气象专业英语课文翻译

第一课 大气的结构和组成 第一课 大气的结构和组成 就像海洋中的鱼一样,人类被局限在大气中一个非常狭窄的层次之内。虽然地球的大气层在水平方向上的不均匀性比在垂直高度上的不均匀性要小得多。但它确确实实在水平和垂直两个方向上都是不均匀的。 人们设计了各种各样的来划分大气的层次。有的基于垂直温度廓线的性质，有的根据空气在不同高度上的大气成分，有的根据大气在不同高度上对飞机的影响来划分等等。根据空气温度随高度的变化来划分（大气的层次）是气象文献中用得最普遍的一种划分方法。 根据1961年世界气象组织大气学委会公布的标准，地球大气被划分为5个主要层次：对流层，平流层，中层，热成层以及外逸层。这些层次之间邻接着4个浅薄的过渡区域：对流层顶，平流层顶，中层顶以及热成层顶。 对流层是介于地球表面和对流层顶之间的大气低层．在对流层中，温度以平均6.5°C/km的递减率随高度的增加而降低，其上边界在极地和中纬度地区大约位于8—12Km的高度，在热带地区大约位于16-18Km的高度。在极地和中纬度，对流层包含了大气层中空气质量的75%左右，然而在热带地区，包含了大约90%。对流层顶是一个中间层次，据观测，其温度是逆温或是等温分布。 平流层是位于对流层之上的大气层，在平流层中，温度或是随高度增加，或是几乎保持定常。在平流层的低层（直到地球表面之上大约20Km）温度实际是一个常数（大约-56摄氏度）。然而再向上，大约20Km~30Km的高度，温度随高度以1°c/km的速度增加，从30Km~47Km高度上，以2.8°c/km的速率增加。在标准情况下，47Km高度上正常的温度是-2.5摄氏度。温度随高度的增加是由于太阳辐射的紫外线被臭氧分子吸收的缘故。值得一提的是大气层中空气总质量的99%都集中在对流层和平流层中，一直伸展到30-35Km的高度上。平流层顶 位于平流层和中间层的中间层（大约从47-52Km的高度上），平流层顶温度保持定常，约为0摄氏度。 一直到大约71Km，中层中的温度随高度以大约2.8°c/km的速度连续降低，从71~85Km，递减率为2.0°c/km。85~95Km高度上，温度的范围从－85~－90摄氏度，中层顶是位于中层和热成层之间的过渡层（在热成层中逆温区的底部）。通常情况下，中层顶位于85~95Km高，其特征是保持-86.5摄氏度的常温。 热成层是位于中层顶上的大气层，其温度随高度的增加而增加，到热成层上边界的平均高度，即大约在450Km高度上，达到大约2000摄氏度。该层中温度的增加主要是因为太阳辐射的紫外线被氧分子吸收，分解所致。 外逸层是最远的，也是研究最少的大气的上层部分。他位于大约450Km的高度上。外逸层中空气的密度非常小，以致原子和分子都能逃逸到星际空间。 最后，除了以上对大气的划分以外，我们也可以根据大气和地面的相互作用得到另一种分法。根据此原则，大气通常被划分为所谓的边界层（有时也称摩擦层）和自由大气。地球表面和涡度粘滞力对大气边界层（知道1-1.5Km）有相当大的影响；同时，作为一级近似，在自由大气中我们可以忽略涡度粘滞力的影响。 以上这些大气层中，只有对流层（尤其是边界层）中气象参数的垂直分布具有显著的不稳定性的特征。人们观测到该层中存在逆稳和温度随高度超绝热变化。  地球大气是气体和气溶胶的混合物，所谓的气溶胶指的是由分布在空气中的微小的液体和固体颗粒组成的系统。空气不是一种特殊的气体，而是由许多气体混合成的。其中一些气体，如，氮，氧，氩，氖等，作为空气的永久组成成分，总是以固定的比例存在于大气中。其中一些成分，如，水汽，二氧化碳和臭氧的含量是随时间和地点的不同而改变。 氮在空气中的含量最多，其中主要来源是腐烂的作物残渣，动物尸体及火山爆发。另一方面，大气中的氮又为包括植物和海洋生物在内的生物过程的所消耗。闪电及高温燃烧过程将少量氮气转化为氮化物，再由雨雪带出大气。大气中氮的损耗和产生是平衡的。 地球生命必不可少的气体——氧气，在大气中已有三千年左右的时间了。氧气由植物释放出来，即通过植物的光合作用吸收二氧化碳，释放氧气，被人类和动物所吸收，人和动物的呼吸系统同植物的呼吸系统恰恰相反。我们吸进氧气呼出二氧化碳，氧气溶进湖，河和海洋中，来维持海洋生物的生存。在同其他物质发生化学反应或是有机物的腐烂过程也要消耗氧气，比如说钢铁生锈就涉及到氧化过程。 对人类来说，稀少的，多变的气体是非常重要的。水汽，即水的气态，在大气 的含量是比较稀少的，而且它的生成和消耗是比较快的。因此，水汽在大气中存在的平均时间只有11天，水汽是雨雪得源泉，没有水汽我们就不能生存。众所周知，水汽在大气中的含量是多变的，在沙漠地带，水汽含量非常低，只占空气总量的很少的一部分，相反，在其他地区，特别是潮湿的热的海面上，或者赤道洋面上，水汽可以占到大气总量的5%左右。 尽管大气中的水汽的含量随时间和地点的不同有很大的变化，但它在整个地球上的总量实际上是不变的。而二氧化碳却不是这样的。在过去的一百年里，这种稀少的但却很重要的气体的含量一直在上升。腐烂的植物，土壤中的腐殖物以及燃烧煤，石油，天然气，等化石燃料都能向大气释放二氧化碳。二氧化碳主要的汇是海洋和植物，植物需要二氧化碳进行光合作用，二十世纪八十年代中期，大气化学家就森林的燃烧，砍伐对大气中二氧化碳产生的影响进行了争论。海洋吸收了大量的二氧化碳，大约占化石燃料燃烧释放的二氧化碳总量的一半。人们预测，往后的几十年，这部分吸收量将会逐步减少，而释放的二氧化碳的总量则会增加，这种情况至少会延续到下个世纪初。二十世纪八十年代，大气中的二氧化碳，每年以空气的百万分之一的速度增加。但是，据预测，这种增加速度在未来的几十年中还要更快一些。1983年，其含量平均为空气的百万分之340。 另一种重要多变的气体 -------臭氧（O3），多存在于高层大气中，但在交通拥挤，有许多工厂或是充足阳光照射的地区也有臭氧存在。像洛杉矶这样的城市，O3最多时可超过0.1ppm。