海洋水文氣象要素分析解析教學(xué)內(nèi)容

海洋水文氣象要素分析解析第一章海洋水文氣象要素

氣象要素――表征大氣狀態(tài)的物理量或物理現(xiàn)象，如氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)、云、能見度、霧、雷暴、雨、雪、冰雹等。表層水溫、海浪、海流、海冰等是水文要素。第一節(jié)氣溫一、氣溫的定義和單位1、氣溫（AirTemperature）：表示空氣冷熱程度的物理量2、三種常有溫標(biāo)之間的換算關(guān)系：1)三種溫標(biāo)對純水冰點和沸點的定義：冰點沸點等分?jǐn)z氏溫標(biāo)（℃）0100100華氏溫標(biāo)（℉）32212180絕對溫標(biāo)（K）2733731002）三種溫標(biāo)的換算關(guān)系已知X℃，則對應(yīng)的華氏溫標(biāo)Y（℉）＝9?X/5＋32絕對溫標(biāo)Z（K）＝273＋X若已知Y℉，則對應(yīng)的攝氏溫標(biāo)X（℃）＝5×（Y－32）/9絕對溫標(biāo)Z（K）＝273＋5×（Y－32）/9二、氣溫的日、年變化1、日變化1)日變化特點：一天中最高氣溫（Tmax）：陸地上在13～14時，海洋上在12時30分。最低氣溫（Tmin）：近日出前2）氣溫日較差：Tmax－Tmin3）影響日較差的因素：下墊面性質(zhì)：陸地日較差>海洋，沙漠最大緯度：低緯日較差>高緯季節(jié)：夏季日較差>冬季天空狀況：晴天日較差>陰天海拔高度：低處日較差>高處2、年變化1）年變化特點：一年中月平均最高氣溫（Tmax）：北半球，陸地在7月，海洋在8月最低氣溫（Tmin）：北半球，陸地在1月，海洋在2月2）氣溫年較差：月平均Tmax－月平均Tmin3）影響年較差的因素：下墊面性質(zhì)：陸地年較差>海洋，沙漠最大緯度：高緯年較差>低緯，赤道最小海拔高度：低處年較差>高處第二節(jié)風(fēng)一、地轉(zhuǎn)風(fēng)（GeostrophicWind）1、定義――自由大氣中，空氣的勻速水平直線運(yùn)動。2、力的平衡――水平氣壓梯度力與水平地轉(zhuǎn)偏向力平衡。Gn＝An，方向相反，作用在同一條直線上。3、Vg的大小，Vg＝－ΔP/（2ρωsinφΔn）1）與水平氣壓梯度成正比，在天氣圖上，等壓（高）線越密，地轉(zhuǎn)風(fēng)越大；等壓（高）線越疏，地轉(zhuǎn)風(fēng)越小。2）與空氣密度ρ成反比，高空ρ小，地轉(zhuǎn)風(fēng)增大；低空ρ大，地轉(zhuǎn)風(fēng)小。3）與sinφ成反比，緯度越高，Vg越??；φ＝0°（赤道上），Vg趨近無窮，說明地轉(zhuǎn)風(fēng)不存在。4、風(fēng)向――白貝羅風(fēng)壓定律。風(fēng)沿等壓線吹，背風(fēng)而立，北半球高壓在右，低壓在左；南半球正好相反。5、地轉(zhuǎn)風(fēng)的計算――公式法：Vg＝－ΔP/（2ρωsinφΔn）將ρ＝1.293kg/m3和ω值代入得Vg＝－4.78ΔP/（sinφΔn）(水平氣壓梯度單位：hPa/赤道度，或hPa/緯距)二、梯度風(fēng)（GradientWind）1、定義――自由大氣中，空氣的水平勻速曲線運(yùn)動。2、力的平衡――水平氣壓梯度力、水平地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力達(dá)到平衡。