消耗，例如采用节能灯，提高建筑物的保温性能，优化交通运输系统等发展低碳技术开发和应用低碳技术，例如碳捕获与封存技术，清洁生产技术，绿色建筑技术等碳捕获与封存碳捕获与封存技术是指将工业碳捕获与封存技术可以有效减生产过程或燃煤电厂产生的二少二氧化碳排放，是应对气候氧化碳捕获，并储存到地下或变化的重要技术手段海洋深处，防止其释放到大气中目前，碳捕获与封存技术仍处于研发阶段，需要进一步提高效率和降低成本绿色建筑发展绿色建筑是指在建筑设计、建绿色建筑可以有效降低能源消造和运营过程中，采用节能环耗，减少碳排放，是应对气候保的技术和材料，减少对环境变化的重要措施的影响，并提高建筑的舒适度和健康性发展绿色建筑需要政府、企业和个人共同努力，例如制定绿色建筑标准，推广绿色建筑技术，鼓励使用绿色建筑材料低碳交通方案发展公共交通鼓励市民乘坐推广新能源汽车鼓励使用电公共交通，减少私家车出行，动汽车、氢能汽车等新能源汽降低交通排放车，降低交通排放发展自行车出行鼓励市民骑自行车出行，降低交通排放，并促进健康生活方式公众参与减排提高公众意识加强气候变化的科普宣传，提高公众对气候变化的认识，鼓励公众参与减排行动改变生活方式鼓励公众采取节能减排的行动，例如节约用水用电，减少碳排放，使用环保产品等气候变化教育加强气候变化教育在学校、社区等开展气候变化教育，培养青少年的环保意识，让他们了解气候变化的科学知识，并掌握应对气候变化的技能鼓励科学研究支持气候变化相关的科学研究，提高对气候变化的认识，并开发应对气候变化的解决方案适应气候变化的策略加强基础设施建设加强防洪、抗旱改变农业生产模式调整农业生产结加强灾害预警建立健全灾害预警机等基础设施建设，提升城市应对气候构，发展适应气候变化的品种，提升制，提高应对气候变化带来的极端天变化的能力农业抗风险能力气事件的能力未来气候预测模型气候模型是科学家用来预测未气候模型的预测结果表明，如来气候变化的工具，通过对大果人类不采取行动，全球平均气、海洋、陆地等系统进行模气温将在未来几十年继续上升拟，预测未来气候变化趋势，气候变化带来的影响将更加严重气候模型的预测结果可以为政策制定提供科学依据，帮助人类更好地应对气候变化气候变化的不确定性气候变化是一个复杂的系统，存在很多不确定性，例如未来温室气体排放量的不确定性，气候系统反馈机制的不确定性等气候变化的不确定性意味着预测未来气候变化的准确性有限，需要采取更加积极的应对措施，为应对各种风险做好准备人类的应对方案积极采取行动人类必须积极加强国际合作各国需要加强采取行动，减缓全球变暖的速国际合作，共同应对气候变化度，适应气候变化的影响，保，推动全球气候治理体系的完护地球家园善科技创新加强科技创新，开发应对气候变化的先进技术，为解决气候变化问题提供更多方案。