天氣
基本原理
天氣現(xiàn)象主要源于不同地方的溫度差異。從大的尺度來看,接近赤道的地區(qū)單位面積接收到的太陽能總的來說比其他地區(qū)大。從較小的尺度來看,不同的下邊界(如地面和海洋)由于不同的物理性質(zhì),吸收太陽能的效率也不同。
溫度差異會導致氣壓差異。若某個表面的溫度較高,表面上的空氣就會被加熱并膨脹上升,表面處的氣壓就會降低,周圍的空氣會來補充,于是空氣運動產(chǎn)生風。另外科里奧利力會影響氣流的運動方向。許多復雜的天氣現(xiàn)象都源于這樣一個簡單的系統(tǒng),好比海陸風。
天氣密度(溫度和濕度)是由一個地方和另一個之間的差異。這些差異可能是由于從熱帶太陽的角度在任何特定地點,由不同緯度。極地和熱帶空氣之間的強烈的溫度反差引起的噴流。在天氣系統(tǒng)中緯度地區(qū),如溫帶氣旋,造成噴流流的不穩(wěn)定性。由于地球的軸是相對于它的軌道平面傾斜,陽光是在一年中不同時期的不同角度的事件。在地球表面的溫度范圍40°C(100°F至-40°F)的一次。幾千年來,地球軌道上的變化影響地球接收的太陽能量和分布,并影響長期氣候和全球氣候變化。
表面溫度反過來的差異造成的壓力差。天氣預報是科學和應用技術(shù),預測國家未來某個時間和位置的大氣。天氣是一個混沌系統(tǒng),系統(tǒng)內(nèi)部分微小的變化,可以影響整體。貫穿人類歷史,人類有時試圖控制天氣,有證據(jù)表明,人類活動(如農(nóng)業(yè)和工業(yè))在不經(jīng)意間改變天氣模式。
研究其他行星上的天氣有助于了解地球上的天氣。太陽系著名的地標-木星的大紅斑,是一種反氣旋風暴,已知有至少有300年的歷史。然而,天氣并不限于行星。廣義的天氣可以包含整個星系空間中氣體(氣態(tài)及離子態(tài)的元素)的變化,恒星的日冕不斷的噴發(fā),在整個太陽系創(chuàng)造一個本質(zhì)上非常稀薄的氣層??梢哉f,太陽風這種太陽大規(guī)模噴出的運動,也是一種太陽系內(nèi)的天氣。
氣象數(shù)據(jù)
氣象學是研究大氣運動的科學。下面是天氣的主要數(shù)據(jù)和現(xiàn)象:
氣溫·濕度·氣壓·云(遮蓋率)·風(風向·風力)·降水(雨·冰雹·雪·降水量)·能見度·日照時數(shù)
霧·雷電·海市蜃樓·彩虹·龍卷風·極光
氣象站、輪船、氣象氣球、飛機、浮標、人造衛(wèi)星等可以收集氣象數(shù)據(jù)。
天氣和氣候
天氣是指一個地區(qū)短時間局部的,臨時的大氣現(xiàn)象。
氣候是指一個地區(qū)長時間(比如30年)的大氣平均物理狀態(tài)。
預報
2008年的亞洲氣壓圖
北歐衛(wèi)星云圖
天氣預報將科技應用于預測大氣在未來時刻的指定地點的狀態(tài)。百萬年以前人類就一直試圖預測天氣,直到19世紀才開始有了正式的天氣預報。 天氣預報需要收集當前大氣狀態(tài)的定量數(shù)據(jù),然后運用我們對大氣過程的科學理解來預測大氣將如何變化。
開始是完全依靠人力來根據(jù)氣壓變化、當前天氣狀況以及天空情況做預報, 現(xiàn)在則使用預報模式預測未來的天氣。人力仍然被需要用來挑選最可能優(yōu)秀的預報模式來做預報,需要考慮模式識別技巧、 遙相關(guān) ( 英語 : teleconnection ) 、模式效能以及模式偏差。大氣的混沌本質(zhì)、求解描述大氣的方程組所需的大量的計算資源、在測量初始情況時所帶來的誤差、以及對大氣過程的仍不完整的理解,種種這些因素使得預報的越早以及預報的時間(預報 范圍 )越長則預報結(jié)果越差。集合預報的使用可以幫助我們減小誤差和挑選出最可能的結(jié)果。
天氣預報有各種各樣的終端用戶。天氣警報被用于保護生命和財產(chǎn),是重要的預報。 基于氣溫和降水的預報對農(nóng)業(yè)很重要, 因而也受到股票和期貨市場里那些大宗商品交易者的重視。公共事業(yè)公司也依靠氣溫預報來估計未來的需求。 每日里,人們參考天氣預報來決定日常的穿戴。因為戶外活動會被大雨、雪以及寒風所嚴重影響,人們依靠預報來計劃活動和為壞天氣做些預先準備。
地球上的極端天氣
斯洛伐克布拉迪斯拉發(fā)清晨的陽光。
同一區(qū)域經(jīng)過小雪在3小時后。
地球上,氣溫的年平均值在±40°C(從100°F至?40°F)的范圍內(nèi)。整個星球的緯度和氣候的大跨度變化范圍使得有些地方的極端氣溫可能會超出這個范圍。地球上有記錄的最低氣溫是?89.2 °C(?128.6 °F),發(fā)生在1983年7月21日南極的沃斯托克站。有史以來的最高氣溫是57.7 °C(135.9 °F),發(fā)生在1922年9月13日阿齊濟耶省 ,不過這一紀錄被人質(zhì)疑。最高的年平均氣溫是34.4 °C(93.9 °F),發(fā)生在埃塞俄比亞的達洛爾。 最低的年平均氣溫是?55.1 °C(?67.2 °F),發(fā)生在南極的沃斯托克站。 在人類定居區(qū)的最低年平均氣溫發(fā)生在加拿大境內(nèi)努納武特地區(qū)的 尤里卡 ( 英語 : Eureka, Nunavut ) ,達到?19.7 °C(?3.5 °F)。
太空天氣
北極光
天氣不僅僅發(fā)生在行星上。和所有恒星一樣,太陽的日冕持續(xù)的損耗在太空中,并在整個太陽系產(chǎn)生了一個非常稀薄的大氣。太陽噴射出的物質(zhì)的移動被稱為太陽風。太陽表面的大型活動(例如日冕物質(zhì)拋射)以及太陽風的發(fā)生反復無常,使得產(chǎn)生了一個特性與常規(guī)天氣系統(tǒng)(例如氣壓和風)相似的系統(tǒng),常常被稱為太空天氣。太陽系中日冕物質(zhì)拋射的范圍已經(jīng)被觀察到可以遠至土星。 太空天氣也可能會影響到行星大氣,有時還會到星球表面。太陽風和地球大氣的相互作用可以產(chǎn)生壯觀的極光, 也可能對電敏感系統(tǒng)(如輸電系統(tǒng)和無線電信號)產(chǎn)生重大損害。
參見
天氣學
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