大气中臭氧的含量大多在1、0——10ppm之间 之间。它们随高度，季节，时间，天气状况的不同而不同。高层大气中的O3 层是由光化学反应造成的。臭氧层之所以重要，是因为它通过吸收上层大气紫外线辐射，从而减少紫外线到达地面的总量，接受紫外线照射的时间越长，就越容易造成严重的大气灼伤，从而增加皮肤癌的危险。生物学家指出，紫外线过渡的增加还会影响生物圈中的其它组成成分。 有些气体，如果浓度过高，对人，动物及植物生命可能有害，比如，O3浓度过高会对生物有机体造成危害。虽然这种情况不常发生。但洛杉矶这样污染严重的城市，有时接近地面的O3含量变得足以毁坏某些植物表面的叶片。人类活动将大量具有潜在危险的气体带入大气。大型锅炉，工厂，炼油厂和发动机，特别是汽油发动机排放出空气污染物。所有这些场所以及其它特别类似场所：燃烧煤，石油，汽油，煤油等化石燃料，在燃烧过程中，它们向空气中排放气体或烟尘颗粒，这些颗粒经过相当长的时间又和空气中其他成分发生反应，形成有毒的化合物。 分布最广泛的，而且潜在危险最大的气体污染物是一氧化碳，二氧化硫，氧化氮和碳氢化合物。这些化合物最终来源于蒸发的汽油和其他石油产物。 ​ 第二课 锋生和锋的特征 锋生 随着许多与边界，锋面不同气团之间的形成与运动相联系的逐日变化被揭露之后，我们对中纬度天气变化的详细了解才取得了首次真正意义上的进步。在这些问未解决之前，对温度，风向，湿度和其他物理现象的观测表明具有不同特征而又紧密接触的气团之间经常存在不连续性。这些不同气团之间交会的面——锋面，是第一次世界大战时期由在挪威工作的一批气象学家提出的一个逻辑词汇。他们的想法在大多数天气分析和预报中，尤其是在中，高纬度仍是一个完整的部分。 1.   锋波  我们观测到气团的交界面即锋面是一种典型的几何状，类似于一种波的形成。实际上，相似的波形也出现在许多不同介质的交界面，例如，海洋表面的波，沙滩上的涟漪和风吹成的沙丘等等。然而，并不象这些波形，大气中的锋面通常是不稳定的，也就是说，它们突然生成，发展，然后逐渐消散。数值模式计算表明，在中纬度斜压大气中，如果锋波波长超过几千公里，那些锋波是不稳定的。锋波的波长通常是1500-3000km。因此，最初引起兴趣大气波动系统和其他介质交界面所形成的类似的东西不是以作为发展成解释锋面的基础。尤其是对流层上层的环流对锋波的发展和壮大才是引起至关重要的适当条件（就这一点），我们将在以下的论证中给出。 2.  锋波低压 低压（又称低压区或气旋），是一个有着或多或少等压环流形式的相对低压区。他们直径覆盖100-3000Km，通常有4-7天的生命史。具有这些特征的系统在每日的天气图上很突出，被称为具有天气尺度的特点。至少在中纬度地区，低压通常是与相对的气团之间的辐合联系在一起的。这些气团之间的交界面发展成波的形式，它的峰位于低压区的中心。锋波围住了波前变性的冷空气和波后新鲜冷空气之间的一团暖空气。锋波的形成也造成了原始空气团不连续的两部分之间的差异。每一部分在冷暖空气之间具有明显的边界，每一部分邻近区域的天气特征十分不同。锋面的这两部分由名为暖锋-----波的前边缘和冷锋-----波后冷空气来区分。 低压通常在开始锢囚后12-24小时强度达到最大。 锋的特征 从天气方面来说，锋的移动依靠空气团的垂直运动。如果暖区中的空气相对锋区是上升的，那么，锋通常是十分活跃的，被称为上滑锋。相反，为暖空气相对于冷空气团下沉是，则会产生不活跃的下滑锋。 1.   暖锋 暖锋是指锋波中暖区的前边缘。这儿所提的锋区是一个十分轻微的坡度，量级在1/2°----1°之间，所以，与锋的上部相联系的云系在地面锋到来之前的12小时甚至更造就预示了锋的临近。随着暖空气上升的上滑暖锋有多层云系，这些云系稳定的增厚，并向锋的地面位置下降。最开始的云石薄而缥缈的卷云，紧接着是成片的卷层云和高层云。当高层云加厚开始下毛毛雨或者开始下大雨时，太阳就开始昏暗了。经常会伸展到对流层大部分地区而且伴随着连续性降水发生的云系通常叫做雨层云。当下降的雨水穿过冷空气时经过蒸发，迅速的达到饱和，也可能形成一片片的层云。 下滑锋中的下沉暖空气极大限制了中高层云的发展。锋面云系主要是层积云，由于在冷暖空气团中下沉逆温的作用，云系的厚度受到了限制。降水通常是由雨滴的合并作用引起的小雨或毛毛雨，因为冻结高度比较多地倾向于在逆温层之上，尤其是在夏季。 暖锋过境时，风向发生转变，温度升高，气压下降。暖空气中，降水是间歇性的或者无雨，薄的片状层积云也可能断裂开来。 因为大多数锋在对流层的所有层次上或者说贯穿锋的整个长度并不都是上滑锋或者下滑锋，所以要预报与暖锋相联系的雨带的范围是很复杂的。由于这个原因，雷达波越来越多的用来直接测定雨带的精确范围和雨量强度的差异。 这些研究表明，大多数降水的产生和分布是由宽达几百公里，厚达几公里的宽阔气流所控制，这股气流平行于地面冷锋，为于地面冷锋之前。 就是在冷锋之前，在离地表约1Km之上随着风速增大到25-35m/s，这股气流形成了低空急流。暖湿空气在暖锋上上升，在暖锋前转向东南方，同时与对流层中部分的气流合并。这股气流被称之为“传送带”。（因为在中纬度传输大尺度的热量和动量）。大范围的对流潜在不稳定是由与对流层中部潜在的干冷空气在低层气流上爬越作用而造成的。不稳定主要在形成的对流群---即中尺度降水区的小尺度对流单体中释放。这些中尺度降水区进一步排列进带状，大约50---100Km宽。在暖锋前，这条带状区域横向平行于传送带上升区中的气流，然而，在暖区中，则平行于冷锋和低空急流。在某些情况下，对流单体和对流群在暖区中和暖锋前进一步排列成带状。暖锋雨带的降水经常随着来自上层云层“散布”的冰粒。据估计，大约20--35%的降水来源于“催化剂”区，其余的来源于地层云系。一些对流单体和对流群天气会通过地形影响而成，而且但大气不稳定时，这些影响会延伸到下风方向。 2.   冷锋 冷锋的天气状况同样是多变的，它依赖于暖区气团的稳定性和相对于锋区的垂直运动。