气象学

气象学是把大气当作研究的客体,从定性和定量两方面来说明大气特征的学科,集中研究大气的天气情况和变化规律和对天气的预报。气象学是大气科学的一个分支。

歷史

第一位建立氣象學的人是古希臘哲學家亞里士多德。在他的專書《氣象匯論》中,他最先敘述和粗淺地解釋了等天氣現象,而這書是世界上最早的氣象書籍。直到18-19世紀,由於物理學化學的發展以及氣壓溫度濕度等測量儀器的陸續發明,使大氣科學研究由單純的描述進入了可以定量分析的階段。1820年,德國人布德蘭繪製了第一張地面天氣圖,開創了近代天氣分析和預報方法。1835年,法國人科利奧里提出風偏轉的概念;而1857年荷蘭人白貝羅提出風和氣壓的關係,他們的概念都成為大氣動力學和天氣分析的基礎。1854年11月14日克里米亞戰爭期間,一場暴雨使亨利四世的軍艦及商船毀壞殆盡,造成400人死亡,當時的國防部長瓦揚()請天文學家爾班·勒維耶負責找出原委。經過研究後,爾班證明這場暴風雨在11月12日即已存在,且在兩天之內便自西北往東南方向襲捲整個歐洲。因此他指出影響天氣的大部份因子都具有遷移性。此次事件使他認為有必要發展氣象學,他促使這門學科在1855年獲得正式地位,現代氣象學就此踏出第一步。[1]

1920年前後,挪威的皮耶克尼斯父子提出了一套名為「極鋒學說」的理論,來說明中緯度地區的天氣變化情況。這套理論在1920年代發表之後,至今已有70多年,但仍然是今日作天氣預報的主要理論依據,亦為分析和預報未來1-2天的天氣奠定了理論基礎。1930年代,無線電探空儀的廣泛使用,真正開始了三維空間的大氣科學研究。根據大量探空資料繪製的高空天氣圖,發現了大氣長波。1939年卡尔-古斯塔夫·罗斯贝提出了長波動力學,他的理論亦對天氣預報有莫大的貢獻。到了1950年代至60年代,電腦、天氣雷達,衛星和遙感的技術的應用,使大氣的各種現象,大至大氣環流,小至雨滴的形成過程,都可依照物理學和化學的數學形式來表示,例如熱力學第一定律偏微分。從而使大氣科學有了突飛猛進的發展[2]

研究方法

研究的方法主要有四種,分別為觀測研究、理論研究、數值模式研究及實驗研究[3]

觀測研究

觀測研究是藉觀測去了解不同的大氣現象,可以說是氣象學理論的其中一塊基石,亦是一般氣象愛好者所關注的。觀測方法亦有很多種,氣象站、高空氣球、衛星雲圖、雷達回波圖等。觀測研究不只是觀測,也有一定程度的歸納和分析,例如一句「明天轉冷」,便是一種分析。此外,繪製天氣圖、整理熱帶氣旋路徑、氣候區域分類等,亦是觀測研究所要做的。

理論研究

理論研究有三大部份,除觀測外,物理數學對理論研究亦很重要。理論可以從兩方面產生,一方面是從觀測數據中直接建立出來的,例如分析熱帶氣旋強度的德沃扎克分析法,另一方面是從物理理論或其他氣象理論演化出來的,例如地轉方程、氣壓梯度方程等。物理理論很多時需要數學的幫助,反過來說,數學語言有時更能使我們明白物理和氣象理論。

數值模式研究

現代的天氣預報即是建立在數值模式上,數值模式透過非線性方程式以及超級電腦的插點格運算,反演出一地區未來數天天氣。數值模式研究是較少人所認識的,它們都需要相當的理論知識、電腦程序技巧和實驗技巧。數值模式研究會把不同的物理和氣象方程,以電腦程序的方式放進電腦裡,再計算出未來溫度濕度氣壓風向等變化,以協助天氣預報或理論研究。

比较有名的天气数值模式有:

  • 歐洲中期預報中心
  • 美国 UCAR MM5
  • 美國 UCAR WRF
  • 中国气象局开发的 GRAPE

實驗研究

實驗研究同樣是較少人所認識的,實驗研究因數值模式研究的出現而比往日式微,但亦有其存在價值,例如要驗証某些理論,數值模式研究是做不到的。

气象学主题以及现象

國際太空站拍攝的颶風

其它:

气象测量仪表和设备

参见

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参考文献

  1. Chaboud, René. . . 發現之旅. 49. 由雷淑芬翻譯. 臺北: 時報文化. 1999年5月10日: 第29–30頁. ISBN 978-957-13-2733-4 (中文(台灣)‎).
  2. 香港天氣資訊中心 氣象簡介 存檔,存档日期2007-12-24.
  3. 香港氣象中心 Hong Kong Meteorological Center 教育文章 氣象學、天氣學和氣候學

外部链接

  • Glossary of Meteorology - From the American Meteorological Society, an excellent reference of nomenclature, equations, and concepts for the more advanced reader.
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