《天气现象与气候变化》课件

天气现象与气候变化天气现象与气候变化是一门综合性很强的跨学科领域，融合了大气科学、地理学、物理学和环境科学等多个学科的知识体系本课程将深入探讨各种天气现象的形成机制，分析全球气候变化的科学原理和实际影响课程学习导航1天气与气候基本概念2主要天气现象解析明确区分天气和气候的基本定义，理解两者在时间和空间深入分析各种常见天气现象的形成原理、发展过程和影响尺度上的根本差异因素3气候变化原理与案例实践应用与互动讨论探讨全球气候变化的科学机制，结合具体案例分析变化趋势和影响天气与气候的本质区别天气特征气候特征天气是指某一特定地点和时间的短期大气状况，包括温度、湿气候是指某一地区长期的平均天气状况，反映了该地区大气状度、降水、风力等要素的瞬时表现天气现象变化迅速，通常况的统计学特征气候通常以30年为一个标准周期进行统计分以小时、天或周为时间单位，具有很强的不确定性和随机性析，包括年平均温度、降水分布、季节变化等长期规律我们每天关注的天气预报就是对未来几天内大气状况的预测，气候变化是一个缓慢的过程，需要通过长期观测数据才能识别这些预测基于当前的大气观测数据和数值模式计算出明显的变化趋势，对人类社会和自然生态系统具有深远影响天气要素的构成体系气温降水气压大气温度是最包括雨、雪、大气压力的变基本的天气要冰雹等各种形化直接影响天素，直接影响式的水汽凝结气系统的发展人类的生活舒物，是水循环和移动方向适度和农业生的重要环节产活动风与湿度风速风向和空气湿度共同决定了天气的舒适度和变化趋势气候要素的长期特征温度统计特征降水分布规律年平均气温、最高最低温度、温年降水量、降水季节分布、干湿度年较差等统计指标反映了一个季划分等特征决定了地区的水资地区的热量条件这些数据对于源状况降水的时空分布直接影农业规划、城市建设和能源消费响农业灌溉、水利工程设计和生预测具有重要意义态系统类型年际变化特征气候要素在不同年份间的波动程度反映了气候的稳定性较大的年际变化往往意味着更高的农业风险和更复杂的水资源管理需求常见天气现象全览凝结现象能见度现象对流现象霜、露、雾凇等地面凝结现象雾、霾、沙尘等影响大雷暴、龙卷风等强对流气透明度的现象天气现象降水现象风力现象雨、雪、冰雹等不同形季风、台风、局地风等态的降水各种风系气温的科学测量与意义测量原理气温测量基于物质热胀冷缩原理，使用标准化的温度计在规定条件下进行观测百叶箱标准百叶箱提供通风良好、避免阳光直射的测量环境，确保气温数据的准确性和可比性全球影响气温变化影响生物活动、农业生产、能源消费和人类健康等多个方面日气温变化规律清晨最低日出前气温达到最低值逐渐升高太阳升起后地面开始受热午后最高下午2-3点达到最高温度夜间降低日落后地面辐射散热降温年温差与季节循环纬度因素影响高纬度地区年温差大，低纬度地区年温差小这种差异直接影响了全球不同地区的农业种植制度和作物品种选择北方地区通常只能种植一季作物，而南方地区可以实现一年两熟甚至三熟海陆位置调节沿海地区受海洋调节作用影响，年温差相对较小，气候较为温和内陆地区缺乏海洋调节，年温差较大，常出现酷热的夏季和严寒的冬季，这种差异影响了城市规划和建筑设计农业生产适应不同地区根据当地的年温差特征，发展出适应性的农业生产模式温差大的地区适合种植耐寒作物，温差小的地区可以发展热带经济作物，形成了独特的农业地域类型降水与大气湿度冰雹强对流中的冰块降水雪花低温环境下的固态降水雨水最常见的液态降水形式水汽大气中的湿度基础气压变化与天气系统高压系统带来晴朗干燥的好天气低压系统产生云雨和不稳定天气极端低压形成台风等强烈天气现象风的形成与运动规律气压梯度力地转偏向力高低压差异产生的驱动力是风形成的根地球自转导致运动物体发生偏转，影响本原因风向力的平衡地形摩擦力多种力的相互作用最终决定了风的实际地表粗糙度对风速和风向产生阻滞作用方向和强度局地风系统特征海陆风循环山谷风系统白天陆