经典的冷锋模式是上滑型的，云系通常是积雨云。在大不列颠岛上空暖区中的空气很少是不稳定的，导致在冷锋上出现雨层云的概率更多。伴随下滑型锋面的云系一般是层积云，降水较少。伴随着上滑型冷锋，通常会短暂的倾盆大雨，有时还会伴随打雷。冷锋的坡度大约是2°，这意味着坏天气的持续时间比暖锋要短。冷锋过境，风向急剧变化，气压开始上升，温度下降。天空会突然放晴，有些情况下，甚至在地面冷锋过境迁就放晴了，虽然下滑锋的变化总的来说要缓和得多。 3.   锢囚锋 锢囚锋分为冷式和暖式。区别在于暖区前和暖区后的冷气团的相对状态。如果气团比其后更冷，则为暖式锢囚锋，相反，则成为冷式锢囚锋。当冬季欧洲上空的低压锢囚以及很冷的空气影响大陆时，低压前的空气很可能是最冷的。 暖空气楔形隆起的形状是与层云区相联系的，经常会有降水。因此，在一些天气图上，它的位置会单独标识，加拿大气象学家称之为高空暖舌。这一段的锢囚锋和高空暖舌带来与极地空气团天气相反的变化。 当极地槽和主要的极锋相互作用，会产生不同的过程，会引起短暂的锢囚。极锋的暖传送带上升到对流层上部的急流区形成层状云带，然而在低空极地槽传送带与之呈90度角，则在冷空气前边缘形成主要极锋向极的对流云带和降水区。  尽管锋消代表锋面存在的最后阶段，但锋消并不一定与锢囚联系在一起。当临近的气团之间的差异不再存在时，消亡就发生了。这可能是由4个方面引起的：一是由于它们在同一平面共同停滞；二是因为两气团的相同的速度平行的轨迹行动；三是因为它们紧接着以相同的速度沿着相同的轨迹运动；四是由于系统并入到与它本身具有同样温度的空气中。 第三课：气象预报 国家气象局从事各种活动提供天气预报。它们主要是收集资料，为各地方台提供大气状况的基本分析及预报图作准备，不但为短，长期天气预报作准备，而且对如航空，航海，农业及其他一些商业，工业用户提供特殊服务，此外还发布灾害性天气警报。 1.资料来源  天气预报及其他服务所需的资料主要是由世界标准的00.06.12和18时（格林威治时）所提供的天气报告，特别为国家航空所需要的每小时观测记录，以及高层大气的探测资料（00和12GMT），卫星资料以及其他一些特殊网格，如灾害性天气预报所用的雷达。在世界天气监测网下，大约有4000个陆地站和7000船舶站作天气报告。约有700个站进行高层大气探测（温度，气压，湿度和风）。这些资料通过电传打字机和电台的电码方式汇集到区域或国家气象中心，同高速运转的全球电传通讯系统相联接，这个系统同墨尔本，莫斯科，华盛顿的世界气象中心以及其他11个区域气象中心相联系，再由他们分发这些资料。在世界气象组织的保护下，由157个站和区域共同完成这项任务。 自1965年起，气象信息就由美国和苏联的业务卫星收集，最近欧洲空间管理站，日本和印度也收集（气象信息）。由两类气象卫星；极轨卫星，在极地上空绕轨迹每隔24小时提供两次全球范围的信息。（如美国的NOAA和TIROS系列，以及苏联的流星卫星）；还有地球同步卫星（例如，地球静止业务环境卫星和梅多沙特卫星），对地球上空中低纬覆盖地表三分之一的地区反复传送信息（30分钟）。大气信息包括，数字资料，可直接读出的云盖，可见光和红外图像以及河表温度，还有全球整个大气的温度和湿度廓线，这些廓线是由多通道的红外和微波适应器接收大气层的特殊辐射而得到的。另外，卫星也有资料收集系统（DCS），把从地面站和海洋附表站所得到的众多的环境资料传递给处理中心，GOES也能以传真的方式传送整理过的卫星图像，NOAA极轨卫星也有自动图传发系统，全世界有900多个站利用这个系统。 2.预报 气象情报快速的收集，汇编，整理才能使现代天气预报成为可能。上世纪中叶，随着电报的发明天气预报实现了第一次进步，它通过绘制天气图对气象资料即刻进行分析。这些天气图在1851年大不列颠的博览会山首次展出。通过Fitzroy和Abereroleby的研究，天气的连续变化同气压的时空分布特征有关，但不久就提出了天气系统的理论模型------著名的皮叶克及斯（温带）气旋模式。 天气预报通常指的是短期，中期（延伸），长期天气预报。前两种为当前的天气服务，我们就把他们归为一类。 短期天气预报 直到二十世纪五十年代，天气预报步骤还是依据天气学原理，到六十年代，由于数值预报的诞生，预报经验有了一次大的变革，采用了“现时预报”技术。 本世纪前半期，短期天气预报常以天气学原理，经验规律以及对气压变化进行外推为基础。 1955年以后，常规的天气预报已经以数值预报为基础了。这些模式根据质量守恒，能量守恒及动量守恒定律来预报大气物理过程的演变。基本原则就是地面气压的上升或下降与其上空气柱质量的辐合辐散有关。 大多数国家气象中心的天气预报经验基本上相同。每天必须经过两次大气环流形势预报（00，12GMT）。由于大多数天气分析技术都是采用自动化，12小时前的预报图作为分析天气场的第一次推测图。利用三种不同的内插法，可以得到全球标准气压层（850，700，500，400，300，250，200和100mb）上的温度，湿度，风及位势高度的平滑网格点资料。国家气象中心目前有两种基本预报模式：一种特殊十二层（六层）模式，（从边界层到平流层上层），它们可以积分10次以上；另一种是适用于区域的嵌套网格模式，它具有很好的水平分辨率。值得注意的是如果网格空间减少一半（意味着网格增加），计算机运行的时间则需要翻几番。比不可少的预报产品是平均海平面气压，标准气压层上的温度，风速，1000—5000mb的厚度，垂直运动，对流层底层的水汽含量及总降水量。 现在的天气状况的预报通常是采用美国国家气象局开发的模式输出系统技术，它既把天气变化和预报气压（或高度）形势联系起来，也考虑锋的模式。比如，在我们感兴趣的变量和由数值预报模式计算出10多个预报因子之间建立一系列适用于特定地区的回归方程。很多地区的天气要素预报包括每日最高最低气温，12小时降水出现概率及总降水量，冻雨概率，雪暴，云盖以及地表风。