2013年河南初任檢察官考試公共基礎(chǔ)知識(shí):地學(xué)理論大氣科學(xué)
大氣科學(xué)是研究大氣的各種現(xiàn)象及其演變規(guī)律,以及如何利用這些規(guī)律為人類服務(wù)的一門學(xué)科。大氣科學(xué)是地球科學(xué)的一個(gè)組成部分。它的研究對(duì)象主要是覆蓋整個(gè)地球的大氣圈,此外也研究太陽(yáng)系其他行星的大氣。
大氣圈,特別是地球表面的低層大氣,以及和它相關(guān)的水圈、巖石圈、生物圈是人類賴以生存的主要環(huán)境。如何認(rèn)識(shí)大氣中的各種現(xiàn)象,如何及時(shí)而又正確地預(yù)報(bào)未來(lái)的天氣、氣候,并對(duì)不利的天氣、氣候條件進(jìn)行人工調(diào)節(jié)和防御,是人類自古以來(lái)一直不斷探索的領(lǐng)域。
隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的迅速發(fā)展,大氣科學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中的巨大作用日益顯著,其研究領(lǐng)域已經(jīng)越出通常所稱的氣象學(xué)的范圍。
大氣科學(xué)簡(jiǎn)史
大氣科學(xué)是一門古老的學(xué)科,有關(guān)天氣、氣候知識(shí)起源于長(zhǎng)久的生產(chǎn)勞動(dòng)和社會(huì)生活的經(jīng)驗(yàn)之中。
早在漁獵時(shí)代和農(nóng)業(yè)時(shí)代,人們就逐漸積累起有關(guān)天氣、氣候變化的知識(shí)。中國(guó)在公元前2 世紀(jì)見(jiàn)于《淮南子?天文訓(xùn)》和《逸周書(shū)?時(shí)訓(xùn)解》的二十四節(jié)氣和七十二候,就是從生產(chǎn)和生活實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的,它又被用來(lái)指導(dǎo)農(nóng)事活動(dòng)。
17 世紀(jì)以前,人們對(duì)大氣以及大氣中各種現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)是直覺(jué)的、經(jīng)驗(yàn)性的。17~18 世紀(jì),由于物理學(xué)和化學(xué)的發(fā)展,溫度、氣壓、風(fēng)和濕度等測(cè)量?jī)x器的陸續(xù)發(fā)明,氮、氧等元素的相繼發(fā)現(xiàn),為人類定量地認(rèn)識(shí)大氣的組成、大氣的運(yùn)動(dòng)等創(chuàng)造了條件。于是,大氣科學(xué)研究開(kāi)始由單純定性的描述進(jìn)入了可以定量分析的階段。這是大氣科學(xué)發(fā)展進(jìn)程中的一次飛躍。
1820 年,在氣壓、溫度、濕度、風(fēng)等氣象要素的測(cè)定和氣象觀測(cè)站網(wǎng)逐步建立的條件下,布蘭德斯繪制了歷史上第一張?zhí)鞖鈭D,開(kāi)創(chuàng)了近代天氣分析和天氣預(yù)報(bào)方法,為大氣科學(xué)向理論研究發(fā)展開(kāi)辟了途徑。這是大氣科學(xué)發(fā)展史上的又一次飛躍。
1835 年科里奧利力的概念和1857 年白貝羅提出的風(fēng)和氣壓的關(guān)系,成為地球大氣動(dòng)力學(xué)和天氣分析的基石。1920 年前后,氣象學(xué)家皮耶克尼斯,索爾貝格和伯杰龍等提出的鋒面、氣旋和氣團(tuán)學(xué)說(shuō),為天氣分析和預(yù)報(bào)1~2 天以后的天氣變化奠定了理論基礎(chǔ)。
