生物氣候學

生物氣候學是氣候學和生態學的邊緣學科，主要研究氣候環境對生物的影響。2000多年前希波克拉底（Hippocrates）在他的《空氣、水和地點》論文中已提到這一問題，但作為一門學科的時間還不長，20世紀60年代隨著人們對環境惡化問題的日益關心，才為人所共知。因天氣和氣候的每一方面，均對生物產生某些影響，故其研究範圍廣泛，在不同領域，其著重點又有所不同。

基本介紹

• 中文名：生物氣候學
• 外文名：Phenology,Bioclimatology
• 主要研究：氣候環境對生物的影響
• 提出者：希波克拉底

基礎理論

生物氣候學

生物氣候學（Phenology,Bioclimatology）是研究氣候因子之季節性變化及生物活動之周期性關係。例如，天氣和氣候對動植物和微生物的影響；對正常健康人的生理過程及其疾病的影響；房屋和城市小氣候對人類健康的影響；歷史氣候條件對人類發展和分布的影響等。基於對太陽輻射、大氣環流、空氣溫濕度等不同氣候因子的分析，創造出符合人類舒適度的氣候環境並降低人工建設的能耗。希波克拉底(Hippocrates)早在2000多年前，在《空氣、水和地點》中就曾提到物候概念，維克多“奧戈亞(Victor ()lgyay)在1963年出版的《設計結合氣候：建築地方主義的生物氣候研宄》一書中提出生物氣候主義的地域設計理論，以滿足人體舒適度為出發點，關注氣候和人類生理感受之間的關係，並把建築設計過程分為四個部分：調研設計地段的各種氣候條件；評價每種氣候條件對人體舒適度的影響：採取技術手段解決氣候與人體舒適感的矛盾；結合地段解決氣候與人體舒適感之間的矛盾。

生物氣候圖

生物氣候圖的繪製類型有維克多奧戈亞 (Olgyay)的生物氣候圖法，B吉沃尼(Givoni ) 的生物氣候圖法，沃特森（Waston）法和馬霍尼 (Mahoney)法等，其中Olgyay的生物氣候圖法的套用最為廣泛。此生物氣候圖以人體舒適度研宄為標準，使用溫度一一相對濕度指數坐標。橫軸表示相對濕度，即空氣實際含水量和同溫度空氣飽和時含水量的比值；縱軸表示空氣溫度，可反應空氣和人體之間熱能的流轉，坐標點表示空氣狀態，適用於潮濕地區的人體物理舒適度評價（見圖1）。設計原理與人體的舒適度和得失熱量以及大氣狀態相關。

生態建築

國內外建築學和城市規劃學的理論及套用建築學領域對生物氣候學套用研究主要著手於太陽能的被動式利用，使用日照角度、強度和時間來降低建築能耗。20世紀二三十年代，建築師重點關注設計如何適應各氣候帶的建築，到20世紀四五十年代，地域氣候逐漸成為影響設計的主要因素。繼20世紀60年代，維克多·奧戈亞正式提出生物氣候學概念，1980年代後，隨著可持續發展的深入研宄，建築結合生物氣候的研宄成果不斷湧現。1990 年代，B吉沃尼將氣候研宄拓展到城市規劃領域。他在《建築和城市設計中的氣候考慮》中系統分析了氣候的成因及城市、建築的影響因素，就不同氣候區域提出建築和城市設計的方法策略。21世紀後，美國的布朗和德凱的《太陽輻射·風·自然光：建築設計策略（原著第2版）》（2008），史密斯的《適應氣候變化的建築：可持續設計指南（原著第二版）》（2009）從群體布局、建築單體、材料構造三個層面的氣候適應性和氣候要素的關係著手，對生物氣候建築提出自身見解。吉沃尼的《建築設計和城市設計中的氣候因素》（2011）研宄了氣候因素及其對人、建築和社會的影響。埃維特·埃雷爾等的《城市小氣候：建築之間的空間設計》（2014）探討了氣候學在城市設計中的套用，重點研究人類室外熱舒適的問題。以建築高效節能為起點，重點探討了建立在建築一人一氣候的相互和諧上的自然通風、被動式太陽能和自然採光設計。

楊柳《建築氣候學》（2010年）充分利用氣候資源創造舒適的低能耗生態建築為目標，系統闡述了考慮我國地區氣候影晌建築設計的基本原理、氣候分耩方法、氣候調節策略及其在設計中的套用。國內高校院系目前關於生物氣候的建築文獻研宄多從巨觀生態建築學角度做整體性思考，或綠色建築技術角度著手設計，對於城市可持續發展與氣候環境、能源資源的研宄專注於結合生物氣候條件的城市設計研究成果較少，相對缺乏對生物氣候設計的全面理論研宄。

