天气学

[拼音]：tianqixue

[外文]：synoptic meteorology

研究大气中各种天气现象发生和变化的规律，以及如何运用这些规律来制作天气预报的一门学科。它是大气科学的一个分支。“天气学”一词来源于西方国家，英文名词Synoptic meteorology中，Synoptic的原义是综观的或鸟瞰的意思，即指将大范围各地区气象台站在同一时刻观测所得的气象资料，填绘在一张空白地图上，进行综观的分析。20世纪60年代以后，同时还配合气象卫星探测资料的分析，然后由此作出天气预报。

发展史

天气学的研究已有一百多年的历史，它的发展同气象观测手段和技术的革新，以及同动力气象学的发展相联系，经历了 4个阶段：在20世纪20年代以前，主要用地面天气图等，分析各种气压系统及其天气分布，这属第一阶段。20年代以后，由于探空仪的研制成功而获得了高空气象资料，从而对天气系统的研究由地面扩展到了三维空间，这是第二阶段。在这个阶段中，挪威气象学家J.皮耶克尼斯提出了极锋学说，瑞典气象学家T.H.P.伯杰龙提出了气团学说。极锋学说概括了典型的极锋气旋模型(包括气旋从初生、发展到消亡的生命史)，指出在温带的移动性气旋内，有来自极地的冷空气和来自热带的暖空气形成的分界面，这种分界面称作极锋(见锋)。气团学说认为：中纬度的天气变化，是由于来自不同源地的气团相互作用的结果。当某地为某种气团控制时，往往出现某种典型的天气。而在两种气团交绥的地方，则天气变化往往非常激烈。20世纪30年代以后，天气学进入第三阶段。其标志是长波理论的提出和应用。1939年，瑞典气象学家 C.-G.罗斯比通过对大量高空天气图的分析，提出了长波（行星波）理论，并发现极锋气旋是在长波的特定位置上发展起来的，气旋的运动和发展，都和长波有密切的联系。在此阶段里，天气学开始和动力气象学结合，除了广泛应用罗斯比的长波公式外，英国气象学家R.C.萨特克利夫和挪威气象学家S.佩特森在简化涡度方程(见大气动力方程)的基础上，分别提出了判断地面天气系统发生、发展的条件。此外，芬兰气象学家E.H.帕尔门对西风带大尺度天气系统的特性，美国气象学家C.W.牛顿对强对流风暴等做了大量的研究。美国气象学家H.里尔在热带天气分析、热带大气环流和东风波的研究方面，都作出了贡献(见热带气象学)。60年代以后，天气学进入第四阶段。由于高速电子计算机的使用，天气学和动力气象学的结合更加紧密。具体表现在对天气系统的数值模拟试验(见大气运动数值试验)和诊断分析（见天气分析）两方面，由此，对天气系统发生发展的物理机制，有了进一步的了解。同时由于气象卫星提供了人烟稀少地区 (如海洋、两极、高原和沙漠地区)的大量气象资料，热带气象学和极地气象学得到了迅速的发展，许多新的大气运动现象也不断发现。再由于气象雷达等探测手段的不断改进，对中小尺度天气系统、强对流天气的研究也更加深入了。

中国气象学家竺可桢于1925年首先对中国天气类型进行了分类；沈孝凰于1931年对中国江淮流域的气旋作了研究；李宪之于1934～1936年期间对南半球寒潮和西北太平洋台风之间的关系进行了研究，并初步提出了两个半球之间大气环流的相互作用；卢鋈于1943年写出了中国第一本《天气预告学》，并对30～40年代的中国寒潮和台风进行了研究；以后，陶诗言对中国历史上的特大暴雨、寒潮、高原气象学和卫星气象学的研究，谢义炳对高空切断低压（见阻塞高压）、中国降水天气系统和中、低纬度环流的相互作用的研究，黄士松对副热带高压和热带环流的研究，以及朱炳海对气团、锋等的研究，都对天气学的发展作出了贡献。

研究特点

（1） 天气学是一门理论与实践紧密结合的应用学科。天气学的发展始于农业、航海等对天气预报的需要。准确的天气预报一直是天气学研究的主要目标。由于控制大气运动因子的复杂性和大气运动本身的随机性，天气预报还不能像日月星辰位置的预报那样准确，但基本上已能实用，并在经济建设中起着重要的作用。特别是50年代以来，由于电子计算机和气象卫星的运用，天气预报的精度已有很大提高。对一些尺度较小的灾害性天气系统的预报，还将进一步研究。

