引论 气候学的对象、简史和意义 ◆ 气候学的对象 ◆ 气候学的简史 ◆ 气候学的意义 (Jones et al. 1999) 气候学的对象 严重的洪涝 持续的干旱 猛烈的风暴 全球变暖 频繁的沙尘暴 强大的厄尔尼诺 …... ? 气候学的对象 ? 2004年《科学》提出的十大科技新闻中,2 条是气候变化 ? 2005年增加到3条 ? 美国著名学者F1int教授在70年代曾预言: “关于气变迁的理论将在20世纪末问世” 气候定义 ? 气候统计量(climatic statistic)又称 气候要素、气候指标(climatic index), 它是各种气象要素的多年观测记录按不同 方式进行统计所得的结果。它们是分析和 描述气候特征及其变化规律的基本资料。 常用的有平均值、总量、频率、极值、变 率、各种天气现象的时数及其初终日、某 些气象要素的持续日数等。 ? 气候统计量通常要求有较长年代的观测记 录,以使所得的统计结果比较稳定。 项目 气候 天气 时间尺度 物质范畴 稳定性 某一时段的平均 某一时刻的晴、 状态/统计特征 阴、温、风大气 状态 气候系统:大气 圈、水圈、冰雪 圈、岩石圈、生 物圈; 整个大气圈层 相对稳定、慢过 程,决定于边条 件 天气系统:大气 对流层 瞬息万变,快过 程;初条件 海岛 海岸 平地 山地 气候要素 热带 热带 热带 热带 热带 热带 热带 热带 内 外 内 外 内 外内 外 温度 10 5 15 8 15 10 25 15 湿度 3 1 6 2 5 3 10 6 能见度 4 2 4 3 8 4 12 6 云量 5 3 5 3 5 4 8 6 降水量 25 30 30 40 40 40 50 50 气候定义 ? 为了对全球或某个区域的气候作比较分析, 必须采用相同年代的资料。在气候的比较 研究方面为了避免由于观测的年代不同产 生的不可比较性,1935年在华沙举行的国 际气象会议建议为1901~1930年的多项气 象要素建立所谓标准序列,降水量则采用 1891~1930年的序列,在世界性气候的可 比较性上,可说是一大进步。 ? 1957年在华盛顿举行的国际气象会议,又 决议建立1931~1960年的新标准序列。 气候定义 ? WMO:30年时段的气候平均状况具有一定的代表性, 基本上能反映出当地的气候特征,规定30年为整编 气候资料时段长度的最短年限,并以1961~1990年 的气候统计量,作为可以比较的标准。 ? 对于当前气候, WMO规定用刚刚过去3个年代共30年 的平均值作为准平均,每过10年更新一次。目前的 准平均是1971~2000年,到2010年后就更新为 1981~2010年。 ? 各个30年统计时段气候的统计平均之间的差异称为 气候变化,在30年内各个年份之间的差异称为气候 变率。 气候定义 ? 采用30年平均资料作为描述气候特点的基本时段,平滑 掉了年际气候变率,削弱约20~40年尺度的年代际变率, 从而得到一个较稳定的值,能够表现更宏观(约百年阶 段)的气候特点。 ? 这个阶段的长度恰好与人的自然生命期相近,作为人类 活动的环境参数是非常适用的。 ? 从有气象观测记录以来,30年气候还是相对稳定的,近 百年来各个30年比较,温度相差不到1℃,降水量相差 不到100mm。例如我国各月气温的30年平均值的平均偏 差在0.06~0.23℃之间,中位数0.15℃。因此,30年平 均值具有近似稳定性,对于当前的规划、工程设计以及 社会经济问题都是有代表性的。 研究内容 1.1 气候监测 气候监测 气候变异和气候变化将影响人类生存条件的变化,影响社会经济 活动和公众生活的方方面面。要了解气候变化及其强迫因素,预测 未来气候变化,必须具有综合的多圈层全球观测系统,以获取高质 量资料和相关产品。 以人造卫星为标志的空间时代的到来,第一次提供了从大气、 海洋到陆地,从赤道到南北两极,覆盖整个地球的环境信息和它的连 续不断的变化。到目前为止大约有2000多颗人造卫星在太空中遨游, 连续不断地获取地球环境变化的信息。 对地观测的遥感系统同时又把地面上的气象、水文,海洋和生态 等观测站网连接起来,构成了对整个地球进行监测的空间网,测量着 地球变化的脉搏。 风云 1号 风云 2号 对地观测系统 全球气候 观测系统 全球海洋 观测系统 全球陆地 观测系统 地面观测网 气象 水文 生态 海洋 地震 把地球放进实验室--地球系统模式 Argo: A Global Array of Profiling Floats 气候诊断(climate diagnosis) ? 这个名词是在70年代中期才开始出现的,过去称 为观测研究、经验研究。气候诊断即根据气候监 测结果对气候变化与气候异常的程度及原因做出 判断,这是当前气候系统研究中一个十分活跃的 领域。 ? 经典的气候诊断研究多采用统计方法,近些年分 析方法则不断改进。例如,为了研究时间序列的 周期性,开始多采用功率谱分析,后来又采用对 频率更敏感的最大熵谱分析,近来考虑周期性随 时间变化又提出独谱分析,其它统计分析方法也 在不断改进。不过,诊断方法的最大变化还在于 采用气候模式。用GCM进行气候模拟,进行气候诊 断是一个巨大的进步。 气候重建(climate reconstructing) ? 利用各种代用资料(proxy)建立古气候序 列称为气候重建。从原则上讲这也应属于 气候诊断的范畴。不过,一般谈到气候诊 断,多指根据现代观测资料进行分析,而 古气候的重建则只能应用各种代用资料。 Lamb ( 1977 ) 花 了 12 年 时 间 写 出 的 巨 著 《气候的变迁和展望》,对过去气候记录 的重建资料及处理这些资料的方法作过说 明。1985年,Bradlge发表了关于古气候重 建方法的专著。 气候重建(climat