这些预报量以传真图或表格形式分发到各地气象部门供当地使用。 数值预报的误差来源于几个方面。其中最严重的是由于资料缺乏而造成的初始分析场的精确度受到限制。海洋上测站数平均很少，在12小时之内，我们只能接收到四分之一的船舶站的天气预报；即使是陆地上，在6小时还有三分之一的测站报告接收不到。然而，卫星导出的信息和飞机的报告可以填补一些高层大气信息的空白。另外一个局限性是由于模式中的水平方向和垂直方向的分辨率及积云对流的次网格过程的参数化所造成的，小尺度的大气湍流扰动意味着有些天气基本上是预报不出来的。比如，局地不稳定气团中的阵性降水单体。应用但前的技术对气象用语中所谓的“阵性降水和转晴”及“零星降水”的预报更为精确是不可能的。天气预报的准备过程越来越客观了。对复杂的天气运用娴熟的预报经验使得科学象艺术一样（完美）。详细的区域预报，不仅需要掌握一般形势预报的框架，而且还需要预报员对可能出现的形式效应和局地影响有透彻的了解。 现时预报 灾害性天气的生命史通常很短（小于2小时），这是由于它的中尺度特征决定的（<100Km），它只对局地或区域产生影响，因此需要做定点预报。这类天气系统包括雷暴，阵风锋，陆龙卷，沿海岸湖面或山脉的大风，大雪及阵雨。雷达网络的开发，现代设备同高速的通讯联络对这类天气系统发布警报提供了一种手段。比如，最进，几个国家开发了集成卫星和雷达系统对雷暴的水平和垂直尺度提供信息，这些资料如，风，气温，湿度由自动气象站（或附表站）网络进行补充。另外，对详细的边界层和对流层低层的资料，有一系列垂直探测器——声学探测器（由热力涡旋所造成的回声来测定风速和风向），特殊的雷达（DOPPLER）可以在晴空状态下通过小昆虫返回的波或者是通过空气中各种折射指数的变化来测风。现时预报技术多采用高度自动化的计算机和图像分析系统从各种渠道迅速的获得完整的资料。对资料演示地说明需要全体有经验的工作人员和成大量的软件来提供合适的信息。现时预报非常重要的一个例子就是对飞机场上的风切边和下击暴流等重要灾害性天气作出快速及时地预报。 总之，可以预计，对航空和电力工业进行6小时之内的预报，对蒸腾（运输业），建筑工业，制造业进行12-24小时预报，对农业进行2-5天的预报将会带来很大的效益。考虑到经济损失，最后一类预报从可信度极准确性来讲是由徭役的。 长期预报 上面所提到的方法对一个月以及以上的天气趋势是不适用的，因为它们所关心的只是个别的时间尺度只有3-7天的天气趋势。理论上认为，用数值预报方法对天气的可预报性只限于12天之内。这两种截然不同的方法将在以后详细的说明。 第四课 温室效应 多年以来，人们通过向大气中散发由化石燃料所分解出来的碳，使得几百万年以来的自然进化正在倒退。到2100年，大气中的CO2 的浓度可能会成倍甚至三倍的增加。对未来气候的预测必须建立在科学证据上，而不是地质记录。国家科学院在评估了这些有效的证据以后，得出结论，CO2的浓度增加一倍会使地球的平均温度升高1.5-4. 5 °C 。 人们从不怀疑大气的温室效应。许多太阳辐射式可见光，他们穿过大气时多数不受阻碍。当辐射达到地球时，使地表增温，然后以红外线向外辐射能。然而，大气中的CO2，水蒸汽以及一些其他气体吸收红外线辐射，不让它毫不受阻的穿过大气到太空中去。由于大气以某种类似于温室效应中玻璃平板的方式去捕获能量，使地球增温，这种现象就是众所周知的“温室效应”。如果没有这种效应，地球将比现在冷33 °C。 我们对于CO2吸收热量的程度地了解几乎有一个世纪了。科学家们的研究表明，如果地球系统中其他因素不变，大气中CO2增加一倍将使平均温度增加 1.2 ° C。然而，气候系统中许多因素是变化的并且增加了CO2的直接影响。由于这些变化还没有完全被掌握，它们增暖是难以评估的。当前围绕者CO2对平均气温影响的不确定性主要集中在对气候的反馈上，而不是CO2的直接增暖。 最重要的反馈来自于较暖的大气能保留跟多的水分。因为水蒸汽也吸收红外辐射，所以会导致增暖。汉森等认为CO2增加倍会导致大气中水蒸汽的寒冷增加30%。地球增温1.4 °C。 另一个重要的正反馈涉及到雪盖和冰盖对地球反照率的影响以及它反射太阳光的程度。冰和雪反射大部分的太阳辐射，而水和土壤都吸收大部分太阳辐射，表面温度的增加会融化陆地上的雪和冻冰，因此可以使地球吸收能量，否这就会把能量反射回太空。汉森等人为由于反射作用会使地球增暖0.4 °C。 我们了解较少的反馈作用是全球增暖对云系的影响。云系也会把太阳光反射回太空。云系对地球反照率的影响以来于它们的高度和其他属性以及云盖范围。因此，全球增暖对云系的影响某种程度上是不确定的。然而，多少有点不肯定，汉森等估计，云盖之所以减少2%，会使地球增暖0.5 ° C他们还认为，云的高度增加会导致增暖0.5 ° C，因此，来自云的影响是1. 0 °C。 虽然地球平均温度的增加是对由CO2导致气候变化的一个便利的简明的描述，但它仍然掩盖了重要区域的作用。大多数研究者认为极地温度会增加到地球平均温度增加的2~3倍。全球气候很大程度上依赖于环流形势，通过它，大气和海洋从暖区向冷区传输热量。因此，赤道和极地温度的差异的任何重要的改变都可能对气候形势产生惊人的影响。这些变化中尤其重要的影响是每年和每季的江水和蒸发，一些地区获得他们而其他地区失去它们。此外，由于飓风需要海洋温度达到27 ° C或需更暖，所以，全球增暖可能会导致飓风在较高的纬度和一年中更多的时间段形成。这些变化对于沿海地区是很重要的。 一个更直接的影响是在下个世纪，显著的全球增暖，通过加热海水引起南极洲西部东部以及格陵兰的冰山和冻结的冰块融化或者使之飘流进大洋中而导致海平面升高1米。因此，海平面会达到史无前例的高度。在此之前，没有人尝试去预测海平面在某些年上升或者确定它对当今活动的重要性。 如果这种预测成为现实，使导致孟加拉15%以上的领土，埃及大约12%-15%洪水泛滥，以及许多到过领土大大减少。