高壓中（反氣旋）：Gn＋C＝An低壓中（氣旋）：An＋C＝Gn3、主要結(jié)論：1）北半球，高壓中的風(fēng)順時針旋轉(zhuǎn)，低壓中的風(fēng)逆時針旋轉(zhuǎn)；風(fēng)向與氣壓場之間滿足白貝羅風(fēng)壓定律。2）梯度風(fēng)風(fēng)速與水平氣壓梯度、緯度的正弦、空氣密度和曲率半徑有關(guān)。3）低壓（氣旋）區(qū)中的水平氣壓梯度不受限制；高壓（反氣旋）中的水平氣壓梯度不能超過某一臨界值。4）反氣旋區(qū)內(nèi)，邊緣風(fēng)速較大，中心附近微風(fēng)或者靜風(fēng)；曲率較?。ㄇ拾霃酱螅┨帲吹葔壕€平直處，等壓線密，風(fēng)速大；曲率較大（曲率半徑?。┨?，即等壓線彎曲較大處，等壓線疏，風(fēng)速較小。5）中高緯度反氣旋的風(fēng)速較大，低緯度反氣旋內(nèi)風(fēng)速較小。6）Va（反氣旋中的風(fēng)）〉Vg（地轉(zhuǎn)風(fēng)）〉Vc（氣旋的風(fēng)）三、風(fēng)隨高度的變化隨高度的升高，風(fēng)速增大，北半球風(fēng)向逐漸右偏，南半球逐漸左偏，摩擦層頂處，風(fēng)速接近地轉(zhuǎn)風(fēng)，風(fēng)向接近地轉(zhuǎn)風(fēng)向。近地面層（30m～50m以下），風(fēng)隨高度的變化不明顯。第三節(jié)云一、觀測分類云族云底高度云屬降水特點中文名國際名國際縮寫高云>5000m卷云CirrusCi卷層云Cirro-StratusCs卷積云Cirro-CumulusCc中云2500m～5000m高層云Alto-StratusAs連續(xù)性或間歇性的雨、雪高積云Alto-CumulusAc低云<2500m層積云Stratus-CumulusSc間歇性微弱的雨、雪層云StratusSt毛毛雨雨層云Nimbo-StratusNs連續(xù)性中～大的雨、雪碎雨云Fracto-NimbusFn（附屬云）積云CumulusCu積雨云Cumulo-NimbusCb陣性降水二、物理分類云型低云中云高云大氣穩(wěn)定度層狀云雨層云（Ns）、層云（St）高層云（As）卷層云（Cs）穩(wěn)定波狀云層積云（Cs）、高積云（Ac）卷積云（Cc）穩(wěn)定積狀云淡積云（Cuhum）、卷云（Ci）不穩(wěn)定濃積云（Cucong）、積雨云（Cb）第四節(jié)能見度一、海面能見度的概念在海面上，正常目力所能見到的最大水平距離，稱為海面能見度，以km或nmile為單位表示。霧是影響海面能見度的主要因子，其它如沙塵暴、煙、雨、雪和低云等也能使能見度變壞。二、海面能見度的等級世界各國發(fā)布的天氣報告中，通常能見度不用等級，而以能見度低劣（Visivilitybad)、能見度不良(Visibilitypoor)、能見度中等(Visibilitymoderate)、能見度良好(Visibilitygood)、

能見度很好(Visibilityverygoood)、

能見度極好

