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1.经验积累阶段

2.学科建立阶段

3.近代以来的发展阶段

人类对气候的认识和研究，经历了3个发展阶段。

经验积累阶段

主要指16世纪以前。人类最初凭着经验逐渐认识天气和气候。例如，中国殷商时代的甲骨文、周代的《诗经》，已有很多天气和气候知识的记载。秦汉时代出现的二十四节气和七十二候，开始以自然物候的季节变化预报农时，一直沿用至今。宋代沈括在《梦溪笔谈》中通过物候现象的地区差异说明了各地气候的不同。古希腊时代的亚里士多德曾著《气象学》（约公元前340）一书，对当时的天气和气候知识作了系统的总结。公元2世纪，托勒密将气候从赤道到北极划分为 24个气候带。

学科建立阶段

主要指16～19世纪。气候学成为一门学科是在有了气象仪器观测以后的事。16～17世纪，温度表、气压表等仪器相继发明，并普遍使用。利用这些仪器的观测记录，开始了系统的气候研究。1817年，德国A.von洪堡首次绘制了全球等温线图，成为近代气候学研究的开端。1883年，奥地利J.F.von汉恩编著了《气候学手册》一书，提出较完整的气候学研究的方法体系，并为研究全球气候提供了资料。1884年，俄国А.И.沃耶伊科夫著《全球气候及俄国气候》一书，分析了太阳辐射、水分循环、下垫面等对气候的作用。以后E.布吕克纳等曾根据太阳黑子数变化周期预测未来气候。这一时期主要是分析研究气候要素的地区分布，定性描述区域气候的特征。

近代以来的发展阶段

19世纪后期，世界气象观测网逐渐形成。到20世纪初，气候学研究从描述性为主发展到以理论研究为主，出现了气旋模式、锋面理论，气团学说等，积累了许多天气图资料，开始进行气候形成及变迁的研究，气候学在各方面的应用受到重视。1900～1936年，德国W.P.柯本根据气候同植物的关系，对世界气候进行了分类(见柯本气候分类)。1920～1925年，苏联Е.Е.费奥多罗夫创立综合气候学。1930年，柯本和R.盖格发表《气候学手册》，对气候学作了较全面的评述。

30年代初，T.H.P.伯杰龙和T.海赛尔贝格开创了天气气候学。在30年代和40年代C.W.索恩思韦特、Б.П.阿利索夫等都进行了各自的气候分类（见索恩思韦特气候分类、阿利索夫气候分类）。20世纪中期，随着高空气象观测、无线电技术、气象卫星和电子计算机的广泛使用以及采用人工气候模拟等方法，气候学迅速发展。50年代，N.A.菲利普斯第一次用流体力学方法在电子计算机上模拟了气候的形成。随着对海洋与大气相互关系的研究，一些学者从动力学角度研究地－气系统的辐射收支和能量转换，探讨气候形成原因。1950年，英国C.E.P.布鲁克斯研究了地质时期和各个历史时期的气候。70年代初，世界范围的气候异常引起人们的普遍关注，从而广泛地开展了气候变化的研究。1972年，中国竺可桢发表《中国近五千年气候变迁的初步研究》一文。此后，中国学者又发表了中国五百年旱涝历史资料等。美国学者用数值方法模拟了 1万多年前的古气候状态。并广泛开展了对未来气候变化趋势的研究。随着气象卫星的应用，气候资料的数量激增，用电子计算机快速处理气候资料的业务也随之发展，并提出了监视地球气候变化征兆的气候监测计划。从70年代起，气候学已扩展到同时涉及大气圈、水圈、岩石圈、生物圈的气候系统的研究。

气候变化的地温研究方法

森林小气候是指由森林以及林冠下灌木丛和草被等形成的一种特殊小气候。在森林小气候的形成中，组成森林的树木品种、林龄、结构、郁闭度以及灌木层和草被的特性等，都起着很大的作用。由于森林的存在和影响，在林内表现出太阳辐射减少、气温日变化缓和、空气湿度和降水量增大以及风速减小等小气候特征。此外，森林小气候还与四周气候条件、地形特征和土壤性质等有关来源:----https://nanren30.com/cshi/202501-165.html。因之，在研究森林小气候时必须注意分析森林的特征和自然环境的影响。 森林对降水的影响，主要表现在对铅直和水平降水的增大效应以及对降水结留作用等方面。(一)森林对铅直降水的影响森林区域对其上方大气的铅直降水量的增大现象，久已引起人们的注意。经统计分析：平均每年有林区降水量比无林地区增多17%左右。冬季中纬度森林地区降水量的增加，主要是与森林内积雪量比空旷地方增多有关。森林地区暖季降水量增加的原因主要有两点：一是由于森林反射率比四周空旷平地要小，这样被森林表面吸收并用来产生阵雨的热量将比反射率大的裸露地要多；二是森林上方乱流得到加强，由于森林蒸发的大量水汽被迅速输送到高空，因而增加了森林地区的铅直降水量。(二)森林对水平降水的影响：在森林内雾、霜、雨淞的凝聚量比空旷地方多。另外，从森林雾日收集到的降水也比空旷地方多。森林无论对铅直降水还是水平降水的影响，结果都是使森林区的降水量有所增加。(三)林冠对降水的截留作用：由于森林的林冠对铅直降水有大截留作用，真正下落到林内土壤上的降水是有所减少的。雨量较小时，森林的截留作用较明显，雨量大时，森林的截留作用反而减弱。一般来说，落叶松的截留量占裸地降水量的15%，松树占20-25%，云杉占40-60%，冷杉占40-80%。热带森林的截留量占65%以上来源:----https://www.nanren30.com/xwzx/202412-93.html。森林郁闭度越大，截留量也就越大。