在美国，成千上万平英里的陆地会消失，尤其是低洼的区，例如，密西西比河三角洲，那儿的陆地正以每世纪大约1米的速度下沉，据估计，在全国范围内造成每年超过三十亿美元损失的暴风灾害。也可能会增加沼泽地，港湾以及含水层的含盐度，危害海洋生命，也许会影响到饮用水的供应，温室气体也在损坏环绕地球保护人类免受紫外线辐射的臭氧层。研究表明，臭氧层减少1%，癌症就会增加3%，幸运的是，如果及时采取措施，可以避免大多数不利的影响。 尽管由于CO2产生的气候变化还了解得很多，但有一点已达成共识，那就是CO2浓度正在增加。 由于化石燃料燃烧所释放的CO2，大约有一半会留在大气中，普遍认为，与留下的CO2大多数会融解到海洋中。尽管热带森林砍伐和水泥生产也会释放CO2但它们的作用已经并且将会变得越来越那么不重要。 控制温室气体尤其是CO2的排放量的增加已经成为一个关键性的问题。全球人类必须努力减少温室气体效应。 然而，在以后的几十年中，CO2的排放量不可能减少，不管是自觉的还是规定的。这个世界的基础结构是围绕着化石燃料的燃烧建立起来的。用煤，气和石油的成本要低于核能和太阳能，而是这种相对的成本优势预计还将持续。因此，自觉减少CO2的排放量是不可能的。 政府可以采取的成功减少CO2的排放量的唯一行动是减少使用化石燃料。对电厂CO2排放量的控制至少是电力成本的四倍。对于化石燃料的小型用户来说，比如家庭和发动机驱动的交通工具等，控制甚至是不可行，其他措施，比如分离巨大树木植被中的碳也似乎是不可能的。 即使政治领袖决定采取严厉的措施去限制世界范围内对化石燃料的燃烧，这些可能已经太迟了，而不能阻止全球温度和海平面显著的上升。最近一些学者研究了严厉的政策对温室增暖的预期时间的影响。作者认为，这种政策一直到2100年都会有重要的作用，但并不是足以推迟预测的到2040年增暖2 °C。他们估计对化石燃料的征收300%的税仅仅会推迟5年到增暖2 ° C。甚至一直到2000年全球内禁止使用煤，页岩油以及合成染料也仅仅推迟增暖25年。此外，这项的禁令也仅仅只能预测的到2040年海平面升高推迟12年。 一直到2000年，制订这项禁令的政治可能性也是值得怀疑的，因为只有在全世界范围内减少CO2的释放才可能成功。某些个别的国家减少CO2的排放量至多可以把CO2的浓度成倍增加的时间往后推迟几年。此外由于对减少排放量的国家来说，能源成本将会增加，该国家的工业与世界上其他国家相比将处于竞争性的劣势。最后，政治领袖们也会要求提供这样的政策比适应较多浓度的CO2水平更有益的证据。对可以预见的未来，提供这样的证据也许仍然是不可能的。 浓度逐渐增加的温室气体的影响几乎可以确定的是空前的全球增暖。一些人认为增暖也许会被抵消，因为地球在其他情况下会进入冷期。然而，自然冷却要在几十万年以上才会发生，因此，在下个世纪，是不可能明显抵消全球增暖的。甚至是猛烈的火山活动也只能抵消不足10%的海平面的显著升高。 为了迎接全球增暖的挑战，社会需要关于海平面升高可能影响的准确信息。不幸的是，社区，企业和个人还不能通过他们自己来获得足够的来源或鼓励去从事这项要求减少已经存在不确定性的基础科学研究。这项责任落在全世界的国家政府头上。只有他们的努力才能提供决策者们需要的信息。 ​ 第五课 大气环流 大气环流包括全世界的大气运动。由于它是几天的平均资料得到的，因此小的，局地的或是逐日的不规则性的短波就平滑掉了。大气环流模式是概括的，不包括对局地天气有重要影响的短期天气过程。大气环流总体上对局地天气有时会有直接或间接的影响，从这个意义上讲，它是造成地球气候和天气变化的唯一的重要因素。 严格的说，大气环流指的是气象要素的平均三维形式，加上湍流即平均形式的扰动和振动，逐日变化的天气形式得到的。它的基本特征可由全球性的，季节性的平均风矢量来表示，平均风是高度的函数，或者通过地转风与平均等压线的关系得到。 为了便于比较，需要特别说明实际观测到的大气环流的三维结构。我们很容易将北半球大气运动分解为平均的纬向（东-西）和经向（南-北）分量。中低纬的大气基本上平均经圈环流为1米/秒；这种同纬向环流比要弱的多，然而它却以10米/秒的速度传递动量。 同平均的经圈环流的主要特征相对应的最简单的形式如图所示（图略）。每个半球的对流层有三种环流图：热带的Hadley环流图，中纬度的Ferrel环流图，还有一较弱的副极地环流图。Ferrel环流图获得角动量，如箭头所示，通过小的对流性涡旋向下传递。低纬度的对流十分活跃，因此Hadley环流比ferrel环流运转要快的多才能维持平衡。 这个模型是Palmen提出的，并考虑了急流的存在，它是实际大气环流中的重要特征。观测表明，由热力驱动的Hadley环流圈是平均对流层环流中最重要的环流圈。而Ferrel环流圈由Hadley环流圈的摩擦作用所产生，它的作用要比Palmen预测的要重要的多。 在平流层中有一由加热和冷却作用形成的独立的环流圈，下界为10MB。平流层的风向有很明显的逆转。北半球平流层季风的爆发表现为：四月份10MB以上的西风带转为东风带，这种逆转从极区一直向南向下延续，在5月份可以达到100MB。从五月到八月100MB以上盛行东风，八月底九月初东风带转为西风带。 四月份北美洲地区，中纬度的西风带将极地平流层东风带同低层的大气热带东风带隔开，热带东风带此时北移。到了七月份，在低纬地区至少到15KM，中纬度20KM，和极地的15-17KM都盛行东风带。到九月，极地和热带东风带开始减弱，并与十一月和十二月达到最弱。一般情况下，10mb图上夏季东风带缓慢，稳定的向冬季西风带过渡变化，而在1958年的一月和2月，这种简单的形式却变的十分复杂。 上层大气环流模型是由Keligg，Schilling(1951),Murgatroyd(1957)Battern(1961)等人提出的。Battern的模型表现为：尽管西风可以跨越赤道到下半球，但其主要中心位于冬半球。春季电离层低层为东风带，当西风带向上层发展时，东风带从中层开始向下建立。