meteorologi är studien av jordens atmosfär och variationerna i temperatur-och fuktmönster som ger olika väderförhållanden. Några av de viktigaste ämnena i studien är sådana fenomen som Nederbörd (regn och snö), åskväder, tornados och orkaner och tyfoner.
betydelsen av meteorologiska händelser känns på olika sätt. En torka resulterar till exempel i vattenbrist, skördeskador, låga flodflöden och ökad löpeldspotential., Dessutom kan dessa effekter leda till begränsade flodresor, saltvatteninfiltrering i akviferer och kustvikar, stress på olika växt-och djurarter, befolkningsförändringar, ekonomiska svårigheter och till och med politisk oro. Den kritiska inverkan av väder på mänsklig aktivitet har lett till utvecklingen av den osäkra vetenskapen om väderprognoser.
ordet meteorologi härstammar från det grekiska ordet meteoron, som refererar till något fenomen på himlen. Aristoteles Meteorologica (340 f.Kr.) berörde alla fenomen ovanför marken., Astronomi, inklusive studier av meteorer, eller ”skjutstjärnor”, blev senare en separat disciplin. Meteorologins vetenskap begränsades så småningom till att studera atmosfären. Olika väderfenomen kallas fortfarande ”meteorer”, såsom hydrometeors (flytande eller fruset vatten — regn, snö och snöflingor, moln, dimma), litometeors (torra partiklar — sand, damm eller rök), fotometeors (optiska fenomen — halos, mirages, regnbågar, coronas) och elektrometeors (elektriska fenomen — blixt, Saint Elmos eld).,
Modern meteorologi fokuserar främst på de typiska vädermönster som observerats, inklusive åska, extratropiska cykloner, fronter, orkaner, tyfoner och olika tropiska vattenvågor. Meteorologi anses vanligtvis beskriva och studera den fysiska grunden för enskilda händelser. Däremot beskriver och studerar klimatologin ursprunget för atmosfäriska mönster som observerats över tiden. Flera viktiga fenomen, såsom monsuner och El niñO–Södra svängning, beaktas i både meteorologi och klimatologi eftersom de uppvisar stora förändringar på säsongstidsskalor.,
omfattning
ansträngningen att förstå atmosfären och dess processer bygger på många områden inom vetenskap och teknik. Studien av atmosfäriska rörelser kallas dynamisk meteorologi. Det använder sig av ekvationer som beskriver beteendet hos en komprimerbar vätska (luft) på en roterande sfär (jorden). En viktig komplikation i denna studie är det faktum att vattnet i atmosfären förändras fram och tillbaka mellan fast, flytande och gas på ett mycket komplext sätt. Dessa förändringar ändrar kraftigt de ekvationer som används i dynamisk meteorologi.,
fysisk meteorologi, eller atmosfärisk fysik, behandlar ett antal specialiserade studieområden. Till exempel innebär studien av moln och av de olika formerna av hydrometeorer undersökningar av beteendet hos vatten i atmosfären. Studien av radiativ överföring handlar om den grundläggande energikällan som driver atmosfäriska processer, nämligen solstrålning, och hur strålningsenergi i allmänhet används och försvinner i atmosfären., Andra specialiserade discipliner behandlar fenomen som involverar ljus (atmosfärisk optik) och ljud (atmosfärisk akustik).
vissa meteorologiska grenar definieras i termer av storleken på de fenomen som studeras. Mikrometeorologi är till exempel huvudsakligen studien av småskaliga interaktioner mellan atmosfärens lägsta nivå och de ytor som den kommer i kontakt med. Mesoscale meteorologi behandlar fenomen av mellanstorlek-åskväder och bergsvindar, till exempel., Synoptisk meteorologi handlar om större processer som hög – och lågtryckssystem och deras fronter, och så vidare fram till studien av övergripande atmosfärisk cirkulation för tidsskalor på några dagar. Väderprognoser, den prediktiva aspekten av meteorologi, härrör från dessa discipliner.
