航海技术专业《第12章天气图的基础知识》.docx
《航海技术专业《第12章天气图的基础知识》.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《航海技术专业《第12章天气图的基础知识》.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
航海技术专业《第12章天气图的基础知识》
第十二章天气图的根底知识
为了能清楚地表示各地天气和天气系统的分布及其发生展的情况，通常把各地区同一时间所观测到的气象要素〔包据陆地、海上商船和渔船〕，用国际规定的天气符号，按统一的格式，把有关资料和信息等填绘在空白的地图〔称为天气图底图〕上，这就是天气图。
将前后不同时次的天气图进行比拟，分析大范围天气演变情况，再根据天气演变的规律，并配合气象卫星云图，船舶驾驶员就可以简易地制作出未来的航线天气预报。
一天气图底图
天气图底图的范围，主要根据预报时效的长短，预报区域所在的地理位置和季节而定。
如常用的亚欧地区的天气图，东亚地区天气图、区域小的图以及北半球天气图等。
由于球面是不可伸展的球面，而地球仪在使用中很不方便，所以需要用不同的地图投影方法，按一定的比例把地球面上的特点变换到平面上去。
在地图投影中，通常按照以下三个方面的要求来选择地图投影法。
1正形：
指地图上保持了地球外表小区域原有的形状，任意地点微分线段的比例尺不因方向而异。
其最明显的特征是，地图上各处经线和纬线都相互垂直。
此类投影又称等角投影。
2等积：
指地图中任何局部的面积与地球外表上相应部份的实际面积的比例相等。
3正向：
指地图上从投影中心到其他任何地点的方向都与地球外表的实际方向一致。
在天气图分析中，主要考虑保持图形形状和方向的正确，使用上所填的风向和所显示的气压系统的形状及移动方向都能符合实际情况。
所以，天气图中所采用的地图的投形都需要满足正形和正向的要求。
天气图底图常用的地图投影有以下三种：
1.兰勃特正形圆锥投影
兰勃特正形影圆锥投影是在圆锥投影的根底上经过改良而得到的。
圆锥投影法是将平面图纸卷成圆锥形，使圆锥的轴和地球仪地极轴重合，圆锥面与地球仪相切于某一纬圈或相割于两标准纬圈，光源置于地球仪中心，将地表投影到圆锥面上，见图所示。
天气图使用的圆锥投影，经过了适当的修正，使用一点上经向和纬向长度的放缩率相同，称这为兰勃特正形圆锥投影，这种投影法，在中纬度地区误差较小，是海上收到的天气图广泛采用的一种天气图底图，见图所示。
图12.5a双标准纬线圆锥投影法
图兰勃特投影法
2.墨卡托投影
墨卡托投影是在圆柱投影的根底上经过改良而得到的。
圆柱投影法是将平面图纸卷成圆柱形，使圆柱的轴与地球仪地轴相重合，圆柱面与地球赤道相切，或与地球仪相割于某两标准纬圈，光源置于地球仪中心，还将球面各点投影到圆柱面上，见图所示，然后将圆柱面展开即可得到圆柱投影图。
经过订正后的圆柱投影，为满足正形要求，每一点上经向和纬向长度的放缩率相等，标准纬圈是南北纬º。
投影图的经线和纬线都是直线，且相交成直角。
赤道和低纬度地区的天气图的底图一般多采用此种投影法，见图所示。
图圆柱投影法
图墨卡托投影法
3、极射赤面投影
极射赤面投影是将光源放在地球仪的南极，把地球外表上各点投影在北极的切平面TG或60ºN的割平面T’G’上，如下图。
用此投影法得到圆形，见图所示，其经线为放射状直线，纬线为同心圆，经、纬线相交成直角，能满足正形和正向的要求，一般高纬度地区及南、北半球的天气图的底图一般多采用这种投影法。
图极射赤面投影法
图墨卡托投影图
二、天气图的种类
由于天气现象是三度空间的现象，所以必须在水平方向和垂直方向上同时考虑气象要素或天气系统的分布。