反之，当上层东风带发展时，西风带开始向下建立。中层低层在冬末春初是有弱的东风中心。而在赤道太平洋上平流层的风是变化无穷的。 平流层大气环流的重要组成部分是Berson西风带和Krakatoa东风带。前者，首次在中非上空50—60mb高空发现，但在现在我们知道，10mb以上都有西风，形成了绕赤道的连续环流带：东西风交替出现，半个周期约为12-15个月， 而krakatoa东风带发生在25mb：它是通过Krakatoa火山爆发后火山灰的运动首次发现的。目前通过雷达测风表明，Krakatoa西风带也是存在的 这些平流层风在地理学上的重要性在于他们使某些简单的，直观的大气环流模式站不住脚。在这样的的模式中，地球从西向东旋转，被假想成拖曳着低层的大气和它一起旋转，传给这些大气一个西风动能，因此，自西向东旋转的大气动量轻微的变化可以解释为地表来自不同方向的风造成的，某地区大气动量有盈余，使大气从西向东的运动比地表快。就表现为西风，某地大气动量亏损，使得大气运动比地表慢就被称为东风。 最近的研究表明，高层大气中包含许多不能简单，直观的模式解释的环流特征。因此，Squtnik3(苏联人造卫星)旋转的变化可以解释为伴随着地球的自转，存在强的西风带，且正好位于地表摩擦拖曳的地区。缓慢的振荡，说明了惯性力，科氏力和静力三力达到平衡，这已经在克鲁利通过雷达探空仪和经纬仪测试出来。这些振荡有12小时左右的周期，这是由于水平和垂直量纲分别为1KM和几百KM的扰动造成的，高层大气资料的复杂性使得把观测到的环流分解成数学分量十分必要。 大气环流模式到目前为止讨论的仍然是扩散的问题，在Brener的模型中，由于臭氧和水蒸气的扩散，空气穿过赤道对流层顶上升。对流层顶如-冷源，因为他的温度较低（约80。C），干冷空气水平运动，最后在中高纬度下沉。根据Dobson的模型，富含臭氧的空气上升经过Brener模型中的经圈环流，堆积在平流层的极夜急流中，也就是冬季极地上空的冷池。然后逐渐下沉到平流层低层，在冬末春初到达中纬度地区。 Spar的模型建立在放射性残留物扩散的基础上。平流层中空气是从对流层顶断裂出来的，在这些断裂处，常发生湍流混合。这种混合多发生在极地平流层（尤其在冬季），在赤道平流层中混合要比Brener-Dobson模型中的少,在他们的模型中只描述了整个环流的一部分。Brener-Dobson环流的上界达到80，000英尺，他们预测大气上层是潮湿的停滞区，小尺度的湍流扩散影响经向输送。从经圈环流到经向停滞区空气之间的过度带的高度是随时间和纬度变化的。 在Goldsmith-Brener的模型中，从赤道上升的空气并不能达到很高的高度，而且在对流层顶之上就立即转向极地。经圈环流恰恰是在对流层上加速的。空气要经过两个多月的时间到达中纬度地区（温带）。上层气流移动缓慢，因此它可以停留在产生臭氧的这一层达一年之久。从这里，富含臭氧的空气缓慢流入极夜急流中，在那儿，空气依照Dobson模型结构输送到中纬度的平流层低层。 这些高层大气的环流模型对地球表面的天气有很重要的意义，因为它们揭示了对流层和平流层之间空气明确的交换运动。地面天气系统，尤其是描述为气团或锋，都不能认为是封闭系统，尽管这种错误认识对每日天气分析并不重要。如果对大气环流进行彻底的研究，气候学上要进行更加复杂的工作是考虑大气和海洋之间的环流，这个环流系统是个复杂的整体的系统。如果忽略平流层和海洋学的复杂性，我们可以认为大气环流就是地球吸收的一部分太阳辐射转化为动能的产物。 第六课 强风暴 根据气象词汇，风暴指“任何大气的扰动状态，特别是指影响地球表面和强烈预示破坏性或灾害性的天气” 。在冬季，大多数的风暴是气旋性的；它们覆盖面广，产生降雨或降雪，并伴有降温和大风。这些风暴通常是利大于弊，因此它们带来的降水不仅灌溉了农田，而且还给水库、河流、小溪补充了水。 有时冬季气旋随着中心气压下降而增强，结果风力增强，此时如果大气有充足的水汽条件，就可能造成致洪暴雨或是使整个城市陷于瘫痪的暴雪。有时雪暴发生时，伴有强的寒冷大风，将雪片堆成雪堆。遇到这种风暴，在野外放牧就会与外界隔绝，食物吃光后，还可能冻死。 在冬天的风暴中，危害性最大是那种产生冻雨的风暴。通过给街道、高速公路及飞机跑道覆盖了一层冰，这些风暴可造成大量的交通事故以及对飞机场构成严重的危害。 冬季风暴通常逐渐发展起来，移动缓慢，人们可以准确地预测。而具有对流特征的强风暴发展迅速，范围小，生命史短，很难预报。强的雷暴、冰雹和龙卷风在几十分钟内发展起来，并且来势迅猛。在几分钟内，冰雹可以毁坏一片小麦，一个龙卷风可以毁坏很多建筑，在它经过的地方造成许多死伤。 另一种类强风暴，飓风和它在世界各地的伙伴，是一种相对较强大的热带气旋。尽管它们不像龙卷具有那样集中的能量，但它们的能量更多，持续时间更长，因此它们比龙卷造成的危害更大。有时，单个的强烈飓风可以造成巨大的损失。在世界上一些地区，飓风造成人员伤亡的数目难以令人相信。比如，1970年11月，热带风暴袭击了孟加拉国，造成了二十五多万人死亡，是自然界中最具有破坏性的灾难之一。这个风暴是南大西洋飓风的东南亚翻版。 一般情况下，雷暴可以伸展到10公里的高度，云顶为有冰晶组成并吹离主要云区的砧状云覆盖。 尽管雷暴有许多不同的尺寸、形状和结构，我们仍可以将它们分为两大类：局地性雷暴或单体雷暴和有组织的雷暴群。 局地性雷暴体是相当孤立的，生命史也很短，少于1个小时。我们通过飞机穿过雷暴，雷达、无线电探空仪以及其它地面设备，对地方性雷暴的了解已很多了。地方性雷暴是由一个或多个单体组成，每个单体都经历了三个阶段：积云阶段（发展阶段）、成熟阶段及泊散阶段。 在云的下方，甚至在雨水降落到地表区之前，常有冷的下曳气流和快速流出云体。根据高空风和下曳气流的强度，流出的地表风速强度可以从微风到强阵风不等。冷空气通常位于雷暴体前方，有时也对植物和建筑物造成很大破坏。飞机的着陆和起飞时遇到下沉气流和外流气流以及风的切变线，是非常危险的。