1．3 天气学发展简史与展望

　　由于人们的生活与生产活动的需要，天气预报早就成为一项重要的科学活动。早在十九世纪初期，就已有天气观测和预报的组织和活动。到目前为止，它已经历了百余年的发展历程，按其发展的不同时期的不同特点，可分为以下几个主要阶段：

　　1．单站预报方法阶段

　　在电报发明之前，各处的观测资料不能及时传送，因而不能及时了解天气现象和天气系统在空间上的分布特点，只能利用当地单站的天气资料及其变化进行预报。各地都有许多天气谚语，它们实际上是利用这些观测资料与天气演变的规律，进行天气预报的经验总结。由于应用的是单站的资料，不能全面地反映出平面或空间的天气状况的分布及其变化。因此，预报的准确率是不高的，这就促使人们希望进一步了解天气在空间上的变化规律，并设法利用其规律来改进预报的准确率。但由于天气现象与局地的环境具有非常密切的关系，即便在当今天气预报技术非常先进的时代，单站天气预报方法仍是不可忽视的，可把它作为现代天气预报的一种补充。

　　2．地面天气图阶段

　　自从电报发明之后，各地的资料可以进行及时的传输，这就为进行二维天气图分析与预报提供了条件。事实上，早在电报发明之前，大约在 1826年，德国的 Brandes就曾利用1783年西欧与中欧稀少的同期多天的气压和风的资料，第一次绘制了供事后研究用的天气图。他利用这些图讨论1783年全年的天气形势。到了1857年，Buys-Ballot就利用这些天气图给出了风与气压场的关系，这就是所谓的Buys-Ballot 定理。但是Brandes的第一次天气图的尝试，很快地被人们遗忘与冷落了。一直到电报发明之后，地理于 1861 年在英国开始引入天气图，接着，各国便先后开展了天气图的分析，于是形成了天气学发展的新高潮。

　　这一阶段工作，主要是根据外推法来预报天气，利用稀少测站的气压与风的记录，预测气压系统的移动，并根据气压上升或下降，来预测未来的天气。一般认为低压系统往往带来坏天气。1887年，Abercromby 总结自1860—1880年的天气图预报的经验，提出了气旋的天气图模式。他指出，当气旋来临之前，天气良好，随着气旋的接近，天气逐渐变得灰濛濛，而且很闷热，天空从卷层云逐渐变为层积云，云量增多，最后变为阴天与混乱天空，然后出现零星阵雨，毛毛雨，再后来，出现飑线与阵雨。当气旋过后天气转凉爽，云层变高变薄最后出现蓝天。但这种模型与实际情况有较大的出入，利用它所作的预报并不是经常有效的，这又促进了以后进一步完善天气学的模型与预报方法。

　　3．单站与天气图预报方法结合阶段——Bergen学派的建立

　　大约在1906年以后，V. Bjerknes 会同其他科学家，开始系统地研究了分析大气状态与运动的理论和方法。这些结果反映在他们的两部巨著：《动力气象学和水文学》、《静力学与运动学》之中。在1918—1928年这一段时期内，V. Bjerknes 与J. Bjerknes, Solberg, Bergeron 等人，在挪威 Bergen 市开始利用这些理论与方法，对实际天气资料与天气图进行了分析，并首先分析与发现了大气中的不连续面，称之为锋面。随后，他们又将低压中的冷锋和暖锋结合起来，创立了近代锋面-气旋模式。在这一模式中，冷暖锋交汇于气旋中心，冷锋后面与暖锋前面各有一个大雨区，这一锋面气旋与降水的模型一直被沿用至今。在第四章中，将对此加以详细介绍。这里要指出的是利用气团与锋面的概念，并把它作为天气分析和预报的主要着眼点，这就是Bergen 学派标志性的成果，它对近代天气学的发展起到了重要的作用。

　　人们在实践中也逐渐认识到只根据地面的天气状况来作预报是远远不够的，必须设法进一步了解高空的大气状况，来提高预报的准确度，这就使天气学从二维的平面问题向三维问题发展，于是天气学就逐步进入一个新的发展阶段。

　　4．高空天气图的引入与波动理论的建立阶段

　　由于无线电探空技术的发展，使得人们对高空气象的状况有了进一步的了解。在1933年前后，已有足够多的高空观测资料，可以用来分析高空天气图。英、美等国先后开始分析高空等高面天气图，而德国的 Scherhag 等人，于1935年开始采用等压面天气图来分析高空形势，一直到了1945年，才由联合气象委员会决定统一采用高空等压面来绘制与分析高空形势图。从此以后，天气学进入了一个新的发展阶段。

　　1939年，Rossby 根据大量的天气图的资料，分析了大气中的半永久活动中心与高空波动的关系，指出气旋或反气旋是在高空波动的特定位置下发展起来的，并对高空波动的移动作了理论分析，指出，由于旋转大气中的Beta 作用，使大气波动具有特殊的性质，这种波动的移动、静止与天气过程有密切关系，这种波动后来称之为 Rossby 波，由此天气学就与动力学紧密结合起来。在此后一段较长时期内，除了应用长波理论来指导天气预报外，还有 Sutcliffe 提出的相对辐散理论，用它来预测地面气旋的发生与发展。Petterssen 利用高空涡度变化，来诊断地面气旋发展问题。这是近代天气学发展的一个重要阶段。这一阶段的主要特点，是把天气学与大气动力学密切地结合起来，为近代天气学的发展奠定了基础。而近年来提出的位势涡度的气旋发展理论，是这些理论的进一步延深，它已成为当前诊断天气系统发展的一种前沿理论。
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