(Visibilityexcellent).第五節(jié)風(fēng)浪、涌浪和近岸浪一、風(fēng)浪（WindWave）1、特征――周期短、波峰尖、波長短、波峰線短，波面不規(guī)則，易破碎。方向（指來向）與風(fēng)向較為一致。2、影響風(fēng)浪成長的三要素1）幾個概念①風(fēng)區(qū)――風(fēng)速、風(fēng)向近似一致的風(fēng)作用的海域范圍。沿風(fēng)吹的方向，從風(fēng)區(qū)上沿至下沿的距離，稱為風(fēng)區(qū)長度或風(fēng)程。②風(fēng)時――近似一致的風(fēng)速和風(fēng)向連續(xù)作用于風(fēng)區(qū)的時間。2）風(fēng)速、風(fēng)時、風(fēng)區(qū)與風(fēng)浪成長的關(guān)系――風(fēng)浪的三種狀態(tài)①過渡狀態(tài)――風(fēng)區(qū)內(nèi)各點波浪要素隨風(fēng)吹刮時間增加而增長（尤指波高）。因此，在過渡狀態(tài)，風(fēng)時長短決定風(fēng)浪的成長，風(fēng)時越長，波高越大。②定常狀態(tài)――隨風(fēng)時的不斷延長，風(fēng)區(qū)內(nèi)離風(fēng)區(qū)上沿較近的點上的浪高不再增長，這些點上的浪即進(jìn)入定常狀態(tài)。離風(fēng)區(qū)上沿越近，波浪進(jìn)入定常狀態(tài)的時間越早，波高也越低。因此，處于定常狀態(tài)的風(fēng)浪的波高取決于該點離風(fēng)區(qū)上沿的遠(yuǎn)近（即該點的風(fēng)程長短）。③充分成長狀態(tài)――風(fēng)區(qū)、風(fēng)時無限時，風(fēng)浪成長到一定程度后停止發(fā)展（并變得不穩(wěn)定，破碎），這種狀態(tài)即為充分成長狀態(tài)。風(fēng)區(qū)、風(fēng)時無限的情況下，風(fēng)速越大，處于充分成長狀態(tài)的風(fēng)浪波高越大，因此，充分成長的風(fēng)浪波高取決于風(fēng)速。對于給定的風(fēng)速，風(fēng)浪要達(dá)到充分成長狀態(tài)，風(fēng)時需不低于某一值，風(fēng)區(qū)長度也不低于某一值，這就是對應(yīng)于該風(fēng)速的最小風(fēng)時和最小風(fēng)區(qū)。因此，海面上的浪要達(dá)到充分成長狀態(tài)，風(fēng)速、風(fēng)時、風(fēng)區(qū)是決定性的三要素。3、淺水中風(fēng)浪的成長風(fēng)速、風(fēng)時、風(fēng)區(qū)相同時，淺水區(qū)的風(fēng)浪尺寸比深水區(qū)的小得多。二、涌浪（Swell）1、特征――波形規(guī)則，波峰圓滑，波長長，波峰線長，周期長，移速快。方向（來向）與海面實際風(fēng)向無關(guān)，兩者間可成任意角度。2、傳播特性――波長大的衰減慢，波長小的衰減快，隨著傳播距離的增加，波高逐漸降低，周期不斷增大，波長增加。三、近岸浪波浪傳至淺水區(qū)域后，由于水深變淺、地形等影響，傳播方向、波形發(fā)生改變，經(jīng)變形后的浪稱為近岸浪。1、波向的改變――折射，波向斜向入射時，受海底地形和海岸的作用，波峰線逐漸趨于與等深線平行，即波峰平行于海岸線。――繞射，波浪遇到島嶼、海岬、防波堤等障礙物時，會繞過障礙物進(jìn)入被障礙物遮蔽的水域。――反射。2、波高變化――波浪進(jìn)入開敞海岸淺水區(qū)時，波高增大，波長變短，波陡增加，易翻卷破碎。――波浪繞射進(jìn)入海灣時，波高降低。――岬角地形處的波高比凹陷處的高。四、其它因素對波高的影響1、波流效應(yīng)流速2～3kn，風(fēng)速10～15m/s時，波浪運(yùn)動方向與海流運(yùn)動方向相反或接近相反時，波高增加最大，增幅達(dá)20％～30％。波浪運(yùn)動方向與海流運(yùn)動方向相同時，波高降低，波長增加。2、水、氣溫差Tw－Ta＝1℃，波高增加5％；Tw－Ta＝2℃，波高增加10％；Tw－Ta＝10℃，波高增加50％；第六節(jié)船舶海洋水文氣象觀測