氣候分類

在緯度位置、海路分布、大氣環流、地形、洋流等因素的影響下，世界氣候大致分為以下幾種類型：

⑴、寒帶苔原氣候：冬長而冷，夏短而涼；

⑵、亞寒帶針葉林氣候：夏季溫和，冬季寒冷；

⑶、溫帶季風氣候夏季較暖，冬季較溫和；

⑷、溫帶草原氣候：夏暖冬寒；

⑸、溫帶沙漠氣候：夏季炎熱乾燥，冬季寒冷；

⑹、亞熱帶雨林氣候；

⑺、亞熱帶季風氣候；

⑻、熱帶沙漠氣候：高溫少雨；

⑼、熱帶草原氣候：暖季多雨涼季乾燥；

⑽、熱帶雨林氣候：高溫高濕；

⑾、山地氣候：從山麓到山頂垂直變化；

⑿、亞寒帶針葉林氣候：冬季長而寒冷,夏季短而溫暖；

⒀、溫帶海洋性氣候：冬暖夏涼，年溫差小；

⒁、亞熱帶地中海氣候：冬季溫和少雨，夏季炎熱少雨

物候與氣候

物候現象

物候現象主要指動植物的生長、發育、活動規律與非生物的變化對節候的反應。例如，植物的冬芽萌動、抽葉、開花、結實、落葉；動物的蟄眠、復甦、始鳴、交配、繁育、換毛、遷徙等，均與節候有密切關係。非生物現象，例如始霜、始雪、結凍、解凍等，也稱物候現象 .

物候與物候學

物候學主要是研究自然界的植物（包括農作物）、動物和環境條件（氣候、水文、土壤條件）的周期變化之間相互關係的科學。它的目的是認識自然季節現象變化的規律，以服務於農業生產和科學研究。

物候也就是談一年中月、露、風、雲、花、鳥推移變遷的過程。

氣候是長時間內氣象要素和天氣現象的平均或統計狀態，時間尺度為月、季、年、數年到數百年以上。氣候以冷、暖、乾、濕這些特徵來衡量，通常由某一時期的平均值和離差值表征。

氣候是地球上某一地區多年時段大氣的一般狀態 ，是該時段各種天氣過程的綜合表現。氣象要素（溫度、降水、風等）的各種統計量（均值、極值 、機率等）是表述氣候的基本依據。氣候與人類社會有密切關係，許多國家很早就有關於氣候現象的記載。中國春秋時代用圭表測日影以確定季節，秦漢時期就有二十四節氣、七十二候的完整記載。氣候一詞源自古希臘文，意為傾斜，指各地氣候的冷暖同太陽光線的傾斜程度有關。

由於太陽輻射在地球表面分布的差異，以及海、陸、山脈、森林等不同性質的下墊面在到達地表的太陽輻射的作用下所產生的物理過程不同，使氣候除具有溫度大致按緯度分布的特徵外，還具有明顯的地域性特徵。按水平尺度大小，氣候可分為大氣候、中氣候與小氣候。大氣候是指全球性和大區域的氣候，如：熱帶雨林氣候、地中海型氣候、極地氣候、高原氣候等；中氣候是指較小自然區域的氣候，如：森林氣候、城市氣候、山地氣候以及湖泊氣候等；小氣候是指更小範圍的氣候，如：貼地氣層和小範圍特殊地形下的氣候（如一個山頭或一個谷地）。

影響

氣候變化對人類與自然系統有重要影響。由於生態系統和人類社會已經適應今天以及最近過去的氣候，因此，如果這些變化太快使得生態系統和人類社會不能適應的話，人們將很難應付這些變化。對於許多開發中國家，這可能會對人類基本的生活標準（居住、食物、飲水、健康）產生有害的影響。對於所有的國家，極端天氣氣候事件發生頻率的增加將會增大天氣災害的風險。氣候變化對中國經濟社會的影響有正面的，也有負面的，其中一些變化實際上是不可逆轉的，因此我們更要關注的是負面影響。據統計，1950年到2000年，特別是1990年以後氣象災害造成的經濟損失急劇增加。原因有兩個，一方面是極端天氣事件的增多，另一方面是中國總體經濟體量的增加，因此經濟損失絕對值大幅升高。

氣候變化對農業的影響是負面的。預計到2030年，中國三大作物，即稻米、玉米、小麥，除了澆灌冬小麥以外，均以減產為主。氣候變化對水資源的影響也很大，全球變暖使水循環的過程速度加快，降水的空間不均勻性增加。氣候變化對重大工程也有影響，如長江上游降水量的增加，導致地質災害的頻率會增加，對三峽水庫的安全運營會造成一定的影響。另外氣候變化也會影響青藏鐵路和公路，大大增加鐵路和公路運行維護的投資。

