航海气象学与海洋学电子教案

航海气象学与海洋学第一章气象要素及其观测所谓气象要素：是指用来表征大气状态的物理量或物理现象。比如气温、气压、湿度、风、云、雾、能见度等等。而水文要素，比如表层水温、海浪、海流、海冰等等，也可以看成广义的气象要素。第一节大气和海洋概况一、大气成分分三部分：干洁空气、水汽和杂质干洁空气：除水汽和液体、固体杂质以外的整个混合气体。其中主要成分：氮78.09%、氧20.95%、氩0.93%，共占99.97%次要成分：二氧化碳0.03%、（氢、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧）0.01%水汽：水的气态，占实际大气的0～4%杂质：包括水滴、冰晶、尘埃、烟粒、细菌、病毒、花粉、盐粒二、大气的垂直结构根据气温和水汽的垂直分布、大气的扰动程度和电离现象，分五层。对流层：高度，平均10km，随纬度和季节变化，17-18km，10-12km，6-8km，夏季比冬季高些特点，强烈的对流和乱流运动，气温随高度升高而下降，温度、湿度水平分布不均分层，摩擦层（1km以下）和自由大气平流层：从对流层顶到大约55km，臭氧层20-40km中间层：从平流层顶到大约85km，D层在60km（白天）热层：从85km到800kmE层100-120km，F层200-400km，G层400-500km，散逸层：从800km-1000km三、海洋的划分洋：太平洋、印度洋、大西洋、北冰洋海：分为内陆海和边缘海，内陆海又可分为陆间海和陆内海波斯湾、墨西哥湾海湾：阿拉伯海海峡：第二节气温和海温一、气温温标：有三种，摄氏温标℃、绝对温标K、华氏温标℉转换公式如下：3259273tttTh式中：T-热力学温度th-华氏温度t-摄氏温度空气的增热和冷却的途径:五种热传导、对流与平流、乱流、水相变化和辐射。气温的日、年变化：日变化：陆上最高气温夏季14～15时，冬季13～14时，海上最高气温在中午1230时左右，陆上海上最低温度均在日出前，约0600时左右日较差：一昼夜内最高气温与最低气温的差值。它与纬度、季节、下垫面性质、地形、海拔高度及天气状况有关。年变化：北半球，陆上月平均最高气温在７月，海上８月陆上月平均最低气温在１月，海上２月南半球，陆上月平均最高气温在１月，海上２月陆上月平均最低气温在７月，海上８月年较差：它与纬度、下垫面性质、海拔高度有关。海平面气温的平均分布特点：①夏半年等温线较稀疏，冬半年较密集；②等温线在海陆交界处曲折；③冬季北大西洋等温线向北突出显著；④存在热赤道、冷极的现象。第三节大气压一、气压的单位有三种：气象上用百帕hPa，工业上用毫米汞柱mmHg，有些国家用毫巴mb三者的关系为：１mmHg＝34hPa１mb＝１hPa二、气压随高度的变化大气静力方程：gzp单位气压高度差：gh1船用压高公式：8'0Hpp三、海平面气压场的基本型式低气压：由闭合等压线构成的，中心气压比四周低的区域。低压槽：由低压向外延伸出来的狭长区域，或一组未闭合的等压线向气压较高的一方凸出的部分。高气压：由闭合等压线构成的，中心气压比四周高的区域。高压脊：由高压向外延伸出来的狭长区域，或一组未闭合的等压线向气压较低的一方凸出的部分。鞍型区：相对并相邻的２个高压和２个低压组成的中间区域。四、水平气压梯度（-np）气象学中规定，垂直于等压线，沿气压减小的方向，单位距离内气压减小的数值，称为水平气压梯度。五、气压系统随高度的变化温度场对称的系统：暖高压，中心轴线垂直，随高度增加而加强；深厚系统冷高压，中心轴线垂直，随高度增加而减弱；浅薄系统热低压，中心轴线垂直，随高度增加而减弱；浅薄系统冷低压，中心轴线垂直，随高度增加而加强；深厚系统温度场不对称的系统：北半球，高压，温度是西暖东冷，中心轴线向西南方倾斜；低压，温度是东暖西冷，中心轴线向西北方倾斜；南半球，高压，温度是西暖东冷，中心轴线向西北方倾斜；低压，温度是东暖西冷，中心轴线向西南方倾斜；六、气压日、年变化日变化：一昼夜2个周期，峰值在10h、22h，谷值在04h、16h日较差：随纬度变化。