地升温快于海洋，形成陆地低压、海洋高压的气压分山谷地区由于地形复杂，形成独特的局地风系统白天山坡受布，产生从海洋吹向陆地的海风夜间情况相反，陆地降温热强烈，暖空气沿坡上升形成谷风；夜间山坡辐射降温快，冷快，形成从陆地吹向海洋的陆风空气沿坡下沉形成山风沿海城市的居民经常能感受到这种规律性的风向变化，海风带这种风系统在山区农业和城市规划中具有重要意义，影响着污来相对凉爽湿润的空气，而陆风则相对干燥这种局地风系统染物的扩散、农作物的种植以及建筑物的设计和布局许多山对沿海地区的气候调节和空气质量都有重要影响区城市都需要考虑山谷风的影响来优化城市通风雾与霜的形成机制雾的成因当近地面空气中的水汽达到饱和状态时，多余的水汽就会凝结成微小的水滴悬浮在空中形成雾温度条件雾通常在温差较大的清晨出现，当地面辐射降温使空气温度接近或达到露点温度霜的形成当地面温度降至0℃以下，空气中的水汽直接凝华成冰晶附着在地面物体上形成霜农业影响霜冻对农作物危害很大，特别是春季晚霜和秋季早霜会严重影响农业生产雷暴与闪电现象30K100闪电温度每秒闪电瞬间温度可达30000℃，比太阳表面还要热全球每秒约发生100次闪电放电525M雷声延迟放电电压光速比声速快，每5秒延迟约等于1公里距离一次闪电的电压可达2500万伏特极端天气事件分类水文极端事件温度极端事件风力极端事件暴雨、干旱、洪涝等与水循环相关的极端热浪、寒潮、极端高温低温等事件随着台风、龙卷风、强雷暴等强风天气这类天气这类事件直接影响水资源分布、农全球变暖，热浪事件频率增加，对人类健事件破坏力极强，能够摧毁建筑物、输电业灌溉和城市排水系统，是造成经济损失康、能源消费和生态系统产生显著影响，线路，对交通运输和人员安全构成严重威最大的天气灾害类型之一特别是对老年人和儿童的健康威胁较大胁，需要建立完善的预警和防护体系中国主要气象灾害中国作为世界上气象灾害最为频繁和严重的国家之一，每年因各类气象灾害造成的经济损失达数千亿元干旱主要影响北方农业区，暴雨洪涝集中在东南沿海和长江流域，台风影响东南沿海地区，沙尘暴主要发生在西北和华北地区这些灾害的时空分布与中国复杂的地形地貌和多样的气候类型密切相关郑州特大暴雨事件分析年南方雪灾回顾2008受影响省份持续时间最大积雪深度经济损失湖南15天30厘米356亿元湖北12天25厘米298亿元江西10天20厘米187亿元安徽14天28厘米245亿元贵州18天35厘米423亿元2008年1月中旬至2月初，中国南方地区遭遇了50年一遇的低温雨雪冰冻灾害这次灾害是由于来自西伯利亚的强冷空气与来自南方的暖湿气流在南方地区长时间对峙造成的灾害导致电力系统瘫痪、交通运输中断，特别是春运期间造成了严重的社会影响地球气候系统构成大气圈水圈冰冻圈包含各种气体成分，是包括海洋、河流、湖泊包括冰川、积雪、海冰天气和气候现象的主要等水体，是全球水循环等，通过反射太阳辐射活动场所，通过大气环的载体，调节地表温度和储存淡水资源影响气流影响全球能量分布和湿度候生物圈通过光合作用和呼吸作用参与碳循环，影响大气成分和气候变化全球气候带分布规律热带气候带温带气候带位于赤道附近，全年高温，降位于中纬度地区，四季分明，水丰富，形成热带雨林和热带是世界主要农业区和人口集中草原气候这一气候带是全球区温带气候适宜人类居住和生物多样性最丰富的地区，但农业发展，孕育了人类主要的也面临着森林砍伐和生态退化文明和经济中心的威胁寒带气候带位于高纬度地区，全年低温，降水稀少，植被稀疏虽然环境严酷，但储藏着丰富的矿产资源，在全球气候调节中发挥重要作用典型气候区城市案例热带季风气候温带海洋性气候温带大陆性气候以孟买、曼谷为代表，具有明显的干以伦敦、西雅图为代表，全年温和湿以北京、莫斯科为代表，冬冷夏热，湿季之分湿季降水集中，干季降水润，降水分布相对均匀这种气候条降水集中在夏季大的年温差和季节稀少这种气候模式深刻影响了当地件促进了畜牧业