公共基础知识地学理论之大气科学

编辑:wangxx

2012-02-20

大气科学是研究大气的各种现象及其演变规律,以及如何利用这些规律为人类服务的一门学科。大气科学是地球科学的一个组成部分。它的研究对象主要是覆盖整个地球的大气圈,此外也研究太阳系其他行星的大气。

大气圈,特别是地球表面的低层大气,以及和它相关的水圈、岩石圈、生物圈是人类赖以生存的主要环境。如何认识大气中的各种现象,如何及时而又正确地预报未来的天气、气候,并对不利的天气、气候条件进行人工调节和防御,是人类自古以来一直不断探索的领域。

随着科学技术和生产的迅速发展,大气科学在国民经济和社会生活中的巨大作用日益显著,其研究领域已经越出通常所称的气象学的范围。

大气科学简史

大气科学是一门古老的学科,有关天气、气候知识起源于长久的生产劳动和社会生活的经验之中。

早在渔猎时代和农业时代,人们就逐渐积累起有关天气、气候变化的知识。中国在公元前2 世纪见于《淮南子·天文训》和《逸周书·时训解》的二十四节气和七十二候,就是从生产和生活实践中总结出来的,它又被用来指导农事活动。

17 世纪以前,人们对大气以及大气中各种现象的认识是直觉的、经验性的。17~18 世纪,由于物理学和化学的发展,温度、气压、风和湿度等测量仪器的陆续发明,氮、氧等元素的相继发现,为人类定量地认识大气的组成、大气的运动等创造了条件。于是,大气科学研究开始由单纯定性的描述进入了可以定量分析的阶段。这是大气科学发展进程中的一次飞跃。

1820 年,在气压、温度、湿度、风等气象要素的测定和气象观测站网逐步建立的条件下,布兰德斯绘制了历史上第一张天气图,开创了近代天气分析和天气预报方法,为大气科学向理论研究发展开辟了途径。这是大气科学发展史上的又一次飞跃。

1835 年科里奥利力的概念和1857 年白贝罗提出的风和气压的关系,成为地球大气动力学和天气分析的基石。1920 年前后,气象学家皮耶克尼斯,索尔贝格和伯杰龙等提出的锋面、气旋和气团学说,为天气分析和预报1~2 天以后的天气变化奠定了理论基础。

1783 年,法国查理制成了携带探测气象要素仪器的氢气气球。20 世纪30 年代无线电探空仪开始普遍使用,这就能够了解大气的铅直结构,真正三度空间的大气科学研究从此开始。根据探空资料绘制的高空天气图,发现了大气长波。1939 年气象学家罗斯比提出了长波动力学,并由此引出了位势涡度理论。这不仅使有理论依据的天气预报期限延伸到3~4 天,而且为后来的数值天气预报和大气环流的数值模拟开辟了道路。

1946 年朗缪尔、谢弗和冯内古特的“播云”试验,探明了在过冷云中播撒固体二氧化碳或

碘化银,可以使云中的过冷水滴冰晶化,增加云中的冰晶数目,促进降水,从此进入了人工影响天气的试验阶段。

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