同全球一樣，中國的氣候與環境已經發生了巨大的變化。氣候變暖遠遠超出一般意義上的氣候問題和環境問題，對中國經濟社會發展已經帶來十分嚴峻的威脅，這種威脅仍將持續並不斷加劇。科技界應當特別關注氣候變化問題，積極採取適應和減緩措施，不斷提升氣候系統、生態、環境保護的層次和水平，這是全面落實科學發展觀，建立社會主義和諧社會的重要內容，是政府、公眾和科學家的共同願望。

什麼是物候

現在可以總結一下了。什麼是物候？以上那些受環境（氣候、水文、土壤）影響而出現的以年為周期的自然現象，都是物候現象。它包括三個方面：⑴各種植物的發芽、展葉、開花、葉變色、落葉等現象；⑵候鳥、昆蟲以及其他動物的飛來、初鳴、終鳴、離去、冬眠等；⑶一些水文氣象現象，如初霜、終霜、結冰、消融、初雪、終雪等。

有時又根據生物種類分為植物物候、動物物候。動物物候有時又細分為鳥類物候，昆蟲物候等。有時還把農作物的生育期稱為作物物候，而把其他的統稱為自然物候。本書介紹的主要是自然物候。

幾千年來農民是很關心物候的，在他們看來，暑去寒來、鳥語花開、秋天紅葉都是大自然的語言。杏花開了，就好象大自然在召喚農民趕快春耕；桃花開了，又好象在暗示農民趕快下種；春末夏初，布穀鳥開始唱歌，在農民耳里，它是在唱什麼“阿公阿婆、割麥插禾”。很多地方的農民曆來是以物候來定季節和農時的。現代研究物候的主要目的，也還是認識自然季節現象的變化規律，服務於農業生產和科學研究。

區別

那么，物候學和氣候學有什麼不同呢？物候學和氣候學有一定的相似之處，它們都是觀測一年裡各個地方、各個區域季節變化的，都是帶地方性的科學；所不同的是，氣候學是觀測、記錄並研究某地的冷暖晴雨、風雲變化等現象和變化規律的。物候學則是記錄植物的生長榮枯、動物的季節活動，從而了解氣候變化對動植物的影響以及自然季節的變化規律的。物候所反映的是過去一段時間裡氣候條件的積累對生物的綜合影響，因而物候學也有人把它歸在生物氣候學中。

物候雖然由氣候所決定，但氣候的觀測代替不了物候觀測。因為農作物都是活生生的生物，影響它生長的因素很多，不是用單因子或幾個因子的資料就能說清楚的。而生物之間有著內在的聯繫，對環境條件的要求有著一定的相似之處，因此以某些野生動植物的物候來定農時有其優越性。貴陽的農諺說：“窮人不聽富人哄，閻王刺開花撒谷種（稻種）”，以閻王刺開花來指示和預報水稻的播種期，比其他任何方法都簡單可靠。更何況中國丘陵山地區占全國的三分之二以上，一個氣象站的記錄在山區所能代表的範圍有限，而野生動植物各處皆有，只要注意觀測，就能對季節和農時提供可靠的信息。可以說，物候是大自然告訴我們季節變化的最直接的語言。

氣象與氣象學

氣象：大氣的狀態和現象，例如颳風、閃電、打雷、結霜、下雪等。

氣象學：大氣中的冷熱、乾濕、風、雲、雨、雪、霜、霧、雷電等各種物理現象和物理過程的總稱。

氣象的觀測項目有：氣溫、濕度、地溫、風向風速、降水、日照、氣壓、天氣現象等。

氣象學的研究對象是：大氣層內各層大氣運動的規律、對流層內發生的天氣現象和地面上旱澇冷暖的分布等。如雲、霧、雨、雪、冰雹、雷電、颱風、寒潮等都是我們常見的天氣現象。

氣象學的研究範圍是：地球表面的大氣層，厚約3000公里，自下而上可分為對流層、平流層、中間層、然層和外層。

其中大氣邊界層氣象學是大氣科學中一門重要的基礎理論學科，大氣邊界層氣象學的發展，不僅受到觀測系統和探測技術的制約， 也受到數學 、物理學等基礎支撐學科發展水平的影響 , 並隨著它們的發展而發展 。大氣邊界層氣象學是以湍流理論為基礎的，研究大氣和它下墊面(陸面和洋面)相互作用以及地球 —大氣之間物質和能量交換的一門新型氣象學科分支 。

暈

天空中有一層高雲，陽光或月光透過雲中的冰晶時發生折射和反射，便會在太陽或月亮周圍產生彩色光環，光環彩色的排序是內紅外紫。稱這七色彩環為日暈或月暈，統稱為暈。其中對觀測者所張的角半徑為22度的暈最為常見，稱22度暈，偶爾也可看到角半徑為46度的暈和其他形式的與暈相近的光弧。由於有卷層雲存在才出現暈，而卷層雲常處在離鋒面雨區數百公里的地方，隨著鋒面的推進，雨區不久可能移來，因此暈就往往成為陰雨天氣的先兆。