的发展，形成了发达性降水特征塑造了这些地区独特的农的农业生产方式，形成了独特的季风的乳畜业和园艺业业结构和生活方式农业文化气候变率与周期性波动年际变化不同年份间气候要素的波动，如某年特别炎热或寒冷十年尺度波动以10-30年为周期的气候振荡，如太平洋十年振荡厄尔尼诺现象2-7年周期的海温异常，影响全球天气格局长期趋势数十年至百年尺度的气候变化趋势全球气候变化的多样性变湿趋势变干趋势全球平均30%地区全球平均35%地区••变暖趋势高纬度地区降水增加亚热带干旱区扩展相对稳定••极端降水事件频发干旱持续时间延长全球平均25%地区全球平均10%地区••北极地区最为显著海洋调节作用显著••城市热岛效应加强局地因素影响较小全球变暖的科学证据温室气体的增温机制太阳辐射短波辐射穿透大气到达地面地面吸收地表吸收太阳能并转化为热能长波辐射地面以长波辐射形式向太空散发热量温室气体吸收₂CO等气体吸收长波辐射并重新发射温度升高大气保温效应增强，地表温度上升人类活动的气候影响36B年碳排放量全球每年排放约360亿吨二氧化碳当量415大气₂浓度CO已达415ppm，为300万年来最高水平75%化石燃料贡献温室气体排放中化石燃料占比约75%18%土地利用变化森林砍伐等土地利用变化贡献约18%城市化的气候效应建筑密集化高密度建筑改变地表性质，增加热容量和粗糙度，影响局地风场和温度分布地表硬化混凝土和沥青等人工表面替代自然植被，降低蒸发冷却效应，增强热吸收能力人为热源交通工具、空调设备、工业活动等产生大量废热，直接增加城市热负荷热岛效应城市温度比周边农村地区高2-8℃，夜间差异更加明显，影响居民舒适度和能耗气候变化对海洋的冲击海平面上升海洋酸化全球海平面在过去100年中上升了约21厘米，目前上升速度为海洋吸收了约30%的人为二氧化碳排放，导致海水pH值下降每年

3.3毫米且在加快海平面上升主要由热膨胀和冰川融化

0.1个单位，海洋酸化速度为6500万年来最快两个因素驱动酸化严重影响珊瑚礁、贝类等海洋生物的钙化过程，威胁海洋沿海低洼地区面临被淹没的风险，小岛屿国家更是面临生存威生态系统稳定全球约50%的珊瑚礁已经出现白化现象，影响胁许多沿海城市需要投入巨资建设海堤和排水系统来应对海海洋生物多样性和渔业资源平面上升带来的洪涝风险生态系统的气候响应植被带北移随着气温升高，森林线和植被带向高纬度和高海拔地区迁移北方针叶林向北扩展，而苔原面积相应减少这种变化改变了生态系统的碳储存能力和生物多样性分布格局物种分布调整许多动植物物种为适应变化的气候条件，正在改变其地理分布范围一些物种向极地或高山地区迁移，而另一些物种则面临栖息地丧失的威胁，特别是那些适应性较差的特有种生态系统功能变化气候变化影响生态系统的物质循环和能量流动，改变植物的生长周期、动物的繁殖行为和迁徙模式这些变化可能导致生态系统服务功能的下降，如水源涵养、土壤保持等能力的减弱农业面临的气候挑战病虫害害虫分布扩大，防治成本增加干旱压力降水不稳定，灌溉需求增加热胁迫高温影响作物生长发育和产量种植结构适宜种植区域发生变化粮食安全全球粮食生产稳定性面临威胁气候变化的健康风险热相关疾病传染病扩散高温天气增加中暑、心血管疾病和肾脏气温升高有利于蚊虫等病媒生物繁殖，疾病的发病率，老年人和儿童是最易受疟疾、登革热等传染病传播范围向高纬影响的群体度地区扩展营养不良风险空气质量恶化极端天气影响农业生产，可能导致食物高温促进地面臭氧形成，加剧空气污短缺和营养不良，特别是在发展中国家染，增加呼吸系统疾病的发生率的脆弱人群中气象灾害的系统分类风灾水灾旱灾包括台风、龙卷风、暴雨洪涝、山洪泥石长期降水不足导致的雷暴大风等，主要破流等，威胁人民生命干旱，影响农业生产坏建筑物和基础设财产安全，影响城市和城市供水，造成生施，影响交通运输正常运行态环境恶化雪灾暴雪、冰冻灾害等，影响交通通信，破坏电力设施，威胁牲畜安全年世界气象日主