根据海上简易的航线天气预报的需要，通常采用的天气图有地面天气图、高空天气图和辅助天气图等。
根据世界气象组织〔WMO〕的规定，地面天气分析图〔AS〕是通过利用每隔6小时一次即每日世界时00，06，12，18时的观测资料分别填绘，并制作出来的，因而图时分别各每日世界时00，06，12，18时，相应东八区的北京时间分别为08、14、20212时。
除了上述每日4次根本天气观测时间这外，中间还有4次补充观测时间，分别为世界时03，09，15，21时，所以实际上每日3小时就有一张地面天气分析图产生。
但在船舶上一般只能收到四张地面天气分析图。
而高空天气图，那么是利用每日世界时00和12时〔北京东八区为08和2021。
三、天气图的绘制过程
天气图的绘制〔分析〕过程根本上有三个方面要做，即：
第一：
是气象中心部门和海洋部门对气象、水文要素观测记录的收集。
各陆上，山顶上和船舶海上观测站按规定对各气象、水文要素定时观测和记录后，进行编报并向中心气象台或国家海洋气象中心发报或或E-MAIL；
第二：
气象中心或海洋气象中心的分析员收到电传、电报和E-MAIL后，按各观测站的位置和资料进行绘填，按国际统一规定格式，立即将气象电码译成数字或符号填在天气图底图上的相应位置上；
第三：
天气图分析，在填好的天气图上，绘制各种的等值线，并标注天气系统符号和天气区等。
这样就产生一张可供海上天气预报用的天气图，特别注意的是各种等值线是用计算机和人工同时绘制进行比拟而得来的，各种天气系统符号和天气区为人工绘制。
而预报图都是由计算机绘制得来的，即就是各数值预报产品。
所以船舶驾驶员尽可能使用数值产品，来制作出简易航线天气预报，使船舶在海上平安、经济和环保航行。
用于绘制天气图的观测资料要满足同时性、代表性和准备性三个条件。
所以，就要求气象观测台站，特别是海上船舶观测站在水文、气象观测时，具有认真、负责、真实的态度。
严格执行GB观测标准，做好海洋水文气象的测报工作，使海上天气预报更准确，使海上航行的船舶更平安。
四、地面分析图和低纬度流线图
1．地面分析图——AS图〔SurfaceAnalysis〕
将地面气象要素按照统一的格式，见图所示，填写到天气图底图上就形成的地面天气图。
地面天气图简称地面图〔AS〕，除了填写地面和海平面观测记录外，还填有一局部高空气象要素的观测记录，如云等。
此外，还填写有一些反映最近时段内气象要素变化趋势的记录，如三小时变压〔△ena〕的区域。
见表所示。
表重要天气区的表示方法
2低纬度流线图〔StreamlineChart〕
在赤道附近和低纬度地区，空气运动不遵从地转平衡关系，并且气压日较差通常比实际变化大，往往掩盖了天气系统活动所引起的气压非周期变化。
因此低纬度地区以流线分析代替等压线分析比拟恰当。
1〕流线的概念和表示方法
在同一时刻，假设一条曲线上任意一点的切线方向都与该点风向一致，那么该曲线称为流线〔Streamline〕，即在流线上各点的风向与流线相切。
在流线图上，用常箭头的黑色曲线表示流线，箭头方向为气流方向。
流线有以下特点：
流线不能交叉，但可以分支；既能起止于流线图的边缘，也可起止于风向有急剧变化的地方;风速大的地方，流线密集分布，风速小的地方，流线分布比拟稀疏。
2流线图上常见的水平流场型式
⑴平直流线与波状流线
流线中最常见的是平直流线和波状扰动流线，见图所示。
平直流线是由一束接近于平行，略有弯曲的流线组成的。
波状流线相当于气压场中的波状低压槽和高压脊，反映了低纬大气中的波动扰动。
图平直流线与波状流线
⑵渐近线
渐近线是指流线分支或汇会的线，想当于数学中的渐近线，当流线离开它时，流线呈辐散状，称为辐散渐近线，如下图。