1783 年,法國(guó)查理制成了攜帶探測(cè)氣象要素儀器的氫氣氣球。20 世紀(jì)30 年代無(wú)線電探空儀開(kāi)始普遍使用,這就能夠了解大氣的鉛直結(jié)構(gòu),真正三度空間的大氣科學(xué)研究從此開(kāi)始。根據(jù)探空資料繪制的高空天氣圖,發(fā)現(xiàn)了大氣長(zhǎng)波。1939 年氣象學(xué)家羅斯比提出了長(zhǎng)波動(dòng)力學(xué),并由此引出了位勢(shì)渦度理論。這不僅使有理論依據(jù)的天氣預(yù)報(bào)期限延伸到3~4 天,而且為后來(lái)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)和大氣環(huán)流的數(shù)值模擬開(kāi)辟了道路。
1946 年朗繆爾、謝弗和馮內(nèi)古特的“播云”試驗(yàn),探明了在過(guò)冷云中播撒固體二氧化碳或
碘化銀,可以使云中的過(guò)冷水滴冰晶化,增加云中的冰晶數(shù)目,促進(jìn)降水,從此進(jìn)入了人工影響天氣的試驗(yàn)階段。
20 世紀(jì)50 年代以前,大氣科學(xué)雖然取得了很大的進(jìn)展,但因受海洋、沙漠等人煙稀少地區(qū)缺乏資料的限制以及計(jì)算上的困難,還不能擺脫定性或半定性的研究狀態(tài)。50 年代以后,由于各種新技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)和氣象衛(wèi)星的采用,大氣科學(xué)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。
由于采用氣象衛(wèi)星、氣象火箭和激光、微波、紅外等遙感探測(cè)手段以及各種化學(xué)痕量分析手段等新技術(shù),對(duì)大氣的觀測(cè)能力增強(qiáng)了,觀測(cè)空間擴(kuò)展了。如赤道上空五個(gè)地球同步衛(wèi)星和兩個(gè)極軌衛(wèi)星幾乎能提供全球大氣同時(shí)間的情況,不再存在氣象資料的空白地區(qū)。
氣象衛(wèi)星、新型氣象雷達(dá)、飛機(jī)等探測(cè)手段聯(lián)合應(yīng)用,為開(kāi)展各種規(guī)模的綜合觀測(cè)試驗(yàn),為早期發(fā)現(xiàn)和追蹤臺(tái)風(fēng)及生命史短至幾小時(shí)的小尺度災(zāi)害性天氣系統(tǒng),為提高短期和短時(shí)預(yù)報(bào)水平,以及改進(jìn)中期預(yù)報(bào)提供了條件。氣象衛(wèi)星在大氣層外探測(cè)大氣,不僅加大了觀測(cè)范圍,而且極大地豐富了觀測(cè)內(nèi)容,如廣闊洋面的溫度、云的微觀結(jié)構(gòu)、大氣的輻射平衡等。氣象衛(wèi)星已成為現(xiàn)代大氣科學(xué)發(fā)展的支柱之一。
電子計(jì)算機(jī)的使用,使大氣科學(xué)研究進(jìn)入了定量和試驗(yàn)研究的新階段。大氣的各種現(xiàn)象,大至全球的大氣環(huán)流,小至雨滴的形成過(guò)程,都可以依照物理和化學(xué)原理以數(shù)學(xué)形式表達(dá),然而只有用電子計(jì)算機(jī)才可能進(jìn)行運(yùn)算并模擬這些現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展和消亡的過(guò)程。
此外,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人類往往需要了解幾星期、幾個(gè)月甚至一年以上大氣可能出現(xiàn)的狀態(tài)。這也需依靠高速計(jì)算機(jī)獲取和處理全球資料,以全球模式來(lái)進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)報(bào)。電子計(jì)算機(jī)是現(xiàn)代大氣科學(xué)發(fā)展的另一個(gè)支柱??梢灶A(yù)期下一代甚至再下一代最大的電子計(jì)算機(jī)將首先用于大氣科學(xué)。
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