早在1923年，美国地质学家（Lane E C）提出地表温度变化的信息向地下传播以瞬态变化的形式叠加在稳定的地温场上。1934年Hotchkiss W O和Ingersoll L R第一次利用钻孔温度测井数据计算了地表温度。随着全球变化日益突出，1990年美国地球物理学会（AGU）秋季年会专门组织“从钻孔温度推断气候变化”的专题讨论会；1991年国际大地测量及地球物理联合会（IUGG）20届大会上也专门组织了讨论会。国际热流委员会组建了全球变化工作委员会，推动其发展。

长周期的地表温度变化通过岩石的热传导，传入地下一定深度，成为地表气温变化的信息储存库。所以，钻孔地温测井资料是研究地表温度变化历史的理论基础来源:----https://wzwebi.com/cshi/202501-257.html。

如果不考虑地表温度变化，则在时间t=t0时，原始地温随深度变化为一条直线，并有相应的地表温度t0（见图7.1.1），而地温梯度为一常数g0。由于地表气温变化，假定气温升高，由t0变为t1并一直延续至今即t=t1。则在地表层不太深的范围内，原始地温叠加有地表气温，总的温度变化成曲线，如图7.1.1中虚线所示，并可显示出相应的地温梯度。根据这样的原理，现今根据钻孔地温测量，获得地下不同深度处的地温和地温梯度等相关数据，根据热传导微分方程，即可求出该处在t0到t1时间，地表气温上升幅度（即Δt=t1-t0）。

为计算方便，假定地层为无限大水平层状均匀介质，其导热率为k（z）；岩石单位体积热容量为ρc（z）；岩石放射性生热率为φ（z）。则有地表温度影响的地下任意深度（z）任一时刻（t）的温度为浓度和时间的函数t（z，t），可以认为是地温稳态温度T地（z）和地表气温瞬态变化叠加的函数T表（z，t）两部分组成，即来源:----https://nanren30.com/cshi/202501-226.html

环境地球物理学概论

式（7.1.1）即为式（2.7.11）热传导微分方程的一个形式。来源:----https://62v5.com/cshi/202501-214.html

如果z=0处，T地（0）=t0；由式（2.7.1）地热流密度表达式中，当z→∞时，-k（z）=qb 为背景大地热流密度。则式（7.1.1）和式（2.7.13）相似，变为泊松方程

图7.1.1 地温变化示意图

环境地球物理学概论来源:----https://wzwebi.com/cshi/202501-204.html

表示该温度为稳态场。即为地热背景温度场。

式（7.1.1）中T表（z，t）为热传导的傅里叶微分方程：

环境地球物理学概论

边界条件为

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初始条件为：T表（z，0）=0，式中TS（t）为地表温度的瞬态分量。来源:----https://www.62v5.com/cshi/202501-157.html

总的地表气温随时间变化为

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也就是在钻孔测量资料中去除稳态的大地热流密度，余下的为瞬态地表气温变化温度。

图7.1.2（a）是上海气象台1880～1980年平均气温记录，可以看出有逐年升高趋势。图7.1.2（b）是根据气象模型计算的地表层温度随深度变化曲线，可以清楚看出地表层一定深度范围内有温度变化。理论计算表明，深度500 m左右的地温变化能反映近100 a以来的气温变化。

全球变化研究表明，在过去1个世纪中气温大约增高0.6℃。表明温室气体使全球变暖。许多研究在全球不同地区，得到基本相同数量级的结论。大致在0.3～0.8℃范围，美国Lachenbruch等人，在阿拉斯加北部对大量钻孔温度数据进行研究，结论是该地区过去近100 a来气温增高2～4℃；捷克地球物理研究所所长（Cermak）博士研究古巴30多个钻孔测温资料，指出过去200～300 a间气温增高2～3℃，加拿大魁北克大学教授Mareschal等研究加拿大中东部大量钻孔测温资料报道该区过去100～200 a气温增高1～2℃，此外还报道有加拿大北部极地百年变化（3℃/100 a）；美国西部（0.6℃/100 a）；中北部（0.5～2℃/100 a）；南美［2～3℃/（50～150）a］。来源:----https://nanren30.com/bkjj/202412-128.html

图7.1.2 气温及地表层温度变化

利用四川攀西地区两个钻孔（ZK106，ZK202）测温资料进行反演计算得出该地区古气温变化，与上海气象台记录的气温对比，如图7.1.3所示。因钻孔上部有裂隙水活动，有的数据难以使用（只能剔除）。两个相距200 km的钻孔测温数据表明，该地区在1600～1920年期间地表气温升高1℃，而且这一结果与上海气象台的实际纪录（图中细线）相一致。图7.1.3中内镶图为上海台记录与钻孔资料反演结果对比的放大图。

图7.1.3 四川攀西地区气温变化来源:----https://wzwebi.com/xwzx/202412-77.html

理论计算表明，地表气温变化影响地下温度变化，大约每10 a向下深入30～40 m，每百年深入100～150 m。利用地温变化反演古气温变化可达几个世纪。

有些地区的地温资料研究结果的结论是气温降低。经研究在加拿大地区气温增高起始时间大约是1890年，而在500 a前曾经历过气温下降的变冷时期，这与同位素δ18O研究结果相一致。

由地温变化推断气温变化是一项难度很大的工作，干扰因素也比较多，需要仔细的研究资料来源:----https://www.62v5.com/cshi/202501-238.html。来源:----https://nanren30.com/cshi/202501-199.html

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