当流线处于趋近它时，流线呈辐合状，那么称为辐合渐近线，见图所示。
辐合渐近线往往与一些活泼的对流天气区相联系，天气区一般出现积云、积雨云、阵风、阵雨等云和天气。
图渐近线
⑶奇异点
奇异点是流场中的静风点，在此点上风速为零，没有风向，其附近风速也较小。
通过该点可画出一条以上的流线。
奇异点可分为尖点、涡旋〔汇、源〕和中性点。
尖点：
尖点是波动向涡旋开展的过渡型式，其生命史一般很短，在实际工作中常因资料缺乏而难以分析出来。
如下图，是表示在东西方向气流中的气旋性和反气旋性的尖点。
图尖点
涡旋：
涡旋的流型包括流入气流、流出气流、气旋式气流和反气旋式气流等多种型式。
通常地面流场中主要有两种涡旋，即：
辐合型的气旋式涡旋和辐散型的反气旋涡旋。
分别以符号“C〞和“A〞表示，它们相当于气压场中的低压和高压。
这处具有辐合点〔汇〕或辐散点〔源〕的流场，也称为单汇辐合流场或单源辐散流场，见图所示。
图涡旋的种类
中性点：
二条辐合渐近线与二条辐散渐近线的交点称为中性点，它相当于海平面气压场中的鞍形场，见图所示。
图中性点
五高空天气图〔U1500米3000米5500米的分析
等温线是用红色铅笔绘制的，而在天气图上是用虚线来表示，我国规定每隔4ºC画一条等温线，冷中心用“L〞来表示；暖中心用“N〞表示。
国外高空图上的等温线之间的间隔一般采用6ºC或3ºC，冷中心用“C〞；暖中心用“W〞。
等温线的分布有的地方密集，有的地方稀疏，如等温线较密集处就是冷、暖空气交汇的地带，既存在锋区。
当然大局部的等温线呈波状分布，其位相稍落后于等高线，表现为冷槽、暖脊的水平结构，见图所示。
图高空图上常见的温压场配置情况
4温度平流TemAdvection；图所示中的等高线与等温线根本平衡，风沿着等温线方向吹，温度平流为零。
双断线为温度平流零线，它是冷，暖平流区的分界线。
图冷平流暖平流
图零平流
温度平流线强度是指单位时间内因温度平流而引起的温度变化数量大小。
可从等高线疏密程度、等温线疏密程度、等高线与等温线的交角这三方面定性判断温度平流的强弱，即：
等高线越密，等温线越密，等高线与等温线之间的交角越大，平流就越强；反之，等高线越稀疏，等温线越稀疏，等高线与等温线之间的交角越小，平流就越弱。
高空分析的实例，请参阅§中的AUAS图。
五、海上主要气象图
气象播送MeteorologicalFacsimileBroadcasts是一种开展迅速的现代化通信技术。
它既能传送信息的内容，又能传送信息的图像，所以航海上在70年代已经开始使用了。
近几十年来，气象播送得到了迅速开展，其覆盖范围几乎普及全世界海洋。
几乎所有重要的沿海国家都通过播送，为沿岸航行的船舶效劳，并为沿岸航行的船舶提供各种天气图，海况图及卫星云图等，使航行该海区的船舶有充足的天气和海况资料信息，另外船舶利用无线电气象接收机、电传、GMDSS、播送电视和互联网，及时获得周围海区的各种气象和海况信息。
这样，船舶就可以通过这些信息资料来选择平安的、经济的和环保的最正确航线，保障船舶能顺利完成船舶运输业务任务。
1．世界气象播送的分布
WMO将全世界各地的气象播送台划分为8个区域，即：
NM太平洋、NE北太平洋、S太平洋、印度洋和波斯湾、S大西洋、NM大西洋、NE大西洋、北大西洋北部和地中海。
每个区域可分配8~10个发射台。
到目前为止，世界上气象播送电台已经开展规律到将近83个。
图给出了世界上主要的气象播送台的分布情况。
目前台湾已开始发布气象播送，其呼号为BMF，并对航海和渔业船舶开放。
图世界主要气象播送台
2．世界气象播送台的呼号，频率和发图内容
各台的发图内容和发图时间可查阅每年印发的?