andra meteorologiska grenar fokuserar på fenomen på specifika platser, såsom ekvatoriella områden, troperna, havsområdena, kustområdena, polerna och bergen. Den övre atmosfären studeras också separat., Andra discipliner koncentrerar sig på att ta observationer med särskild teknik, inklusive radio, radar och artificiell satellit. Datorteknik tillämpas i stor utsträckning, inklusive numerisk väderprediktion, interaktiv dataanalys och visningssystem.
atmosfärens kemiska beteende, som studerats i atmosfärisk kemi, har snabbt blivit viktigt på grund av oavsiktliga förändringar som orsakas av människor i atmosfärens molekylära sammansättning., Förändringar i ozon (och ozonskiktet) och koldioxidkoncentrationer, och ökade nivåer av surt regn, har gått utöver status för lokala problem för att bli regionala eller globala frågor.
meteorologiska studier utförs i samband med flera miljörelaterade områden. Dessa inkluderar flygteknik, jordbruk, arkitektur, Ballistik, ekologi, energiproduktion, skogsbruk, hydrologi, medicin och oceanografi., Många av dessa relaterade områden behöver helt enkelt bestämma väderets effekter vid en viss tid och plats, men vissa — hydrologi och oceanografi, till exempel — påverkar också meterologiska händelser genom att modifiera atmosfäriska förhållanden vid jordens yta.
utveckling av Modern Meteorologi
ursprunget till meteorologi ligger i kvalitativa observationer av det lokala vädret och spekulationen., På det hela taget var Aristoteles arbete standardreferensen under de gamla och medeltida perioderna, tills René Descartes, Galileo Galilei och andra började ersätta spekulation med instrumentella observationer i början av 1700-talet. De nödvändiga instrumenten för att utföra dessa mätningar — barometern, hygrometern och termometern — utvecklades under perioden från ca 1650 till 1750., Det motsvarande teoretiska och experimentella arbetet omfattade Sir Isaac Newtons lagar om rörelse, kylning och brytning; Blaise Pascal, Edme Marriotte, Robert Hooke, Edmund Halley och andra om hypsometri (exakt mätning av höjder); Robert Boyles arbete på gaser; och Halley, George Hadley och Jean Le Rond d ’ Alembert om atmosfärisk cirkulation. Under nästa århundrade (1750 -1850) standardiserades termometrar, Benjamin Franklin studerade blixtnedslag, John Dalton lade grunden för mätning av avdunstning och fuktighet och Luke Howard klassificerade moln., Efter 1800 började privatpersoner och offentliga institutioner samla väderobservationer.
Efter att den franska flottan skadades av en storm under Krimkriget (1853-56) inleddes allvarliga försök i Västeuropa och Nordamerika att samla in väderdata från många platser samtidigt med hjälp av den nyligen uppfunna (1837) telegrafen. Utvecklingen av tillförlitliga klockor tillåts kontinuerlig registrering av observationer. Koppen och tryckanemometrarna uppfanns, och El utnyttjades för att spela in instrumentavläsningar., Senare användes ballonger, drakar och flygplan för att bära väderinstrument genom troposfären, det lägsta lagret av jordens atmosfär, in i stratosfären, det näst lägsta atmosfäriska skiktet, som upptäcktes, namngavs och beskrivs strax efter 1900. Systematiska observationer i övre luften började på 1920-talet efter utvecklingen av batteridrivna radioapparater som var tillräckligt lätta att bära med sig av ballonger. Samlingen av övre luftrapporter över stora områden gav en mer fullständig beskrivning av atmosfären, inklusive sådana funktioner som jetströmmen.,
termodynamik, utvecklad från mitten av 1800-talet framåt, gav en viktig komponent i uppsättningen formler som beskriver atmosfäriska rörelser och omvandlingar. Under århundradet från 1850 till 1950 var synoptisk meteorologi den dominerande grenen, med en kropp av mer grundläggande fysiska principer som ersätter spridda empiriska regler. Omkring 1920 Bergens skola, ledd av Vilhelm Bjerknes och hans son Jacob, syntetiserade dessa idéer i polar-front teorin om cykloner, inklusive nyckelbegrepp som fronter och luftmassor.,
Modern dynamisk meteorologi föddes 1948, då Jule Charney lyckades minska de fullständiga dynamiska ekvationerna (som först anges av Vilhelm Bjerknes 1904) till en enkel men användbar form. Den samtidiga utvecklingen av den digitala datorn säkerställde att Charneys metod hade stor praktisk inverkan, för att det tillät väderprognoser att baseras på en ungefärlig lösning på de dynamiska ekvationerna som en funktion av tiden.