年变化：陆上，气压最高值在冬季，最低值在夏季；海上，气压最高值在夏季，最低值在冬季；七、等高面图和等压面图等高面图：用来表示某一等高面上气压值大小分布的图。等压面图：用来表示空间某一等压面起伏形势的图。第四节空气的水平运动——风一、风的定义和单位风速：单位时间内空气在水平方向上移动的距离。常用单位有米/秒（m/s）、节（kn）1m/s≈2kn风力：在日常生活中用来表示风的大小，可分为0～12级。风向：风的来向。常用16方位和圆周方位表示。二、风的脉动性和日、年变化风的脉动性：即风的阵性，是指风向摇摆不定，风速一阵大一阵小的现象。日变化：白天比夜间大，晴天比阴天大，夏天比冬天大，陆地比海洋大。年变化：因地而异。三、作用在空气微团上的力重力：水平气压梯度力：npGn1水平地转偏向力：sin2nA惯性离心力：rC2摩擦力：nR四、地转风地转风：在自由大气中，空气的水平直线运动。风压定律：在自由大气中，背风而立，在北半球，高压在右，低压在左在南半球，高压在左，低压在右。五、梯度风梯度风：在自由大气中，空气的水平圆周运动。旋衡风：适合于风力特别强的小尺度系统中。由水平气压梯度力与惯性离心力相平衡。六、摩擦层中的风由于摩擦的作用，将使风的方向向低压一边偏转，也使得风速减小。摩擦层中的风压定律：背风而立，在北半球，高压在右后，低压在左前在南半球，高压在左后，低压在右前。海面实际风向与风速的确定：风向，偏10°～20°；约为地转风的65%。七、地形的动力作用绕流与阻挡作用：狭管效应：岬角效应：海岸效应：第五节空气的垂直运动和大气稳定度一、空气的垂直运动对流：水平辐散、辐合引起的垂直运动：锋面上的垂直运动：地形引起的垂直运动：乱流引起的垂直运动：二、大气稳定度垂直运动中气温的绝热变化状态曲线：干绝热线γd=1℃/100m，γm=0.5℃/100m或=0.6℃/100m层结曲线:γ又称环境曲线,因时、因地和不同高度而异。大气稳定度的判据：γ＞γd绝对不稳定γ＜γm绝对稳定γm＜γ＜γd条件性不稳定三、大气中的逆温辐射逆温：平流逆温：下沉逆温：乱流逆温：锋面逆温：第六节大气环流一、大气环流热力环流原理：单圈环流：三圈环流：海平面平均气压场的基本特征：1月7月二、季风环流季风：大范围风向随季节而有规律转变的盛行风。季风的成因：海陆分布、行星风带的位移、大地形的影响季风的分布：东亚、南亚、赤道非洲、东南亚、北澳三、局地环流海陆风：山谷风；第七节大气湿度和海水盐度一、常用湿度因子绝对湿度：水汽压：相对湿度：露点：气温露点差：二、大气中的水汽的分布与纬度、下垫面、季节、昼夜、高度有关。三、湿度的日、年变化四、饱和水汽压与温度、溶质和曲率的关系五、大气中水汽凝结的一般条件降温、增加水汽、降温+增加水汽。六、海水盐度盐度与含盐量的区别第八节云与降水一、云的形成条件上升运动+水汽二、云的物理分类按云的形成的特点分类：积状云：积云、积雨云层状云：卷云、卷层云、高层云、雨层云、层云、碎雨云波状云：卷积云、高积云、层积云按云底高度分类：高云：卷云、卷积云、卷层云中云：高层云、高积云低云：雨层云、层云、碎雨云、积云、积雨云、层积云三、降水类型：液态和固态降水量和降水强度：降水性质：连续性、间歇性、阵性第九节海洋上的雾一、雾的分类与特征辐射雾：平流雾：锋面雾：蒸汽雾：二、平流雾的生消条件冷的海面与适当的海气温差：适宜的风场：充沛的水汽：低层逆温层结：三、海洋上雾的分布我国近海的雾：分布特点：南早北晚、南少北多、南窄北宽。世界海洋上的雾：分布区域：日本北海道东部至阿留申群岛一带的洋面北美圣劳伦斯湾至纽芬兰外海挪威、西欧沿岸与冰岛之间的洋面阿根廷东部海面、塔斯马尼亚与新西兰之间海面、马达加斯加南部海面信风带海洋东岸北冰洋和南极洲沿岸冰缘、冰间水域、中高纬大陆东岸海面四、海雾的简易测算方法干、湿球温度表法露点水温图解法利用地面预报图和水温图雾笛的传播特性第十节海面能见度一、海面能见度是指在海面上，正常目力所能见到的最大水平距离。