无线电信号表?
第3卷。
值得注意的是各台使用的频率、发图内容和发图时间时有变动，使用时应注意各台预先发出的通知。
船舶可根据各播送台发布的播送节目表中，有选择地接收气象图。
3．气象图的种类
目前，世界各国发布的气象图的内容、种类繁多，可供不同行业和部门根据需要选择接收。
这里我们着重介绍航海上常用航海气象图。
适于航海使用的气象图大致可归纳为：
1地面图，〔包括地面分析AS和地面预报FS〕；
2高空图，〔包括高空分析AU和高空预报FU〕；
3卫星云图，〔包括可见光云图VS和红外云图IR〕；
4海浪图，〔包括海浪分析AW和海浪预报FW〕；
5海流图，〔SO，FO〕；
6海温图，〔CO，FO〕；
7水况图，〔ST，FI〕；
8热带气旋警报图〔WT〕。
4气象图的图题Heading
各国发布的气象图都在醒目的位置注有图名标题，简称为图题，图题中包括图的类别、区域、时间〔世界时〕、日期、年份和发射台的呼号。
图题一般采用如下图的格式。
图图题格式
其中图类代号参照表所示。
注意，勿将实况分析图上的图时与收图时间混为一体。
在预报图上注有预报时效，即预报的起始时刻和预报的未来时刻。
表常用气象图类别代号
表局部图区域代号
气象图图题的识读，如：
ASAS：
为亚洲地面分析图；
AUAS70：
为700h2000年9月10日00时
热带风暴
风力8~9级
STSSevereTro
强热带风暴
风力10~11级
TTy
ile；
ile；
ile
2〕实例2：
图为美国关岛发布的1990年5月6日00Z西太平洋和印度洋地面分析图。
图中在2021，2021以上均为等压线分析，两相邻等压线间隔为，其中等压线只标注二位数〔十位与个位〕，中心气压值横线下的箭头表示该系统中心移向，旁边数字表示移速〔n〕。
QS表示准静止，图中有5条冷锋，2条暖锋，1条锢囚锋和1条静止锋。
用虚线连接的锋表示处于减弱之中。
该图的上方还附有一个地转风尺，可用来量取在海平面上风速的大小。
图关岛地面分析图
该图在2021~2021之间的热带地区为流线分析。
其中气旋与反气旋环流中心分别标注C和A，它们的流场和天气特征与低压和高压是对应的。
在西太平洋和印度洋的低纬度洋面上，还标有10º×10º经纬网格中的平均海面风。
图中有长方形框中为热带气旋警报信息〔WARNING〕，包括该热带气旋中心附近的最大风速、移向和移速等，本图该热带气旋位置处在印度东南方的孟加拉湾海域。
地面预报图与地面分析图的分析方法差不多，这里简化了。
2高空分析图
高空分析图一般有850h1998年10月26日4000米2000米1米2米1米2米3米4米5米4米4米8米inantcondition
式中：
age，VS〕，又称为电视云图；另一种是红外云图〔InfraredSatelliteImage，IR〕，见图和图所示。
图可见光云图
图红外云图
2可见光云图：
可见光云图是卫星仪器在可见光谱段测量地面、云面的反射太阳辐射，经过转换得到的。
其色调决定于反射太阳辐射的大小，假设反射太阳辐射大，色调就白，反之就暗。
而反射太阳辐射决定于入射到目标物的太阳辐射及目标物的反照率两个因素
①反照率对可见光云图色调的影响：