sedan 1948 har tekniken för fjärranalys av atmosfären spridit sig., År 1950 hade radar utvecklats till den punkt där den kunde användas för att avgränsa moln genom sina suspenderade vattendroppar och därmed indikera stormens inre struktur, särskilt åskväder. Från och med mitten av 1960-talet utvecklades radarenheter som mäter Dopplerskiftet för att ge hastighetsinformation också. Efter 1960 började satelliter ge detaljerade observationer av hela jorden.,
den första ihållande Statliga aktiviteten i meteorologi i USA kom 1870, när kongressen riktade armén för att organisera en vädertjänst för att förutse stormar över de stora sjöarna och kusterna. Efter två decennier under Signalkåren överfördes denna verksamhet till en ny civil Väderbyrå i Jordbruksdepartementet, eftersom jordbrukarna var särskilt oroade över prognoser för kommande väder och långsiktiga klimattrender., Ett halvt sekel senare ledde det växande behovet av flygare för frekventa observationer och kortsiktiga prognoser till byråns överföring till handelsdepartementet. År 1965 blev Weather Bureau en del av New Environmental Science Services Administration (ESSA), med klimatologi separerad i den nya Miljödatatjänsten (EDS); fem år senare släpptes ESSA och presidiet blev National Weather Service, en del av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).,
samtida Meteorologi
området meteorologi blir alltmer datoriserad och automatiserad som forskare söker hur man bäst kan använda översvämningen av observationer från en mängd olika traditionella och nya instrument. Till exempel är snabb bearbetning av Doppler radardata avgörande för att maximera varningstiden för tornados och andra svåra lokala Väderfenomen. Förberedelsen av observationer för användning i stora numeriska globala prognosmodeller, ”timestepping” av dessa modeller och bearbetningen av den resulterande produktionen är för mödosam för alla men de mest kraftfulla datorerna., Utvecklingen av World Wide Web har öppnat ett helt nytt utbud av alternativ för att sprida den resulterande data och prognosinformation på sätt som fortfarande utforskas.
USA har investerat i viktiga nya generationer av observationssystem, inklusive WSR-88D (Weather Surveillance Radar-1988, Doppler) radarnät, treaxliga stabiliserade GOES och mikrovågssensorer i låg omloppsbana runt jorden. Aktiva satellitsensorer, såsom scatterometern, som kan mäta vindhastigheter vid havets yta, trycks till driftstatus., Samtidigt bör sammanslagningen av befintliga datakällor med hjälp av datorbaserade system öka nyttan av alla datakällor, gamla och nya.
mycket av denna information skickas runt om i världen på det globala telekommunikationssystemet, organiserat av världens meteorologiska organisation inom begränsningar på grund av kommersiella, nationella säkerhets-och logistiska överväganden av vissa länder. I sin tur utvecklar några centra runt om i världen stora datormodellsimuleringar från de observerade förhållandena och skickar de resulterande väderprognoserna över nätverket., Två sådana centra är National Centers for Environmental Prediction (Suitland, Md.) och Europeiska centrumet för Medeldistansväderprognos (Bracknell, England).
en annan form av internationellt samarbete ses i olika forskningsprogram. Till exempel syftar det globala energi-och Vattenutbytesprogrammet till att utveckla observationer och teorier som avslöjar cykeln av energi och vatten genom jordens atmosfär, oceaner, markyta och kryosfär. Det tropiska Nederbördsmätningsuppdraget är ett gemensamt USA.,- Japansk forskningssatellit lanserades 1997 som en ”flygande regnmätare” över tropiska regioner. Ett sådant internationellt samarbete är avgörande för att ta itu med globala fenomen.
av George J. Huffman