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    大氣科學(xué)發(fā)展的綜合性特點(diǎn)和趨勢

    2019-09-10 20:55:47李霏
    關(guān)鍵詞:發(fā)展趨勢

    李霏

    摘要:大氣科學(xué)以實(shí)際觀測資料為自己發(fā)展的基本依據(jù),以不同尺度的時(shí)間和空間為自己的活動(dòng)舞臺(tái),只以其他多種學(xué)科作為自己發(fā)展的理論基礎(chǔ)和研究手段,這既表明了綜合往是大氣科學(xué)發(fā)展的固有屬性,也決定了綜合性是大氣科學(xué)發(fā)展的必然趨勢。縱觀大氣科學(xué)發(fā)展過程,特別是70年代以來世界范圍內(nèi)的綜合性大氣觀測試驗(yàn)和數(shù)據(jù)模擬工作,表明了加強(qiáng)國際間合作,開展多學(xué)科間的綜合研究,應(yīng)是推動(dòng)大氣科學(xué)發(fā)展的必要途徑。

    關(guān)鍵詞:大氣科學(xué);發(fā)展趨勢;發(fā)現(xiàn)特點(diǎn)

    本世紀(jì)60年代以來,人們越來越深刻地認(rèn)識(shí)到應(yīng)該把地球看做一個(gè)整體來進(jìn)行科學(xué)研究。在大氣科學(xué)領(lǐng)域中,氣候系統(tǒng)概念(氣候系統(tǒng)是決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的物理系統(tǒng),包括大氣圈、水圈、巖石圈、低溫圈和生物圈。)的提出就是一個(gè)例證。這標(biāo)志著對(duì)氣候的認(rèn)識(shí)不再把它看做是簡單的天氣狀況平均的概念,意味著氣候研究已涉入到氣候內(nèi)在屬性的問題,從機(jī)械論向系統(tǒng)論的轉(zhuǎn)變??v觀大氣科學(xué)的發(fā)展過程,其綜合性特點(diǎn)越來越明確深刻化了。以人為主體,在實(shí)踐過程中,大氣科學(xué)不僅與國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門,而且同許多學(xué)科的聯(lián)系越來越緊密了。積銀開展它與多種學(xué)科的綜合研究,特別是把地球作為一個(gè)完整的系統(tǒng),重視其各個(gè)部分的相互作用及其對(duì)大氣圈的影響,已經(jīng)成為大氣科學(xué)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。

    1綜合性–大氣科學(xué)發(fā)展的固有屬性

    一般來說,把19世紀(jì)20年代地面天氣圖的誕生看做是近代氣象學(xué)研究起點(diǎn)的標(biāo)志。就天氣圖一詞,在英語中稱之為synopticchart.而隨后形成的天氣學(xué)稱為synopticmeteorology,天氣預(yù)報(bào)稱為synopticforecast,synoptic的原義是綜觀或鳥瞰的意思。meteolcogy一詞源于希臘文meteros和logos,意為“上空的”和“推理”。如此使用的內(nèi)涵就在于天氣學(xué)是一門需要作綜合判斷的科學(xué)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在氣象學(xué)中的使用,其研究范疇日益擴(kuò)展、大大擴(kuò)充了傳統(tǒng)氣象學(xué)的研究內(nèi)容,使得它的綜合性含義有了新的延伸和發(fā)展,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了原來synoptic一詞的內(nèi)涵。因而,從20世紀(jì)60年代以后,比氣象學(xué)名字更具有普遍性的“大氣科學(xué)"術(shù)語開始使用并日益廣泛起來

    1.1大氣科學(xué)以實(shí)際觀測資料為自己發(fā)展的基本依據(jù)