華

天空中有一層透光薄雲，雲中的水滴大小均勻，若是由冰晶組成的雲則要求冰晶尺寸均勻。月光或陽光透射雲層過程中，受到均勻雲滴（水滴或冰晶）的衍射，結果會在月亮或太陽周圍緊貼月盤或日盤形成內紫外紅的彩環，稱為華。因日光太亮，所以人們不易觀察到日華，月華則比較常見。緊貼月盤的華又稱華蓋，通常華蓋的紫色不太顯著故內環呈青藍色，其外呈黃色為主，最外呈紅色。有時在華蓋外隔一暗圈後還會出現一個甚至幾個彩色排序與華蓋相同，但亮度弱得多的同心光環，稱為副華。

虹和霓

含七種色光的太陽光線，射入大氣中的水滴（雨滴或霧滴），各種色光經歷折射和反射後，可在雨幕或霧幕上形成彩色光弧環。當光弧環對觀測者所張的角半徑約42度，光環的彩色排序是內紫外紅時，稱為虹。

在虹的外面，有時還出現較虹弱的彩色光環，光環對觀測者所張的角半徑約為52度，彩色環的排序與虹相反即內紅外紫，稱為霓或副虹。

虹和霓都要背對太陽而立才能觀察到。在夏日的傍晚，西方放晴而東方天空有雲雨時，最易看到虹和霓。

曙暮光

日出前，即太陽未露出地平線前，陽光照射到高層大氣，陽光被大氣分子散射，造成天空微亮，地面微明，從這時刻起到太陽露出地平線為止的光亮稱曙光。

日落後即太陽西沉到地平線以下後，仍有一段時間陽光可照射到高空大氣，因空氣分子散射使天空和地面仍維持微明，這段時間的光稱暮光。

曙光與暮光合稱曙暮光。曙光時段稱黎明，暮光時段稱黃昏。由於曙光開始與暮光終了的標準不同，通常分為民用曙暮光，航海曙暮光與天文曙暮光。晴朗日子當太陽在地平線以下的角度大約為 7度時，民用曙光開始和暮光終了；大約12度時，航海曙光開始和暮光結束；當大約18度時，天文曙光開始和暮光終了。曙暮光持續的時間在赤道最短，隨緯度增加而增加。

天氣

經常不斷變化著的大氣狀態，既是一定時間和空間內的大氣狀態，也是大氣狀態在一定時間間隔內的連續變化。所以可以理解為天氣現象和天氣過程的統稱。天氣現象是指發生在大氣中發生的各種自然現象，即某瞬時內大氣中各種氣象要素（如氣溫、氣壓、濕度、風、雲、霧、雨、雪、霜、雷、雹等）空間分布的綜合表現。天氣（the weather）過程就是一定地區的天氣現象隨時間的變化過程。

天氣是一定區域短時段內的大氣狀態（如冷暖、風雨、乾濕、陰晴等）及其變化的總稱。天氣系統通常是指引起天氣變化和分布的高壓、低壓和高壓脊、低壓槽等具有典型特徵的大氣運動系統。各種天氣系統都具有一定的空間尺度和時間尺度，而且各種尺度系統間相互交織、相互作用。許多天氣系統的組合，構成大範圍的天氣形勢，構成半球甚至全球的大氣環流。

天氣系統總是處在不斷新生、發展和消亡過程中，在不同發展階段有其相對應的天氣現象分布。因而一個地區的天氣和天氣變化是同天氣系統及其發展階段相聯繫的，是大氣的動力過程和熱力過程的綜合結果。

各類天氣系統都是在一定的大氣環流和地理環境中形成、發展和演變著，都反映著一定地區的環境特性。比如極區及其周圍終年覆蓋著冰雪，空氣嚴寒、乾燥，這一特有的地理環境成為極區低空冷高壓和高空極渦、低槽形成、發展的背景條件。赤道和低緯地區終年高溫、潮濕，大氣處於不穩定狀態，是對流性天氣系統產生、發展的必要條件。中高緯度是冷、暖氣流經常交綏地帶，不僅冷暖氣團你來我往交替頻繁，而且其斜壓不穩定，是鋒面、氣旋系統得以形成、發展的重要基礎。天氣系統的形成和活動反過來又會給地理環境的結構和演變以深刻影響。因而認識和掌握天氣系統的形成、結構、運動變化規律以及同地理環境間的相互關係，對於了解天氣、氣候的形成、特徵、變化和預測地理環境的演變都是十分重要的。