二、海面能见度的等级根据能见度的大小，分为0～9弓10级。在天气报告中一般分为：恶劣、不良、中等、良好、很好、极好第二章天气系统和天气过程第一节天气图基础知识一、天气图的绘制过程气象资料的观测和传递收报和填图分析二、天气图底图和图时底图：双标准纬线正形圆锥投影极射赤面投影墨卡托圆柱投影图时：地面图为世界时00、06、12、18高空图为世界时00、12三、船用分析图地面分析图低纬流线图高空分析图第二节气团和锋一、气团定义：在水平方向上物理属性比较均匀的大块空气。形成：有一个大范围的物理属性比较均匀的下垫面，有使空气较长时间停留在其上的环流条件，经过一系列的物理过程使热量和水汽充分交换。变性：气团离开源地，物理属性会发生变化。分类：地理分类，冰洋、极地、热带、赤道热力分类，暖、冷二、锋定义：温度不同的两个气团之间的狭窄过渡带。分类：按移动情况分类，暖锋、冷锋、静止锋、锢囚锋按地理位置分类，冰洋锋、极锋、副热带锋锋的一般性质：温度场：水平温度梯度为10℃/100m，垂直递减率很小，甚至小于零。风场：暖锋，北半球，锋前E～SE，锋后S～SW，锋过境，风向顺转南半球，锋前E～NE，锋后N～NW，锋过境，风向逆转冷锋，北半球，锋前S～SW，锋后N～NW，锋过境，风向顺转南半球，锋前N～NW，锋后S～SW，锋过境，风向逆转气压场：锋位于槽中，暖锋前为负变压，冷锋后为正变压。天气模式：暖锋天气，云系，Ci→Cs→As→Ns降水，连续性，锋前，300～400km雾，是锋面雾冷锋天气（Ⅰ型），云系，Ns→As→Cs→Ci降水，连续性，锋后，150～200km雾，是锋面雾冷锋天气（Ⅱ型）夏季，云系主要是Cb，降水，阵性，锋附近，50～100km无雾冬季，云系，Ci→Cs→As→Ns降水，连续性，锋附近，50～100km无雾静止锋天气，类似冷锋天气（Ⅰ型），雨区增大，持续时间长第三节锋面气旋一、概述气旋与反气旋的概念：气旋，在北半球，逆时针方向旋转的大型水平涡旋，或在南半球，顺时针方向旋转的大型水平涡旋。反气旋，在北半球，顺时针方向旋转的大型水平涡旋，或在南半球，逆时针方向旋转的大型水平涡旋。气旋与反气旋的分类：气旋，按地理区域，有温带气旋，热带气旋按热力结构，有锋面气旋，无锋面气旋反气旋，按地理区域，有极地反气旋，温带反气旋，副热带反气旋按热力结构，有冷性反气旋，暖性反气旋二、锋面气旋生命史：初生阶段，成熟阶段，锢囚阶段，消亡阶段再生：趋于消亡或正在消亡的气旋，在一定条件下又重新发展起来的过程。气旋族：在同一条锋系上出现的气旋序列。天气模式：分四部分中心低纬侧，前部，暖锋天气中部，暖气团天气后部，冷锋天气中心高纬侧，锢囚锋天气锋面气旋发生的频率分布和主要路径：频率：主要在冬季，位置在45°N～50°N路径：东亚大陆产生的向东北移到阿留申群岛太平洋中部产生的向东北移到北美太平洋沿岸和阿拉斯加湾北美大陆和东部沿海产生的向东北移到冰岛附近洋面大西洋中部产生的向东北移到北欧，少数向东移到地中海影响我国海域的锋面气旋：东北低压，影响渤海和黄海北部黄河气旋，影响渤海、黄海北部和中部渤海低压，影响渤海江淮气旋，影响黄海南部和中部东海气旋，影响东海和黄海南部热低压：产生在暖季大陆沙漠和盆地地区，准静止性，晴热，少云雨。第四节冷高压一、冷高压的发展和结构发展：高纬陆地，高空出现冷槽暖脊，脊前的地面。结构：温度对称的准静止型和东冷西暖的移动型二、冷高压的天气和移动天气模式：分三部份前部，即东部，气温下降，偏北大风，常有雨雪内部，即中部，晴冷、少云、风弱、辐射雾、霾后部，即西部，气温回升、南风较弱、少云、平流雾、毛毛雨移动：整体从西向东或从西北向东南，一般沿长轴方向移动中心不动，局部向南或东或东南移动三、寒潮定义：一次冷空气活动，使长江中下游及以北地区48h降温10℃以上，长江中下游（春秋季为江淮地区）最低温度达4℃或以下，并且陆上有3个大区伴有5