    大氣狀態(tài)的變化涉及諸多要素和因子,只有綜合了解和分析這些要素和因子的真實(shí)面貌和動(dòng)態(tài)特征,才能得出大氣狀態(tài)及其變化規(guī)律。迄今大氣科學(xué)中的每一句斷言和每一個(gè)結(jié)論甚至得出這些斷言和結(jié)論的每一步推理過程都必須通過實(shí)際觀測資料來驗(yàn)證其真?zhèn)?。且不說近20多年來全球性大氣綜合觀測試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的新觀測事實(shí)并由此深入揭示出的大氣科學(xué)領(lǐng)域中的一些新觀點(diǎn),就是前述的天氣圖也是在大量的觀測記錄資料基礎(chǔ)上繪制出來的。值得提及的是,這類資料范圍之廣,數(shù)量之多,傳遞之快、確是自然科學(xué)中的奇觀。僅以我國范圍為例,全國有近2600個(gè)氣象臺(tái)站,其中約有2400個(gè)站點(diǎn)要發(fā)氣象觀測記錄報(bào)。其報(bào)的內(nèi)容中至少有10項(xiàng)要填在地面天氣圖上.這10個(gè)氣象要素即海平面氣壓、溫度、露點(diǎn)、云狀、云量、能見度、風(fēng)向、風(fēng)速、現(xiàn)在天氣、過去天氣。按常規(guī)要求,這樣的圖一天要定時(shí)繪4張,所以,如果這24O0個(gè)站點(diǎn)的報(bào)文都要填在天氣圖上的話,那末,一夭就要處理近10萬個(gè)數(shù)據(jù),如此日復(fù)一日,從不間斷。再如,為解決全球天氣分析和預(yù)報(bào)問題,若按50o平方公里大網(wǎng)格考慮,則要求1oo萬個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上具有觀測資料。因此,加強(qiáng)大氣觀測工作,特別是深入開展綜合性的觀測試驗(yàn),以積極解決資料問題,應(yīng)是發(fā)展大氣科學(xué)的重要途徑。

    1.2大氣科學(xué)分支學(xué)科又分又合的發(fā)展過程

    是大氣科學(xué)本身綜合性的又一個(gè)反映從人類文明開始到16世紀(jì)·人類對(duì)于大氣科學(xué)的認(rèn)識(shí),逐步由小到多、由淺入深地積累起來,個(gè)是知識(shí)是零碎的,又多是推理性的。17世紀(jì)初起,隨著氣象儀器的陸續(xù)發(fā)明和不斷改進(jìn),1653年在意大利建立了世界上第一個(gè)氣象觀測站。到18世紀(jì)80年代,在歐洲、北美洲和西伯利亞等地的近60個(gè)觀測站構(gòu)成了觀測網(wǎng),其中每個(gè)站都用統(tǒng)一的儀器、規(guī)范、觀測大氣科學(xué)趨勢淺析

    時(shí)次和記錄格式,并將所得資料集中管理。1820年德國人布蘭德斯利用這種資料繪成了世界上第一張?zhí)鞖鈭D。在觀測網(wǎng)的建立、天氣圖的出現(xiàn)以及流體力學(xué)理論發(fā)展的基礎(chǔ)上,大氣科學(xué)的主要分支學(xué)科(天氣學(xué)、動(dòng)力氣象學(xué)、氣候?qū)W、云和降水物理學(xué)等)相繼形成。從本世紀(jì)50年代開始,隨著遙感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等引入大氣科學(xué)領(lǐng)域,一些新分支學(xué)科又不斷涌現(xiàn)出來。

    2大氣科學(xué)綜合性的外向表現(xiàn)-大氣科學(xué)的發(fā)展與其他多種學(xué)科的發(fā)展密不可分

    眾所周知,大氣科學(xué)的形成和發(fā)展,離不開物理學(xué)和數(shù)學(xué)的支持。這是因?yàn)橐磺写髿猬F(xiàn)象莫不服從于物理和化學(xué)規(guī)律,需要各種數(shù)學(xué)工具作為研究手段。比如,研究大氣運(yùn)動(dòng),需要同流體力學(xué)、熱力學(xué)、數(shù)學(xué)密切合作;研究數(shù)值天氣預(yù)報(bào),需用計(jì)算數(shù)學(xué)等理論知識(shí)。

    全球變化過程的兩個(gè)基本類型(物理氣候系統(tǒng)和生物地球化學(xué)循環(huán))通過無處不有的全球水分(水汽、水、冰)相聯(lián)系在一起的,除了太陽(還含其他天文因素)外,還把人類活動(dòng)作為全球變化的引發(fā)因素之一。不言而喻,大氣科學(xué)與海洋學(xué)、水文學(xué)、天文學(xué)和生物學(xué)等多種學(xué)科的關(guān)系也是非常密切的。這就是說,研究水分循環(huán)、海洋與大氣的關(guān)系等,需要水文學(xué)、海洋學(xué)相配合;研究大氣的演化、地球氣候的變化,需用到地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、冰川學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)等知識(shí)。此外,研究大氣探測的手段和方法,則需要有關(guān)的技術(shù)科學(xué)相配合

