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373第21章海洋观测21.1概述最广定义的海洋观测涵盖所有在海—气界面间，海面以下及海面以上的大气（高空观测）的和与之有关的环境的观测，从海洋站进行的观测详细的、正规的要求参见WMO（1981b）。对要求及程序的建议见WMO（1982）。本章，我们考虑的是在海—气界面上的观测，也包括在其他章叙述过的通常也在陆面上进行的观测。我们也考虑对某些海洋物理学及物理海洋学的次表层的重要测量，在海洋上高层大气的测量方法基本上与陆地上空的一样。本章不考虑。波浪的测量及观测在本指南的其他章没有叙述。目测方法在21.2.12节中讨论，自动方法在21.3节中叙述，虽然这些方法也用在其他类型的平台上。观测可以在固定的或移动的平台上进行，用地面或空间为基地的技术进行现场或遥感。现场方法基本上是在能代表周围海域的单点进行观测，与天气学要求一样。遥感技术能获得大面积或大容量的代表性，特别适用于海冰观测。现场测量这些测量或观测是从各种平台上作出的。它们包括自愿观测船队（VOF、在自愿观测计划中叫VOP、海洋气象站（OWS）、有人及无人灯塔、锚定浮标、漂流浮标、塔、油气平台及岛屿自动气象站等。通常平台的类型决定测量要素及报告的范围，因而VOF的船舶主要是用人工观测的方法进行天气学所需要的所有项目的观测（在WMOSHIP电码中规定的项目）。而最简单的漂流浮标可能只报告船位和海面温度。遥感测量海洋测量资料能从地基或空基的遥感系统获得。现在，地基遥感系统可用来观测或测量降水（天气雷达）、近地面风（多普勒雷达）、表面洋流、表面风、及海况（短程的微波雷达、高频的远程雷达，例如超水平遥感）。这些技术在第9章叙述。此外对于遥测技术，及在第7章叙述的闪电定位，也应用于海洋环境。从空间的遥感可用来测量许多海洋表面变量，由于技术进步，从空间平台的遥感可能将提供全球海洋上大量的海况、风及海面温度资料。无论如何，应当注意到，现场测量对增补及校准这些资料仍是必不可少的。空间遥感系统在第8章叙述。21.2船上的观测本节包括详细的进行船上观测及测量的指导及建议。WMO（1991b）是另一方面的指导和建议的来源。分析研究从船上来的观测资料由WMO（1991a）及WikersonandEarle(1990)给出。21.2.1观测要素承担气象观测任务的船舶，应能观测或测量下列要素并装置应有的仪器：（a）船位；（b）风速和风向；（c）大气压、气压倾向特征及其变量；（d）天气：现在天气和过去天气；（e）云量、云状和云高；（f）能见度；（g）气温；（h）湿度（露点）；（i）降水；（j）海面温度；374（k）海上风浪和涌浪：波高、波浪周期和波向；（l）海冰及/或需要时的船上结冰；（m）船的航向和航速；至于这些要素的观测次序，一般来说，因为仪器观测需要使用灯光，所以凡由仪器观测的要素，应排在非仪器观测要素之后进行观测，以利于眼睛适应黑暗环境。除气压外，其它要素的观测都应在基本天气观测的标准观测时间前10分钟内进行，而气压观测值则应恰好在标准观测时间读取。21.2.2需要的仪器适宜船舶使用的仪器如下：（a）精密空盒气压表或船用水银气压表；（b）干湿球温度表；（c）气压计，最好是微压计；（d）海水温度表以及用以获取海水样品的适当容器，或带有遥测指示器的持续浸在海水中的传感器（或接触船壳的传感器）；（e）适宜于船上使用的雨量器。关于风力的观测，尽量用架设在具有代表性部位的风速表代替目视估计。除了在本章下面若干节中谈到的一些修改外，在船上使用的仪器应符合本《指南》有关章中所提出的要求或建议。提供给船上使用的气象仪器，应先由有关气象部门测试或检查。21.2.3观测时间在船上的地面观测照下列时间进行：（a）天气观测应在主标准时间：0000，0600，1200和1800世界协调时（UTC）进行。如需要外加观测应在中间标准时间0300，0900，1500和2100（UTC）进行一次或数次。