航海气象学与海洋学电子教案Word下载.docx
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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=
hPa
1mb=1hPa
二、气压随高度的变化
大气静力方程:
单位气压高度差:
船用压高公式:
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(-
)
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;
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。
白天比夜间大,晴天比阴天大,夏天比冬天大,陆地比海洋大。
因地而异。
三、作用在空气微团上的力
重力:
水平气压梯度力:
水平地转偏向力:
惯性离心力:
摩擦力:
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
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
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
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
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5~7级大风,海上有3个海域伴有6~8级大风者。
天气特征:
剧烈降温、偏北大风
四、冷空气的源地和路径
源地:
新地岛以西的北方寒冷洋面
新地岛以东的北方寒冷洋面
冰岛以南的洋面
路径:
关键区70°
E~90°
E,43°
N~65°
西北路,从关键区经蒙古、河套、到达江南
西路,从关键区经新疆、青海、青藏高原东侧、到达四川、云、贵
东路,从关键区经蒙古、内蒙、东北,低层向渤海、华北、到达两湖
第五节副热带高压
一、副热带高压的形成与结构
形成:
大气环流原理
狭长扁平状、高度很高
二、天气模式
东部:
偏北风、层云或雾、陆地干旱无雨
南部;
风力不大、风向稳定、天气晴好、当有东风波和热带气旋时,则出现大风、暴雨等天气
西部:
多雷阵雨和雷雨大风
西北和北部:
多阴雨和风暴天气
中部;
风力微弱、万里无云、天气温暖(陆上则炎热)
三、西太平洋高压的活动
季节变化:
脊线夏季北进,冬季南退
短期变化:
500hPa上588线最西点的移动,表现为旬或侯的西伸东撤
四、西太平洋高压的活动对我国东部地区天气的影响
副高脊线南北移动时,造成一些地区干旱,而另一些地区洪涝
在春夏,造成我国沿海地区的大片平流雾
与大陆东移的低压或低压槽构成“东高西低”的形势,出现偏南大风
影响热带气旋的移动
第六节中小尺度天气系统——雷暴、飑线和龙卷
一、雷暴
是积雨云中所发生的雷电交加的激烈放电现象。
发展阶段、成熟阶段、消散阶段。
产生的原因:
热力作用:
陆上在午后至傍晚、海上在午夜至凌晨
动力作用:
锋面抬升、低层气流辐合抬升、地形抬升
发生频率:
夏季多于冬季、低纬多于高纬、内陆多于海洋、山地多于平原
天气现象:
阵雨
二、飑线
呈带状分布的雷暴或积雨云带。
雷暴、雷雨、阵性大风、冰雹、龙卷
与冷锋的区别:
冷锋是两种性质不同的气团的界面,飑线是在暖气团内部
冷锋是大尺度系统,飑线是中尺度系统
冷锋影响范围大,强度弱,飑线影响范围小,强度大
冷锋与飑线物理要素的分布也有很大差异
三、龙卷
是一种破坏力很大的小尺度风暴系统。
特征:
水平范围很小、持续时间很短、气压甚低、风力甚强、破坏力极大、移动迅速、移动路径多为直线
发生频率:
陆龙卷,美国最多,多在午后至傍晚
海龙卷,孟加拉湾、加勒比海、地中海等较多,多在午夜至凌晨
夏季多于冬季,低纬多于高纬
第七节热带气旋
等级划分:
在西北太平洋
热带低压TD,风速<34kn(风力<8级=
热带风暴TS,风速34~47kn(风力8~9级)
强热带风暴STS,风速48~63kn(风力10~11级)
台风T,风速≥64kn(风力12级)
命名规则:
等级划分的英文缩写+数字编号+名称
集中在低纬洋面上
西北太平洋、东北太平洋、西南太平洋、西北大西洋
孟加拉湾、阿拉伯海、南印度洋西部、澳大利亚西北
频率:
全球平均每年80个,北半球占3/4,北太平洋占1/2
西北太平洋占1/3
北半球热带气旋发生的时间为7~10月,
孟加拉湾和阿拉伯海在5月和11月,
南半球热带气旋发生的时间为1~3月。