    現(xiàn)代技術(shù)比如信息技術(shù)(遙感技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù))的迅速發(fā)展,并不斷被大氣科學(xué)所采用,已經(jīng)使大氣科學(xué)技術(shù)面貌和科研水平發(fā)生了根本性的變革。加上不斷涌出的新的學(xué)術(shù)思想和理論觀點(diǎn),如突變理論、灰色理論、模糊數(shù)學(xué)等,往往立即在大氣科學(xué)中得到應(yīng)用,促使其前沿學(xué)科領(lǐng)域不斷產(chǎn)生。

    3推動(dòng)大氣科學(xué)綜合性發(fā)展的必要途徑一國際合作

    全球大氣。作為一個(gè)整體、在不停地運(yùn)動(dòng)著.大氣沒有國界,一個(gè)地區(qū)(或國家內(nèi))的大氣運(yùn)動(dòng)受到其他地區(qū)(或國家內(nèi))的大氣運(yùn)動(dòng)的影響,反之亦然

    大氣科學(xué)研究中需用的觀測資料所具有的高度分散(觀測站點(diǎn))、高度集中(資料迅速集中)和高度協(xié)調(diào)(觀測站址、觀測儀器和方法)的特點(diǎn),要求高度的國際間合作。近30年來的世界天氣監(jiān)視網(wǎng)及全球大氣研究計(jì)劃的實(shí)施和發(fā)展,就是國際合作的一個(gè)范例。這不僅表明了開展國際間綜合性大氣觀測試驗(yàn)和數(shù)值模擬已經(jīng)成為大氣科學(xué)研究的重要手段,而且這也是大氣科學(xué)本身的綜合性特點(diǎn)所要求的。

    1978年12月至1979年11月的全球大氣研究計(jì)劃第一次全球大氣試驗(yàn)、在全球范圍內(nèi)有140個(gè)國家投入試驗(yàn)的地面站9200個(gè)、高空站1000個(gè)、靜止氣象衛(wèi)星5顆、極軌氣雜衛(wèi)星4顆、船50艘、飛機(jī)100架、定高氣球300個(gè)、海洋浮標(biāo)300多個(gè)。該試驗(yàn)按預(yù)定計(jì)劃完成,已整理出一套完整的高質(zhì)量資料。在此期間,全球大氣探測達(dá)到空前未有的程度,對(duì)這些資料分析,為人們提供了大氣運(yùn)動(dòng)最完整的圖像。

    為著研究全球大氣變化,由國際科聯(lián)協(xié)調(diào)的一次最大的綜合性計(jì)劃:國際地圈一生物圖計(jì)劃(ICBP1984~2000),它的產(chǎn)生充分代表了地球科學(xué)所屬各學(xué)科相互滲透、相互融合并進(jìn)而與社會(huì)科學(xué)緊密相結(jié)合的總趨勢。目前已有近30個(gè)國家相應(yīng)成立了IGBP國家委員會(huì)。

    從IGBP的4個(gè)主要科學(xué)問題(陸地生物圈與大氣化學(xué)過程的相互作用,海洋生物幽與大氣的相互作用,水循環(huán)的生物學(xué)問題.氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響)可以看出,這個(gè)計(jì)劃與大氣科學(xué)的關(guān)系異常密切,它的實(shí)施必將全面推動(dòng)大氣科學(xué)的發(fā)展。因此、可以認(rèn)為,這個(gè)計(jì)劃是當(dāng)前(至少到21世紀(jì))大氣科學(xué)綜合性研究之匯總,更可以認(rèn)為,它構(gòu)成了全球變化科學(xué)研究的總輪廓。

    參考文獻(xiàn):

    [1] 汪勤模.大氣科學(xué)發(fā)展的綜合性特點(diǎn)和趨勢[J].科學(xué)學(xué)研究,1992(4):5-10.

    (作者單位:濟(jì)寧市氣象局)

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