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氣象學是把大氣當作研究的客體,從定性和定量兩方面來說明大氣特徵的學科,集中研究大氣的天氣情況和變化規律和對天氣的預報。氣象學是大氣科學的一個分支。

歷史

第一位建立氣象學的人是古希臘哲學家亞里士多德[1]。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,法國科利奧里提出風偏轉的概念;而1857年荷蘭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(Vaillant)請天文學家于爾班•勒維耶負責找出原委。經過研究後,于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。

1920年前後,挪威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年卡爾-古斯塔夫•羅斯貝提出了長波動力學,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。

研究方法

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[2],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。

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。

氣象學主題以及現象

其它:

氣象測量儀表和設備

視頻

氣象學 相關視頻

氣候學與氣象學 復旦大學 束炯
氣象科普-解密颱風

參考文獻

  1. 在人類知識的海洋中定位氣象學,新浪博客,2015-01-04
  2. 天氣預報的「前世今生」,搜狐,2016-01-15  
  3. 厄爾尼諾現象是什麼意思?_,騰訊視頻,2019-4-17