一、概述觀測項目:氣象項目：海面有效能見度、云、天氣現(xiàn)象、風(fēng)、氣壓、空氣溫度和濕度等。水文項目：海浪、表層海水溫度、表層海水鹽度、海發(fā)光和鉛直海水溫度等。二、海面有效能見度的觀測1、海面能見度（Visibility）的概念――在海上，正常目力所能見到的最大水平距離，單位km或nmile。2、影響海面能見度的因子――霧是影響海面能見度最主要的因子。――沙塵暴、煙、雨、雪、低云3、海面能見度的等級――0～9共10個等級。4、能見度等級術(shù)語――能見度低劣（BAD）（0～2級）――能見度不良（POOR）（3～4級）――能見度中等（MODERATE）（5～6級）――能見度良好（GOOD）（7級）――能見度很好（VERYGOOD）（8級）――能見度極好（EXCELLENT）（9級）5、海面能見度觀測的注意事項觀測方法：根據(jù)水天線的清晰程度，參照表“海面有效能見度參照表”判斷。在陸上根據(jù)看得清的最遠(yuǎn)的目標(biāo)物的距離判斷。夜間觀測時，應(yīng)先在黑暗處停留至少5分鐘，待眼睛適應(yīng)后進(jìn)行觀測。注意事項：應(yīng)選擇在船上較高、視野開闊的地方（夜間應(yīng)站在不受燈光影響處）。數(shù)據(jù)記錄：取一位小數(shù)，不足0.1記為0.0，單位km。夜間無法觀測時，記為“－”。三、云的觀測觀測方法：注意當(dāng)時云的外形特征、結(jié)構(gòu)、色澤及高度和各種常見的天氣現(xiàn)象，參照云圖綜合判斷。注意事項：應(yīng)盡量選擇在能看見全部天空和水天線的位置上進(jìn)行觀測；如陽光較強(qiáng)，需戴黑色眼鏡；夜間觀測應(yīng)避開較強(qiáng)燈光進(jìn)行。數(shù)據(jù)記錄：云量指云遮蔽天空視野的成數(shù)，總云量是指天空被所有的云遮蔽的總成數(shù)，低云量是指天空被低云所遮蔽的成數(shù)，單位分成（1/10），準(zhǔn)確度為－1～＋1成；云狀分高、中、低云三族記錄，同族云量多的記在前面，填寫云的國際簡寫符號；最低云底高度以米為單位記錄。特殊情況的記錄：霧――全天無法辯明，總云量、低云量記10，低云欄記“三”；部分天空可辨，總云量、低云量記10，低云欄記“”加可見云狀。霾――全天無法辯明，總云量、低云量記－，低云欄記“∞”；部分天空可辨，總云量、低云量記－，低云欄記“∞”加可見云狀。夜間無月光時，若不能判斷云狀，估計天空被遮蔽而看不到星光的那部分作為總云量，云狀、低云量欄記“－”。四、天氣現(xiàn)象的觀測觀測方法：現(xiàn)在天氣現(xiàn)象是在定時觀測時所觀測到的天氣現(xiàn)象，過去天氣現(xiàn)象是在定時觀測之間六小時內(nèi)所觀測到的天氣現(xiàn)象。天氣現(xiàn)象的符號：霾――∞；輕霧――＝；龍卷――][；霧――三；毛毛雨――，；雨――；雪――*；雨夾雪――※；五、風(fēng)的觀測觀測儀器：手持測風(fēng)儀；綜合數(shù)字氣象儀。注意事項：應(yīng)選擇在船上四周無障礙、不擋風(fēng)處，風(fēng)向傳感器的0°應(yīng)與船頭一致。儀器失靈或無法用儀器觀測時，應(yīng)根據(jù)海面狀況目力測風(fēng)。數(shù)據(jù)記錄：風(fēng)向以度（°）為單位，取整數(shù)，風(fēng)速以米/秒（m/