什么是气象学？
气象学是研究大气、大气现象及其对天气影响的学科。它是大气科学的一个分支，与大气物理学、大气化学、空气动力学和气候学并列。
气象学往往关注地球大气层的最底层，即对流层，大多数天气事件都发生在这里。其应用涵盖各个行业，包括能源与公用事业、石油和天然气、农业、航空和建筑。
气象领域的科学家被称为气象学家。除了天气观测和预测之外，气象学家还研究长期气候趋势及其对人类的影响。然而，与气候有关的研究大部分是在气候学领域进行的。
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仰望天空
早期文明试图观测、预测甚至影响天气。不过，希腊哲学家亚里士多德通常被视为气象学的创始人。气象学这个词来自希腊语“meteoron”，意思是“天空中的任何现象”。亚里士多德在公元前 350 年左右撰写了第一部关于大气的重要论著《气象学》，该书近 2000 年以来始终是大气领域的权威著作。
采用科学方法
在 17 世纪，随着法国哲学家、科学家兼数学家勒内·笛卡尔将他的科学方法应用于该主题，气象学经历了一场科学革命。尽管由于缺乏精确的气象仪器，笛卡尔的理论相对来说具有推论性，但它巩固了气象学作为物理学合法分支的地位。
发明行业工具
18 世纪气压计和温度计的发明标志着气象学的重大转变。借助这些设备，科学家能够测量两个重要的大气变量：气压和温度。在此期间，科学家还开发了数学模型来做出更准确的天气预测。
全球范围内的预测
到了 19 世纪，由于电报等创新技术的出现，气象学家能够通过使用摩尔斯电码来共享信息，从而促使研发出第一张现代天气图。这些地图提供全球天气模式的大比例视图并实现更准确的天气预报。
快速创新
20 世纪，大气物理学的进步为现代数值天气预报奠定了基础。挪威气象学家发现了气团和锋面的概念，这是当今天气预报的基础。
由于军事行动越来越依赖于对天气状况的了解和预测，科学家在世界大战期间推动了气象学的发展。甚至最初发明用于跟踪飞机和船只的方向和速度的雷达，也被重新用于跟踪天气模式的方向和速度。
到 20 世纪 50 和 60 年代，卫星和计算机模型可以观测全球范围的大气压力，并运行数据驱动型模拟，所有这些都使得天气预报更加准确。现代气象学使用这些技术的高级版本来近乎实时地观测和预测天气。
每天，我们都会根据天气情况做出决定。尤其是现在，随着恶劣天气事件的频率和严重性不断增加，人们和企业拥有预测、计划和应对这些事件的资源非常重要。
风险管理
缓解气候变化
气象学家可以帮助预测和减轻恶劣天气事件的不利影响。与此同时，2023 年全球自然灾害造成的经济损失总计达 3800 亿美元。1
利用全球气候模型，气象学家还可以个跟踪地球温度等持续的气候趋势。气候相关财务信息披露工作组 (TCFD) 表示，不断变化的气候条件有可能影响环境、商业和社会的各个方面。了解这些气候风险并建立气候弹性至关重要，因为世界各国正在共同努力应对气候变化和实现净零排放。
气象学家是指大气科学家，可以分为研究气象学家或业务气象学家，也称为预报员。
研究气象学家研究空气污染、对流和气候等现象，以便更好地了解大气条件如何影响地球表面。业务气象学家将该研究与数学模型和热力学等物理学原理相结合，以评估大气的当前和未来状态。
气象学家属于美国气象学会 (AMS)、世界气象组织 (WMO) 和国家气象局 (NWS) 等组织。这些集体致力于推进气象学不同分支的研究，包括大气、海洋、水文和地球物理。
气象学的大部分内容涉及大气现象，或大气中发生的任何可观测现象。这些现象的范围可以是局部雾天，也可以是席卷全球的强风。鉴于可能发生的事件范围广泛，在谈论天气和大气现象时，使用四种气象尺度：微尺度、中尺度、概要尺度和全球尺度。
微尺度气象学
微尺度现象的尺寸范围从几厘米到几公里不等。它们的时间尺度很短，通常少于一天。这些现象影响较小的地理区域，并影响这些地区的温度和地形。微尺度气象学的示例包括土壤和植被之间的热量传递、空气污染物的移动和空气质量。
中尺度气象学
中尺度现象的范围从几公里到近 1,000 公里不等，持续时间从少于一天到几周不等。它们由两种现象组成：中尺度对流复合体 (MCC) 和中尺度对流系统 (MCS)。水蒸气转化为降水，表现为产生强降雨的单一云系统（分类为 MCC）或较小的雷暴群（分类为 MCS）。
概要尺度气象学
天气尺度现象覆盖数百至数千公里的区域，持续时间可长达 28 天。它们由高压系统和低压系统组成。在低压系统中，风和湿气被吸入高压系统，从而加速对流并产生更恶劣的天气条件。高压系统具有向下的垂直运动，通常会产生较干燥、不那么恶劣的天气。
全球尺度气象学
全球尺度现象是指风、热量和湿气从热带流向两极。全球大气环流 (GAC) 是在地球表面分配热量的大尺度模式。每个半球包含三种类型的对流或环流：哈德利环流、费雷尔环流和极地环流。气象学家经常关注哈德利环流，因为它们对 GAC 的影响最大，并且可以决定船舶使用的信风流向。
气象学家依靠多种工具来帮助他们评估和预测天气系统。一些常见的气象工具包括：
温度计是地球科学领域使用的基本工具。它们根据环境空气温度提供数字读数，从而指示环境的“热”或“冷”程度。
气压计是测量气压的另一个重要工具。较高的气压暗示天气晴朗，而较低的气压可能预示着暴风雨或其他恶劣天气。
风速计用于测量风向和风速。经过的风推动该装置，指示风速，而单独的风向标指示风向。
雷达
雷达天线可以固定在气象气球、飞机、船只等物体上。它们使用传感器传输无线电波，收集云层的尺寸、速度和方向等信息。双极化雷达部署水平和垂直波脉冲，提供更好的天气预报能力。例如，在分析气候风险以改善航空业的安全措施时，这些洞察分析非常有价值。
卫星
计算机模型
如今，计算机建模是气象学家预测天气模式最可靠、最准确的方法之一。计算机模型由各种代码和算法组成，可以处理大量气象数据并将其转换为称为天气模型的预测。这些模型会根据某些输入而变化，使气象学家能够根据需要调整预报。公共卫生官员也可以使用类似技术进行疾病预测和监测。