气候学

  中文名称:气候学   英文名称:climatology   定义1:研究气候的形成、分布、特征和变化的学科。   所属学科: 大气科学(一级学科) ;气候学(二级学科)   定义2:研究气候的特征、分布、形成和变化及其与人类活动的相互关系的学科。   所属学科: 地理学(一级学科) ;气候学(二级学科)   气候学,研究气候特征、形成、分布和演变规律,以及气候与其他自然因子和人类活动的关系的学科。它既是大气科学的分支,又是地理学的组成部分。随着生产规模的日益扩大,气候和人类社会的关系越来越密切。为了合理地开发和利用气候资源,减轻气候灾害的影响,避免人类活动对大气环境造成的不良后果,无论是大规模的开垦、重大工程的设计和管理,还是制订各种发展规划和研究工农业的布局,都需要了解所在地区的气候特征及其演变规律。气候学的研究成果及其应用,正日益受到各方面的重视。这些来自各方面的要求,同时也给气候学的发展以强大的动力。

概述

  气候学包括一般原理、气候特征的时间和空间分布、演变及其分类等。人们常以气候要素的空间分布图和时间分布图、气候要素的综合关系图和各种气候统计图等记述某地点、某区域或全球范围的基本气候特征。某个地方的气候志是对该地多年气象资料整理和分析概括出的基本气候状况的资料。研究气候形成、分布、变化及其与人类活动相互关系的学科。是气象学与自然地理学的边缘学科。  气候学主要研究气候的形成、气候要素的时空分布;区域气候的特征;气候变化的规律;气候形成诸要素间的相互影响及如何合理开发、利用气候资源,减少或减轻气候灾害;避免人类活动对大气环境造成不良后果等。按研究尺度分为大气候学、中气候学和小气候学;按研究时段的长短,分为地质时期气候学、历史时期气候学和近代气候学;按所用原理和方法分为物理气候学、天气气候学、动力气候学等。此外,根据气候学在国民经济建设中的应用,结合各相应专业的特点,形成各应用气候学的分支,如农业气候学、林业气候学、建筑气候学、医疗气候学、航海气候学、航空气候学等。     几千年前,人们对气候现象已有记载。气象观测仪器发明后,气候学迅速发展。至19世纪后期,人们对气候形成、气候要素的区域分布及气候分类有了初步认识。20世纪初开始从描述阶段转向理论方面的研究,同时应用气候学受到更多的重视。20世纪40年代,随着观测范围的扩大和观测项目的增加,如辐射观测、探空、海洋探测及为特殊研究目的而进行的大型观测等,尤其是气象卫星的应用,填补了沙漠、高原、海洋等地区的气候资料;大型快速计算机的使用,使气候学的研究进入蓬勃发展的新时期。用数值模拟方法研究人类活动对气候的影响,重建古气候的研究,探讨预报气候的可能性及气候成因,气候变化的理论研究,均使气候学的研究进入更精确的理论分析阶段。70年代以来,全球性的气候异常引起人们普遍关注,在有关环境、粮食、水资源和沙漠化等的国际会议上,气候问题都被摆到了重要的地位。包括大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈在内的气候系统的概念正在形成,气候学正朝着综合性的学科方向发展。  

简史

   气候学成为一门科学是有了气象仪器观测以后的事。但是,有关气候现象的记载和气候知识的积累却可追溯到三千年前。其发展过程可以分为萌芽、形成、发展和活跃4个时期:  

·萌芽时期

   主要指公元前16世纪以前。中国在殷代就已知一年四季和某些农事季节的划分。到春秋时代,更创造了利用圭表测日影以定气候季节的方法。秦汉时期,二十四节气已成为农事活动的主要依据。《逸周书·时训解》系统地记载了反映气候年变化规律的七十二候的自然物候历。《吕氏春秋·十二纪》更对12个月的气候特点及其异常现象作了概括的记述。    古希腊学者发现:从希腊往北,太阳光倾斜加剧,气候转寒;往南,太阳倾斜减缓,气候转暖。这反映出气候的冷暖与太阳光线的倾斜程度有关。据此,他们将地球气候划分为 5带,即:北寒带、北温带、热带、南温带和南寒带。随着人类活动范围的扩大,古代学者还进一步认识到,气候除与纬度密切有关外,还与地势高低、海陆分布和气流方向等许多因素有关。    在古埃及、巴比伦和印度等地,在这个时期也有许多关于气候的记载。  