强的下曳气流称为“下击暴流” ，许多商业飞机失事都是它造成的。 飓 风 我们把成于大西洋和墨西哥湾的，最大风力达32.6m/s（73里/小时）以上的热带气旋称为飓风。生成于西北太平洋上的这种风暴称为台风；那些在印度洋上发展起来的，影响印度和东南亚地区的称为气旋。生成于墨西哥太平洋沿岸的风暴，当地的一些国家称之为气旋。世界其它地区还有多种多样对飓风的命名 。 飓风的路径是由飓风所在的盛行风来决定的。在发展阶段，风暴沿热带盛行的东风带移动。当“引导”气流改变时，飓风的路径也会改变。在许多实例中，飓风的路径都是突然发生改变的。当飓风移到陆地或高纬度洋面上时，它们就减弱了，这主要是由于风暴离开暖湿的热带洋面之后获得的能量减少而造成的。另外，当飓风移到陆地时，地形造成的摩擦力也能使飓风风速减小。 飓风移到陆地能造成极大的毁坏和人员伤亡。1969年8月，“卡米加”飓风袭击了密西西比州（美国），造成了15亿的损失。1977年，“阿格尼斯”飓风暴雨给美国东部地区带来了严重的洪涝。尽管还不能确定这次灾害完全是阿格尼斯造成的，但风暴的巨浪是当风暴移到沿海地区，飓风的大风造成的海浪却能造成人员伤亡和财产的损失。海浪有时可达3m或更高，如果它们掠过了低洼的地带，就会造成破坏力强的洪水。 冰 雹（块） 冰雹是强大的、持续时间很长的雷暴，即是多单体雷暴或超级单体雷暴的产物。这种雷暴常排列成线或带，我们称之为“飑线” ，飑线多发生在春季或初夏。这段时间天气具备了强雷暴的生成的有利条件。 首次为两位英国科学家所提出的雷暴模型，冰雹开始形成于水分丰富、斜上升气流进入云的前沿，冰雹胚在与过冷水滴碰撞过程中增长，然后冰雹加速落下，通过斜升气流中，又被带到高空与过冷水滴碰撞，增加质量。如果上升气流的速度超过了冰雹下落的末速（终速），冰雹又被带入高空。如果上升气流不能承托雹粒时便降雹。雹粒下降几公里之后，其中一些又落到强的上升气流中心，又一次被带到高空，穿过过冷的云层，开始第二次增长过程。连续几次这样的过程，就形成了大的雹快。一个直径为1毫米的冰粒，随着强的上升气流进入含水分丰富区域时，直径可以变为3毫米。在雷暴体中有强的持续性的上升气流时，雹胚可以增长到很大，而且不需要再循环过程。 陆 龙 卷 雷暴可以产生冰雹，同时也会产生龙卷。同许多人的观点相反，龙卷并不具备特别的能量。一般的龙卷含的能量要比生成它的雷暴少得多，明显地比气旋的能量还少。但是由于龙卷在很短的时间里，能量就会消耗掉，因此单位时间内的能量相对来说就高。由于它们能量集中，因此龙卷可能是所有天气现象中最可怕的一种。它们常常突然袭击而少有先兆，并且在几分钟之类造成财产的巨大损失和人员的伤亡。龙卷常表现为从雷暴云底伸出来到达地面的漏斗状，圆柱状，或绳状结构。在可见的漏斗状云中，包含了许多凝结而成的小水滴。龙卷将近地面的灰尘、叶片及其它的碎片吹卷起来，说明有很强的涡旋运动。龙卷及弱的涡旋发生在水面上——多数在赤道热带和亚热带地区——称为水龙卷。 龙卷一般很小，特征尺度直径不过几百米，最大的可达1公里。除了个别以外，风都是气旋性的，也就是，它们在北半球沿反时针方向吹。漏斗一般在地面停留几分钟，有时可持续达1小时以上。龙卷的最大风力为33m/s-100m/s,有时可达到120m/s以上。龙卷的强度越强（强度率越高），它的潜在的危害就越大。大多数损失巨大造成死亡率高的灾害天气都是有少数强度大、持续时间长的龙卷造成的。到1970年为止，过去的十年中，不到2%的大龙卷造成死亡人数占到85%。 在龙卷里有小的、强的旋风，藤田哲也称之为虹吸涡旋，它们的直径只有10m。小的、持续时间短的龙卷可能只有一个这种涡旋，最大的龙卷可有许多虹吸涡旋。藤田哲也还指出，一些偶尔观测到的小的涡管能彻底毁坏一所建筑，而离它10米外的建筑却完好无损。 龙卷漏斗中的气压比周围大气的气压低。据测强龙卷中心的气压值要比漏外气压低100mb以上。 龙卷内外气压的差异可以解释门窗紧闭的建筑物的毁坏。当龙卷移过这种建筑物时，外面的气压下降很快，而里面气压下降慢。由于风的动力作用的影响加大了这种差异，当室内的气压值远远超过室外的气压时，就产生了很强的向外的气压梯度力，这种力可以具有造成极大破坏力。在一些实例中，这种力可以掀开屋顶把墙吹倒。 龙卷——同冰雹一样——所发生在春末夏初的午后。在这段时间里，具备有利于雷暴发展所需要的气象条件。 随着这些年对宇宙的探索开发，许多市民都是通过观察到的涡管或是通过当地气象部门预报来了解龙卷的形式。现在，雷达越来越多地运用在观测龙卷雷暴及探测它们的路途上。 传统的雷达不能明确地辨明龙卷，因此有必要用一种特殊的雷达回波推断龙卷的出现。有时，回波的形状很好的对龙卷的存在及其移近的方式有显示。大多数可靠的显示，回波是从雷暴延伸出的钩状回波，大多数时候如果确实有龙卷这种回波的形状，对发现龙卷没有多大用。上升到很高高度上的雷暴体能形成很强的雷达回波，那就意味着有冰雹或龙卷产生。 多普勒雷达除了可以观测到传统雷达所观测到的内容外，还可以通过雷达目标，如雨滴、其它液体或固体障碍物，来测出雷暴移动的速度、移动方向。最近研究表明，多普勒雷达可以在涡管到达地面20分钟之前，对龙卷进行辨别和定位。 第七课 季风 “季风”这个词起源于阿拉伯语“mausim”,意思是季节。它多用于印度洋沿岸风向的季节性逆转，特别是阿拉伯海，一半时间吹西南风，一半时间吹东北风。随着人们对季风进一步地了解，季风的定义所包含的内容增加了，几乎包括了与随季节而变化的所有的天气现象：热带及亚热带亚洲、澳大利亚及非洲的大陆，以及相邻的海区和洋区，在这些地区常有产生天气事件的强盛的环流圈存在。 季风系统的主要特征，即年际环流的特征，使得在季风区居住的居民把他们的生活、习惯及经济生产划分为两季，“干”和“湿”季。湿季，指的是雨季，在这个季节中，暖湿的、多扰的风从海洋吹向大陆。而在干季，也就是另一半年，风向逆转，是由冬季大陆吹来的干、冷的风。