（2）天气学是根据实际观测资料概括出天气学的规律或模式，并以动力气象学为理论基础进行研究的学科。天气学和物理学不同，大部分天气现象不能在实验室内进行观察，而需把整个大气圈作为“实验室”，在收集世界各地大量观测资料的基础上，运用天气图表及其他工具进行研究。

（3）天气学是一门地方性很强的学科。由于大气的流动性，各地天气变化有着十分密切的关联。即使有许多普遍性的规律，由于地理因素不同，各地的天气也各有自己的特色，故在天气学的研究中，既要考虑大气整体的运动规律，又要考虑地理、地形和海陆分布等地方性因素的重大影响。

研究内容

天气学主要研究三方面的内容：

（1）揭露和发现大气环流、天气系统、天气过程等大气运动现象，综合归纳大气运动规律。许多天气学理论就是从这些基本事实的研究中得出的。例如，东北信风的发现促进了大气环流理论的研究；暖锋的发现促进了极锋学说的建立；长波的发现促进了长波理论的诞生；热带平流层纬向风准两年周期振荡的发现，促进了热带平流层波动理论的研究等。

（2）研究大气中各种不同尺度的天气系统的结构、发生、发展和移动等特征，建立各种天气系统发生发展的物理图象；研究各种天气系统之间的相互作用以及大气环流和天气过程的演变等的物理机制。

（3）研究天气预报方法，即研究怎样根据天气图及其他有关工具的分析，对各地未来的天气作出预报。

与其他分支学科的关系

天气学的研究是以气象观测资料为依据的，所以气象观测是其发展的基础。天气学发现的大气运动现象，为动力气象学提供了研究课题。动力气象学的研究结果，又为天气学的研究提供了理论依据，并直接应用于天气预报中。天气学与云和降水物理学不同，前者主要研究大气的宏观过程，后者则主要研究微观过程，但两者又存在着密切的关系。如对降水的研究，只有同时考虑降水的宏观和微观过程，才能得出正确的结论。天气学与气候学也有所不同，天气学主要研究瞬时的大气物理现象及其短期变化过程，而气候学则主要研究长期的平均的大气物理现象及其长期变化规律。但二者又相互联系，如天气气候学即是其结合的产物。天气预报为各专业的服务推动了应用气象学的发展。而应用气象学中各种不同的要求，又推动了天气学的研究和发展。

动向

随着遥感技术(见大气遥感)的发展，探测资料的日益增多和高速电子计算机的广泛应用，天气学将向更加深入、综合和理论化的方向发展。

（1）天气学和动力气象学日趋结合，以及数值试验的开展，使天气学由半定性的研究向着更加精确、更加理论化的方向发展，天气预报也向着更加定量化和自动化的方向发展。

（2）卫星气象学、雷达气象学在天气学中的应用，以及飞机、火箭、定高气球等探测手段提供的各种非实时资料的运用，使天气学和天气预报除了利用天气图以外，更可利用卫星云图等多种工具进行分析研究和预报，使天气学朝着更加综合的方向发展。

（3）气象卫星探测以及许多大规模的国际联合试验(见全球大气研究计划、世界气候计划)，获得了大量低纬度地区和极地的资料，这为研究全球各纬度带的大气环流和天气系统以及它们的相互作用提供了条件，使过去以研究中、高纬度地区为主的天气学向着研究全球天气变化的方向发展。

（4）多普勒雷达（见气象多普勒雷达）等新技术的应用，积云动力学（见云动力学）理论的运用，以及各种尺度天气系统相互关系的研究等，进一步认识了中小尺度天气系统的物理机制及其发展过程，这使严重的灾害性天气预报向着更加准确及时的方向发展，从而不断提高人类防灾、抗灾的能力。

参考书目

S.佩特森著，程纯枢译：《天气分析和预报》，上册，科学出版社，北京，1958。（S.Petterssen，Weather Analysis andForecasting，2nd.ed.， McGraw-Hill，New York，1956.）E.帕尔门、C.W.牛顿著，程纯枢等译：《大气环流系统》，科学出版社，北京，1978。(E.Palmén，C.W.Newton，Atmospheric Circulation Systems，Academic Press，New York，1969.)朱乾根等编著：《天气学原理和方法》，气象出版社，北京，1981。WMO，rology，WMO-No.364，Vol.1，Part3，1978.J.M.Wallace，P.V.Hobbs，Atmospheric Science: An Introductory Survey，Academic Press，New York，1977.