·形成时期

   主要指16~18世纪。在这个时期随着气象观测仪器的出现和气象观测网的建立,气象观测资料大量积累。这些为气候学的形成准备了条件。1817年,德国的A.von洪堡首先绘制了全球等温线图,成为近代气候学研究的开端。1883年,奥地利的J.von汉恩编著了《气候学手册》一书,不仅为研究全球气候提供了宝贵的资料,更重要的是提出了较完整的研究气候学的方法体系。1884年俄国的А.И.沃耶伊科夫发表了《全球气候及俄国气候》一书,分析了太阳辐射、水分循环、下垫面等对气候的作用。同年,德国的W.柯本对世界气候进行了分类。这些成果奠定了气候学的基础。这一时期,虽然也提出一些对气候形成的看法,但主要是分析研究气候要素的地区分布及其分类,所以气候学的研究还仍然处于描述性阶段。  

·发展时期

   20世纪初,随着气团概念、气旋模式和锋面理论的出现,天气图资料的积累,人们进一步研究气候的形成原因。特别是1930年瑞典气象学家T.H.P.伯杰龙提出的天气气候学,影响很大。从此,气候学便从以描述性为主转而向理论方面的研究发展。如研究太阳辐射、海陆分布、大气环流及下垫面对气候的影响等。这个时期气候学在各方面的应用也开始受到重视。  

·活跃时期

   主要指20世纪40年代后期至现在。第二次世界大战以后,随着高空气象观测、气象卫星和电子计算机的广泛应用,气候学进入了蓬勃发展的新时期。尤其是70年代在世界上出现大范围灾害性气候异常以来,气候问题已成为世界瞩目的中心问题之一。这个时期气候学的发展主要表现在以下4个方面:①继续收集人迹罕到的缺乏记录区域(如高层大气、高原、沙漠、海洋)的气候资料,以弄清这些区域的气候状况。②为研究气候条件对农业、水资源等的影响,开展了内容广泛的应用气候学的研究;各种应用气候学的研究又推动着对地方气候及小气候的研究。③气候变化及气候预报的研究。为研究地球气候变化的规律,在缺乏气象仪器观测资料的情况下,常利用生物化石、孢粉、树木年轮和历史记载等资料来获取气候演变的信息,如中国竺可桢所著《中国近五千年来气候变迁的初步研究》(1972)就是利用历史记载重建古气候的代表作之一。此外,还以化学方法对大气成分进行监测,用数值模拟方法,研究人类活动对气候的影响等来研究地球气候变化的趋势,并探讨预报未来气候的可能性。④物理动力气候学的研究。即用动力学的理论广泛开展气候成因和气候变化的理论研究,使气候研究进入了更精确的理论分析阶段。  

研究内容

  现代气候学研究主要有以下几个方面:     ①气候形成。研究太阳辐射、大气环流、下垫面状况在气候形成中的作用,以及人类活动和地球天文参数变化对气候的影响,如对辐射气候、动力气候、物理气候、季风气候、污染气候等的研究。     ②气候分布。研究各地气候的物征和差异、各种气候要素的分布规律,如对气候分类和气候区划、区域气候、近地层气候、高空气候、海洋气候等研究。  ③气候变迁。研究地球形成以来各个时期和未来的气候特征和变化规律,如对地质时期气候、历史气候、现代气候、气候预测等的研究。     ④气候与其他自然因素的关系。研究气候与地形、水文、植被、土壤等之间的相互作用和相互关系,如对小气候、地形气候、水文气候、植被气候和土壤气候等的研究。     ⑤应用气候。研究气候对人类生产活动、生活活动以及军事等的影响,如对气候资源利用、气候灾害防御、大气环境分析和评价,以及农业气候、工业气候、建筑气候、航空气候、城市气候、医疗气候、军事气候等的研究。       ⑥气候与人类的关系。研究人类对气候的影响,包括有意识地改善气候条件和无意识地使气候恶化。

研究特点  

  气候特征分布的地域性  由于太阳辐射、大气环流和下垫面的特征不同,各地的气候特征有显著的差异。如大陆东岸和西岸的气候特征各异;即使同属东岸,欧亚大陆东岸和北美大陆东岸的气候也不相同。这种地域性的特点,正是气候学成为地理学分支的重要原因,也是气候学中进行气候分类研究的基础。只有在广阔的范围内进行观测和调查研究,才能得出具有同类气候特征的区域和界限。  

·气候变化尺度的广泛性

   按气候学研究的空间尺度划分,有全球气候、北半球气候、大区域气候和地方气候等不同尺度的气候。按时间尺度划分,有年际气候距平变化、几十年以上的气候变化和万年以上变化周期的气候变迁等。要研究年际气候变化和较短时期的气候变化,至少需要有连续30年的观测资料。而要研究几十年周期的变化,就需要有至少10倍于该周期时间长度的资料,所以,除现代气象资料外,还需要利用历史记载和树木年轮等进行分析以延长资料年限,对于万年以上的变化,常利用地质岩心、冰心、化石等资料进行分析推测。由此可见,长年代的观测资料、同气象有关的史料和地质资料等,是研究气候变化不可缺少的依据。没有广泛的、系统的长年代资料,就很难进行气候学研究。这也许就是气候学在很长时间内较其他科学进展缓慢的原因之一。  