题解读2023气象服务保障灾害风险管理公众意识提升现代气象服务体系为社会各行业提通过完善的气象监测预警体系，可加强气象科普教育，提高公众对气供精准的天气预报和气候信息，支以提前发现和预防气象灾害风险，象灾害的认知和防范能力让每个撑经济社会发展和人民生活需要最大限度减少灾害损失早期预警人都成为气象信息的接收者和传播从日常出行到农业生产，从航空航系统能够为政府决策和公众防护提者，共同构建防灾减灾的社会防海到能源调度，气象服务无处不供关键信息支撑线在重大历史气象灾害启示年长江特大洪水1998持续强降水导致长江全流域发生特大洪水，受灾人口超过2亿，直接经济损失1600多亿元2蒙古国白灾事件2009-2010年冬春季节，蒙古国遭遇严重雪灾，数百万头牲畜死亡，牧民生活受到严重影响年欧洲热浪2003欧洲遭遇500年来最严重热浪，法国等国家死亡人数超过7万人，凸显了极端高温的致命威胁年卡特里娜飓风2005美国新奥尔良遭受重创，暴露了城市基础设施和应急管理体系的脆弱性现代气象监测技术体系地面观测全球气象站网提供基础数据卫星遥感实时监测全球大气状况雷达探测精确追踪降水和风暴系统预警发布多渠道快速传播警报信息天气预报的科学原理数据收集全球观测数据实时汇集数值计算超级计算机运行大气模式统计订正结合历史数据优化预报结果人工分析气象专家综合判断和修正产品发布5多媒体渠道向公众发布气象科技的前沿发展气象大模型AI深度学习算法能够从海量气象数据中学习复杂的大气运动规律，提高天气预报的精度和时效性人工智能模型在处理非线性大气过程方面显示出独特优势，为极端天气预报带来新突破先进雷达技术新一代多普勒天气雷达具备更高的空间分辨率和时间分辨率，能够精确捕捉强对流天气的发生发展过程相控阵雷达技术的应用使得对龙卷风、冰雹等危险天气的预警能力大幅提升卫星遥感革新新一代气象卫星搭载更多先进传感器，能够获取大气温湿度、风场、云雨等三维结构信息高时空分辨率的卫星数据为数值天气预报模式提供了更丰富的初始场资料，显著改善预报效果全球气候治理合作合作机制创新减排目标设定国际框架建立建立了包括技术转让、资金支持、能力建设《巴黎协定》设定了将全球平均气温升幅控在内的多元化合作机制发达国家承诺向发《联合国气候变化框架公约》确立了应对气制在2℃以内，并努力限制在

1.5℃以内的长展中国家提供气候资金支持，促进清洁技术候变化的基本原则和目标，为全球气候治理期目标各国根据自身国情制定国家自主贡的全球推广应用，共同应对气候变化挑战提供了法律基础该公约强调了共同但有区献目标，形成了自下而上的减排机制别的责任原则，体现了对发展中国家特殊情况的考虑中国碳达峰碳中和行动2020年装机GW2023年装机GW绿色低碳生活实践绿色出行方式节能生活习惯环保消费理念优先选择公共交通、自行车或步行等在日常生活中培养节电节水的好习选择本地生产的食品，减少包装废低碳出行方式城市应完善公共交通惯，合理使用空调和照明设备，选择物，支持可持续发展的产品和服务网络，推广电动汽车和共享交通工高效节能的家用电器简约适度的生垃圾分类和资源回收利用是减少环境具个人出行选择的改变虽然看似微活方式不仅减少碳排放，也有助于节负担的重要途径，每个人都可以成为小，但汇聚起来将产生巨大的减排效约生活成本，提高生活品质循环经济的参与者应气象灾害防御指南关注预警信息家庭应急准备及时关注气象部门发布的天储备必要的应急物资，包括气预报和预警信号，了解灾食物、饮用水、手电筒、收害性天气的发生时间、影响音机、常用药品等制定家范围和强度等级下载官方庭应急计划，明确避险场所气象APP，开启推送通知功和联系方式定期检查和更能，确保第一时间获取预警新应急用品，确保关键时刻信息能够发挥作用正确避险行为遇到不同类型的极端天气，采取相应的防护措施台风期间避免外出，远离易倒塌的建筑物；雷暴时不要在空旷地带停留；暴雨时避开低洼积水区域；雪灾时储备充足的食物和燃料。