在一些地区，干冷的冬季气流可以越过赤道，吹向夏半球的暖大陆。通过这种方式，干的冬季季风就与湿的夏季季风相联了，反之亦然。 本文重点主要是季风的年际环流。然而，如果认为夏季风和冬季风只是雨季和旱季的延长，就错了。夏季风和冬季风分别持续几个月，时间尺度也有不同，可以从几天到几个星期。因此，当季风环流出现了很符合定义的年际环流时，最近的研究表明，季风结构是不同的，在大环流下还有一个次结构存在，它是在湿季作为季风雨量亏损和盈余强度的标志。 短期变化包括个别天气扰动，常在所谓的季风活跃期连续发生。如果很长时间或是一至几个星期没有天气扰动发生，我们称这个时期为间断期，更准确地说，是活跃季风的中断期。在季风活跃期，天气是不稳定的，常有风暴发生，风暴带来的大雨与季风相互作用常常造成洪灾。然而，在季风的停滞或间断期，天气炎热、干燥，晴空无云。季风间断期是旱期，如果时间过长，在季风区里造成严重的饥荒。 季风系统的变化重要的是在于季风开始建立的时间是定时的。季风的建立，通常指的是天气突然地从季风前的炎热（和季风中断时的酷热相似）转为多扰动、多风暴、雨量充沛的季风活跃期。对一个农夫来讲，掌握季风何时建立的知识是非常重要的，因此他可以把握住播种的好时机。季风的撤退（也就是大陆上雨季的停止）发生在初秋，同季风的建立相比，它表现为逐渐转换的过程。 印度季风降雨带和南方涛动之间的关系是由本世纪初沃克等人建立的，他们的观点后来就用于季风降雨的预报。用1901—1981年达尔文的海平面气压场来再检验它们之间关系是非常有用的。之所以选用达尔文气压是因为这个资料的时间很长，比那个地区其它测站的资料更完整、更精确。尽管塔希提岛的气压场时间是只有1935-1981年，在这段时间内，塔希提岛春季的气压场和印度季风的降水之间的相关系数只有0.01。在这项研究中所用的夏季季风降水的资料，是印度地区31个点的百分距平的面积加权平均，作为整个印度季风降雨的距平值。 如果要预报季风降水，必须先检验季风前期的南方涛动，然而，它还使我们想起沃克最重要的一个发现，那就是季风降水与后期的大气环流有显著的相关性。 沃克的一个最令人注目的观点是他发现了南方涛动队后起事件有影响作用，特别是作为整个夏季6-8月份南方涛动的指数，与后期冬季的指数相关系数为0.8，而与前期冬季的相关系数只有-0.2。从这一点我们看出印度季风降水量与后期文件有关，而不是与前期文件有关。因此，印度季风在全球天气重视主动而不是被动的特征，将作为一个预报工具比作为预报对象更有成效。 最近几年，我们对诸如厄尔尼诺，南方涛动，准两年震荡及大气阻塞形势这类的大尺度大气现象有了更好的了解。这些新知识为我们考察季风的年纪变化和长期变化提供裂痕好的天气及动力构架。厄尔尼诺-南方涛动看来是氦气系统，最重要的特征。它的同期很长（2-5年），因此它对预报像季风之类的季节内振荡很有实用价值。所以，也需要记载全球环流在南方涛动的不同阶段的主要特征，包括季风。然而，也必须认识到，季风扰动也是影响南方涛动的重要因子之一。 对大尺度季节平均季风降水的长期预报的前景是很乐观的。南方涛动的低频变化和大尺度季节平均印度（季风降水）距平之间有很好的相关。印度季节性降水距平和海表温度及雪盖的边界条件变化，只见也很好的相关。 热带及季风气流受势力驱动的行星尺度的hadley环流和walker 环流能支配，它们主要的能量来源是凝结潜热。释放潜能所需要的大尺度水汽辐合是由地表的温度梯度形成的。太阳加热作用可以在陆地形成热低压，如果动力环流有利于水汽辐合，那么潜热加热作用会使热低压进一步发展。因此，土壤湿度的变化能影响到热带大陆热源的强度。同样，热带洋面上的热源受洋表温度异常的影响。所以，有理由认为，大尺度热带流畅的变化是与缓慢变化的地表边界条件有关的。由于热带地区动力不稳定不太强，多以我们可以合理的假设大尺度流畅的变化是有边界条件的改变而造成的。然而这些争论共同揭示出预报大尺度季风平均的季风气流和降水存在一个物理基础。 如果每天降水形势与高频变化有关的话，天气尺度扰动就是由于大尺度气流的动力不稳定性造成的。如果大尺度气流本身的变化主要是由于同这种不稳定相互作用所引起的，预报就超出立决定预报的范围，效果就不那么好了。所幸的是情况并不是这样。实际上，只有大尺度流场合适时，即风的水平，垂直梯度，温度（湿度），降水才可能产生扰动。大尺度流场本身的变化主要是与行星尺度边界强度，如，热带加热源和地形分界线有关。这为我们对季风降水进行长期预报提供了一个物理基础和希望。市我们干兴趣的还有，在季风季节离开，准双周鹤月距平优先好的空间相干性，这是我们进一步认为准双周和月距平预报的前景很乐观。 第八课 数值天气预报的一段历史 在短短的中，不肯能对所有为数值天气预报的发展作出(突出)贡献的人——-给予公正的评价，更不用说贡献较小的人了。需要指出，这里用的是“A”而不是“THE”（数值天气预报的一段历史，而不是其历史）。这次演讲包括了数值天气预报从开始到目前为止发展过程中主要的里程碑，它可分为三个主要的阶段。 1 .开始阶段 二十世纪初，挪威的著名气象学家皮叶克尼斯是首先想到根据大气的动力学进行天气预报的人之一。1911年，L.F.理查森已经独自对有限差分感兴趣了，并且设想通过几千人的计算进行天气预报。一旦理查森意识到了皮叶克尼斯的工作就对他以后的研究具有很大的影响。 由于战争的原因，研究工作中断了，这时已经积累了几种修正和问题。11年后，理查森著名的天气数值预报过程一书出版了，他是一位很风趣的人，Ashfood(1985)为他写了传记。理查森的书有两个方面的重要性，他是首先用系统的方法建立大气动力和物理过程基本方程组的人之一，他还发明了一系列适用于这些基本方程组数值得解的计算方法。 理查森还建立了一套偏微分方程组预报气压、温度、水平和垂直速度、水汽，这些方程组考虑了辐射、云的影响、降水、湍流运动、摩擦地形和地--气之间能量的交换，这包括地表状况和植被引起的变化。考虑的物理过程是十分