·气候规律应用的多样性

   气候学是应用性很强的学科。从工农业生产、交通、通信、能源、军事以至人类的一切生活活动,都和气候有密切的关系,大量的边缘学科,如城市气候、建筑气候、军事气候、农业气候、森林气候、海洋气候以及旅游气候等逐渐形成。  

·气候形成理论研究的复杂性

   太阳辐射、大气环流、下垫面状况(如海、陆、植被)是气候形成的几个主要因子,然而,这些因子之间如何互相作用而形成一个地方的气候特征,尚待进一步研究;还有,由于人类活动使大气中的微量元素和污染物质含量的增加而对气候变化的影响,以及各种地球天文参数对气候的影响等。这些都使气候形成理论的研究变得极其复杂,至今还缺乏精确有效的理论模式。  

分类

  由于太阳辐射,大气环流和下垫面的特征不同,各地的气候特征有显著的差异。如大陆东岸和西岸的气候特征各异;即使同属东岸,欧亚大陆东岸和北美大陆东岸的气候也不相同。这种地域性的特点,正是气候学成为地理学分支的重要原因,也是气候学中进行气候分类研究的基础。只有在广阔的范围内进行观测和调查研究,才能得出具有同类气候特征的区域和界限。  按气候学研究的空间尺度划分,有全球气候、北半球气候、大区域气候和地方气候等不同尺度的气候。按时间尺度划分,有年际气候变化、几十年以上的气候变化和万年以上变化周期的气候变迁等。要研究年际气候变化和较短时期的气候变化,至少需要有连续三十年的观测资料。而要研究几十年周期的变化,就需要有至少十倍于该周期时间长度的资料,所以,除现代气象资料外,还需要利用历史记载和树木年轮等进行分析,以延长资料年限。对于万年以上的变化,常利用地质岩心、冰心、化石等资料进行分析推测。     气候学是应用性很强的学科。从工农业生产、交通、通信、能源、军事以至人类的一切活动,都和气候有密切的关系,大量的边缘学科,如城市气候、建筑气候、军事气候、农业气候、森林气候、海洋气候以及旅游气候等逐渐形成。     太阳辐射、大气环流,下垫面状况(如海、陆、植被)是气候形成的几个主要因子,然而,这些因子之间如何互相作用而形成一个地方的气候特征,尚待进一步研究;还有,由于人类活动使大气中的微量元素和污染物质含量的增加而对气候变化的影响,以及各种地球天文参数对气候的影响等。这些都使气候形成理论的研究变得极其复杂,至今还缺乏精确有效的理论模式。     物理气候学与动力气候学主要以动力学的理论和方法研究气候形成和气候变化的原因。主要内容包括:辐射平衡、热量平衡、水分循环以及大气中各种污染物质和微量元素等的变化与气候的关系。运用大型电子计算机进行气候模拟,是研究物理动力气候学的重要方法,这一新分支的出现,为气候学的理论研究开辟了新的前景。     天气气候学是研究多年间大气环流的一般状态及其变动的规律性。如:环流的分型及其出现的频率,天气系统的频率、强度和路径,大范围气候异常与大气环流的关系等问题。     应用气候学根据工农业生产和生活等各方面的特殊需要,研究它们同气候的相互关系,以及如何将气候知识广泛应用于各个方面。主要研究内容为:气候资源的利用,气候灾害的防御,大气环境的分析、评定和区划,以及各有关专业相应的气候问题。此外,气候学还可按大气的分层分为:近地层气候学和平流层气候学等。  此外,气候学还可按大气的分层分为:近地层气候学和平流层气候学等。    气候学同各门基础科学、技术科学及至社会科学间有着广泛的联系。无论是从理论还是从方法看,气候学和数学、物理学、化学、天文学、地学等基本学科以及大气科学各分支都有密切的关系。气候监测更需要应用各种技术科学。所以,气候学是同其他多种学科广泛联系的一门学科。  

与其他学科关系

  气候学同各门基础科学、技术科学及至社会科学间有着广泛的联系。无论是从理论还是从方法看,气候学和数学、物理学、化学、天文学、地学等基本学科以及大气科学各分支都有密切的关系。气候监测更需要应用各种技术科学。所以,气候学是同其他多种学科广泛联系的一门学科。     由于气候涉及到人类生活和生产的各个方面,从1972年以来,在国际上关于环境、粮食、水资源、沙漠化等一系列重要会议上,气候问题都占有显著地位。1979年世界气候大会提出了世界气候计划,使气候问题成为国际协作的重大课题,气候学成了日益活跃的学科,气候学的含义也正在不断发展,包括大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈在内的气候系统的概念也正在形成。 虽然,当前气候学仍以大气为其主要研究对象,但其内容正在不断地丰富和充实,从大气科学的一个分支向着综合性的气候系统的学科发展。