（b）当主要标准时间在船上有实际困难不可能进行天气观测时，可以在尽可能接近主标准时间的具体时间进行观测。在特殊情况下观测甚至可以早于主要标准时间一小时，例如这种情况可能发生在为保证海岸无线电台的值班员能在下班前收到传送的电报。在这些情况下观测和实际的时间均应指明。（c）当风暴迫近或盛行时应在主标准时间之外加密观测。（d）当遇到突发性危险天气时，应不管观测的标准时间，立刻进行观测并发报。21.2.4船上自动观测船上用的自动或部分自动观测传输系统已研制出来。采用两种基本操作方式：（a）用人工观测然后输入处理装置（标准的是个人电脑），按需要编码和自动格式化或人工初始化输入；（b）用第一章所述的标准自动气象站方法进行观测。船的位置、航向及航速，从航行系统中取得或者单独从卫星导航系统（GPS）计算出来。这种观测数据可根据通讯设备情况或者完全自动的，或者人工初始化进行传输。卫星通讯系统现在已广泛使用来传播船舶的观测信息。有三种方法可采用：（a）通过气象地球同步卫星（GOES，METEOSAT，GMS）的国际资料收集系统（IDCS），此系统主要由气象机构建立，在预定的时间程序中1小时1次，按全自动传输方式传送资料仅此一个传送通道，其误差率可能比较明显；（b）商用卫星系统，例如INMARSAT，这些系统很可靠并提供二通道通讯，但常需人工起动；（c）Argos系统，这系统主要为定位和资料传送设计的，同时限制在国家海洋大气局（NOAA）极轨卫星的数量及轨道特征内Argos能被用作船舶气象资料的通讯及处理（WMO，1989a）。37521.2.5风风向风速的观测可以或者目测或者用风仪或风的自记仪器。安装在船上的仪器应观测10分钟的平均读数。当观测是从走航的船舶上取得时，必需分辨出相对的风和真正的风。对所有气象目的必须报告真正的风，一个简单的向量图或一个表可以用来把观测到的相对的风和船舶的航向航速计算成真风。在实用上这种向量转换常是风报告误差的来源，专用的计算尺及手用计算机，也是好用的。程序可储存在小计算机内，由风速表观测到的风速应该修正到有效高度（WMO，1989b）。21.2.5.1目测目视估计通常以海面的外观为判断依据。风速参考蒲福风力等级表中每一级风力的特征（见表）得出；风向则通过观察海浪的波峰取向，（即风生波的波峰取向而不是涌浪取向。）或被风刮起的浪花的条纹方向来确定。蒲福风级表中各风级的特征指的是开阔海洋的情况，在实用上目测风向质量很好。波浪高度本身并不总是一个可靠的依据，因为它不仅决定于风速，还取决于风的吹程和风的持续时间，取决于浅海的深度和海中出现的涌浪。因此可用蒲福风式风级与海况的关系来估计，但这种关系还要受到几种别的因素的影响。在估计风速时一般必须考虑到的因素是：在风增强与海浪上升之间的滞后，暴雨使风对海面的影响减弱或变缓和；以及强表层流（例如潮流）对海面外观的影响。由于潮流以及陆地构成的屏障影响，海面状况的判据在浅海或在近岸区会变得不大可靠。在这些地点或在海面情况看不见时，船上相对风的蒲福风力可以根据风对声音的影响、对旗帜之类船上目标物和船上烟囱排放的烟等的影响来估计。在后一种情况下，也可估计相对风向，例如通过观察烟囱排烟情况来估计。有了这些估计值，即可据以算出真风的速度和方向。蒲福风力等级表风级术语名称相当风速可用于观测的征象m/skn船上观测（开阔海区）0静风(Calm)0—0.2＜1海面如镜1软风(Lightair)0.3—1.51—3海面形成鱼鳞状涟漪，但尚无飞沫状峰顶2轻风(Lightbreeze)1.6—3.34—6小波虽短，但已显著；波峰顶呈玻璃状，但未见破碎3微风(Gentlebreeze)3.4—5.47—10出现大的小波，波峰顶开始破碎，有玻璃状飞沫；间或出现白浪4和风(Moderatebreeze)5.5—7.911—16小的波浪变成较大的波浪，频繁地出现白浪5清劲风(Freshbreeze)8.0—10.717—21出现更显著的长峰中浪，形成许多白浪（偶尔出现激溅浪花）6强风(Strongbreeze)10.8—13.822—27开始形成大浪，白色的波峰飞沫到处可见（可能出现激溅浪花）7疾风(Neargale)13.9—17.128—33风浪涌起，风开始把碎波的白色飞沫吹成沿风向伸展的条纹8大风(Gale)17.2—20.734—40出现长峰大浪，波峰边缘破碎成浪花，飞沫被吹成沿风向伸展的明显条纹9烈风(Stronggale)20.8—24.441—47形成大浪，沿风向形成浓密飞沫条纹，波浪波峰开始卷倒，激溅浪花影响能见度10狂风(Storm)24.5—28.448—55出现长卷峰非常大浪，其所引起的大片飞沫沿风向形成浓白条纹；整个海面呈白色；海面波涛汹涌，咆哮轰呜；能见度受到影响11暴风(Violentstorm)28.5—32.656—63出现异常大浪（小的和中等尺度的船舶间或隐没于波浪背后），海面已被沿着风向的长片白色飞沫完全覆盖，波峰顶边缘全都被吹成泡沫，能见度受到影响12飓风(Hurricane)≥32.7≥64空气中充满飞沫和激溅浪花，推进着的激溅浪花使海面变成白色，能见度受到严重影响21.2.5.2用仪器测量376若把测风仪安装在船舶上，要使用风速和风向都能测量的仪器，并要求仪器能把横摇的影响减到最低限度（对风杯风速表和阻尼风向标作适应性设计，能使船的纵摇和横摇只有轻微的影响）。对于船载测风仪器来说，要得到良好的安装位置在多数情况下是困难的。必须使船舶的上部结构、天线杆和桅杆产生的局部影响尽可能地减小，为此应把仪器尽量架设到船的前部，并且要尽可能架设得高一些，如果把仪器安装在桁条上，最好把风速探头和风向探头分立，以使桁条上的重量分布更均匀，而且这样有可能把仪器安装在舷外更远处。不管是安装在桁条上还是安装在固定于前桅的托架上，每一探头的安装位置与桅杆之间的距离至少应是桅杆直径的10倍。如果这一点做不到，一个好的办法是在前桅两侧各装一台仪器，并总是使用暴露状况更好的那台仪器。要是能办得到的话，一般认为前桅顶部是安装测风表的最佳位置。各种类型的轻便风速表间或也用于海上观测。其主要缺点是，这类观测仪器的暴露状况很难具有代表性，实用上它们测出的结果相当分散。只有了解在不同情况下船上气流的特性的观测员，也许能为进行这样的观测选择到最佳的观测位置并获得令人满意的结果。如果风力的目视估计很困难或者不可能，例如，夜间对1、2级风的观测，使用轻便测风仪器进行观测的这种办法可能是有助益的。21.2.6大气压、气压倾向特征及其变量21.2.6.1观测方法气压可用精密空盒气压表或水银气压表测量。在使用水银气压表测量时，应当考虑气压表的“振荡”影响，即水银柱高度的迅速而有规律的变化。对此，读数时应考虑在读取测值时可取两组或三组读数的平均，每组包括水银柱在玻璃管中振荡时达到的最高点和最低点。过去3小时的气压倾向特征和气压变量可由气压计，最好是带有1hPa刻度的微压计得出。作为一个替代办法，气压变量也可由水银气压表在3小时时段的开始和结束时依次得到的读数求出。气压和气压倾向应按hPa和hPa的小数一位报告。21.2.6.2仪器水银气压表实用中已表明在海上合适的安装和操作水银气压表很困难，从而目前很少在船舶上安装水银气压表。船上使用的水银气压表主要是定槽式水银气压表。船用气压表除了具有良好的气象站用气压表的那些要求外，为减少水银柱的振荡，还应当使其受到适当的阻尼。这可以对玻璃管下部和大部分管长的内径加以限制，利用毛细管作用来减振。船用气压表的时间常数可采用下述办法方便地进行估计：使气压表倾斜，直至能达到超过实际气压50hPa以上的读数；然后把气压表恢复到垂直位置，注意上面的气压差值降到超过实际气压18hPa时所需的时间，这段气压回降时间应在4至9分钟之间。空盒气压表和气压计所有空盒气压表应符合第一编第3章提出的一般要求，并应附有给出修正值的检定证书。如果有正值的话，此正值必须用到该仪器的每次读数上去。空盒气压表应能读至0.1hPa，不确定度范围应当不低于±0.5hPa，校准误差应能保持在此容差之内至少一年。为避免