二、热带气旋的天气结构
气压场:
中心气压在950hPa以下,水平气压梯度可达0.5~1hPa/km
风场特征:
按风速大小可分三个区域
外圈,自热带气旋边缘到8级风圈
中圈,自8级风圈到云墙区
内圈,台风眼区,眼区几乎无风
三、热带气旋的形成条件
广阔的高温洋面:
大于26.5℃
对流层风速垂直切变要小:
通常用200hPa和850hPa面上的纬向风速差表示
小于10kn
纬度条件:
大于5°
热带低层扰动的存在:
热带气旋85%在热带辐合带上产生
15%在东风波上产生
四、热带气旋的移动
主要移动路径:
北半球,向西、向西北、先向西北再转向东北
南半球,向西、向西南、先向西南再转向东南
热带气旋移动的受力分析:
外力,水平气压梯度力、水平地转偏向力
内力,北半球指向西北、南半球指向西南
热带气旋的移速规律:
加强时减慢,减弱时加快
转向时最慢,转向前比转向后慢些
影响热带气旋移动的周围天气系统:
副热带高压、西风大槽、“双台风”效应
五、南海热带气旋
概况:
每年平均9个,8、9月最多,1~3月极少,
一般在10°
N以上,主要在12°
N~20°
N,112°
E~120°
E
移动路径:
抛物线型、倒抛物线型、西移型、打转后北上
六、热带气旋的测算与避离方法
热带气旋来临的预兆:
海象:
涌浪、海水发臭或发光、海响
天象:
云:
辐射状的卷云、在西风带高云从东向西移
风:
风速增大25%、风向较大改变
气压:
明显下降、日变化消失
物象:
海鸟乱飞、海猪回游、其它生物反常活动、
突然出现少见或未见的动物
热带气旋的中心方位判定法:
根据辐射状卷云、涌浪
根据风力大小和风压定律
根据气压距平值和风压定律
船舶所处的部位及判定法:
风力增大或气压降低,处在前半圆
风力减小或气压上升,处在后半圆
风向顺转处在右半圆,
风向逆转处在左半圆
危险半圆,北半球指右半圆,南半球指左半圆
可航半圆,北半球指左半圆,南半球指右半圆
脱离热带气旋的驾驶法
北半球,误入危险半圆(即右半圆),右舵右舷首顶风驶离
南半球,误入危险半圆(即左半圆),左舵左舷首顶风驶离
第八节热带辐合带、东风波和热带云团
一、热带辐合带
季风槽和信风槽
天气:
对流云、雷暴、阵雨、飑线、大风
二、东风波
倒槽结构
在季风区,云雨区在波轴及其前方
在信风区,云雨区在波轴及其后方
三、热带云团
平均尺度为100~1000km,由许多中尺度对流云体群(10~100km)组成
而每个中尺度对流云体,又由尺度在1~10km的对流云单体群构成
第三章天气预报
一、外推法
1、闭合系统
2、线性系统
第四章海浪、海流和海冰
第一节海浪
一、波浪要素
波峰、波谷、波高、波长、波速、周期、波陡、
波峰线:
垂直于波向所连接的波峰上的各点而成的直线
波向线:
平行于波向所连接的波峰上的各点而成的直线
波浪三要素:
波长、波速、周期
波长=波速×
周期
二、水质点的运动与波形传播的关系
深水波:
在海面上水质点的轨迹是以波高为直径的圆,水质点在最高位置时其运动方向与波向一致,水质点在最低位置时其运动方向与波向相反。
浅水波:
水质点运动的轨迹为椭圆
三、海洋波浪的分类
根据周期、频率、波长、原动力、恢复力
风浪、涌浪、近岸浪都属于重力波(按恢复力)
四、风浪、涌浪和近岸浪
风浪三要素:
风力、风区和风时
在风浪充分成长之前,浪高随三者增大而增大;
在风浪充分成长之后,浪高仅随风力的增大而增大。
涌浪的传播特点:
波高逐渐减小,周期、波长、波速逐渐增大
近岸浪的特点:
波向折射和绕射
波长变小,波高变大
岬角处浪高,海湾内浪小
波浪倒卷和破碎
流波效应:
波浪与海流反向或接近反向,波高要增大
波浪与海流同向或接近同向,波高要减小,波长增大
有效波高:
连续观测一列波,按波高大小依此排列,其中前1/3较大波的平均波高称为有效波高。
记为H1/3
同理有H1/10、H1/100、H1/1000
假设H1/3为一个单位,则其它几种统计波高与H1/3的比值如下:
:
0.63
H1/10:
1.27
H1/100:
1.61
H1/1000:
1.94
五、深水波和浅水波
浅水波:
波速只取决于水深,与波长、周期无关
深水波:
波速与水深无关,是周期的1.5倍
六、群波和驻波
群波:
海洋中的波浪常以“群”的形式出现,在深水波中,群波的波速为相速的一半,在浅水波中,群波的波速等于相速。
驻波:
是由两列振幅与传播速度相同的相干波,在同一直线上沿相反方向传播时迭加而成。
波节处的水质点静止不动,
波节两边的水质点以相反的运动方向同时到达平衡位置和最大位置
七、海啸、内波、潮波和风暴潮
海啸:
海底浅源地震引起,周期、波长和波速都很