在一定的太阳高度角下，物体的反照率愈大，它的色调就愈白；物体的反照率愈小，它的色调就愈暗。
见表所示。
表各目标物的色调
编号
色调
目标物
1
黑色
海洋、湖泊、大的河流
2
深灰色
陆地上大面积的森林、牧场、草地、耕地
3
灰色
陆地上的晴天积云、沙漠、陆地上空单独出现的卷云
4
灰白色
大陆上空簿的中高云
5
白色
积雪、冰冻的海洋和湖泊中等厚度的云〔中云、积云、层积云〕
6
浓白色
大块厚中、低云、积雨云、厚的卷层云、地面有降水
②太阳高度角对可见光云图上色调的影响：
在可见光云图上，目标物的色调还与太阳高度角有关，即与卫星观测时的照明条件有关。
也就是说云图上的色调与卫星观测的季节和每天卫星观测时刻有关。
如在北半球夏季和冬季的高纬度地区，白天的太阳高度角不同，图片色调也不一样。
在冬季，高纬度地区的太阳高度角很低，色调很暗。
如果卫星在早晨或黄昏观测，太阳高度角较低，光照条件差，图片就很暗。
如果卫星在中午时观测，光照条件好，图片的色调较明亮，物象间的反差较大。
3红外云图
卫星在—微米通道得到的云图称为红外云图或长波红外云图。
这种云图所反映的是地面和云面的红外辐射或温度分布。
在这种云图上，色调越黑表示红外辐射越大，温度越高；色调越白表示红外辐射越小，温度越低。
根据这种云图上的色调差异可以估计地面、云面温度的相对分布和云的相对高度。
由于大气和地表的温度是随着季节和纬度而变，所以红外云图的色调表现为以下集中几种特点：
①红外云图上地面、云面色调随着纬度和季节而变化。
在红外云图上，从赤道到极地色调愈来愈变白，暗的色调却少见了。
这是由于地面和云面的温度向高温度减少的缘故。
同一高度的云，愈往高纬度，云顶温度愈低。
这种现象，低云比中高云显著，这样就造成在高纬度地区，低云和地外表的色调同中高云的色调很相近。
这种现象冬季最明显，而且尤其是在夜间，最不容易看出冷的地面上空的云。
在冬季热带和副热带地区，地外表和高云的温度差达100℃以上，但在大陆极地区域，这种温度差不到20℃，这就是说在高纬度地外表和云面之间的温度差很小，所以在红外云图上只有很小的色调反差，不容易将冷的地外表和云区别开，同时在红外云图上识别不同种类的云也有困难。
②红外云图上海洋和陆地色调的变化。
在冬季中高纬度地区，海面温度高于陆面温度，所以海面的色调比陆面要暗。
但是在夏季，陆面的温度高于海面温度。
这时陆面的色调比陆面要暗。
在红外云图上，根据云顶外表的色调差异可以估计云顶温度和高度，云的色调越白，云顶高度越高，温度越低。
但是在估计时常因以下几种原因造成一定程度的误差：
①空间分辨率对估计云顶温度和高度的影响；
②大气吸收对估计云顶温度〔高度〕和地面温度的影响。
4可见光云图与红外云图的比拟
可见光云图上的色调决定于物体的反照率和太阳高度角，红外云图上的色调决定于物体的温度的高和低，所以比拟这两种云图，有一些特征在外貌上相差很大，但也有许多是相似的。
表给出了在这两种云和地表的色调特征的比拟。
表可见光云图与红外云图的比拟
↑
红
外
云
图
↓
黑
沙漠〔白天〕
暖海洋
深灰
层
积
云
晴天积云
沙漠〔夜间〕
冷海洋
灰
层云〔厚〕
雾〔厚〕
晴天积云
卷层云〔薄〕
纤维状卷云
西藏高原
高山
森林
淡灰
高层云〔厚〕
浓积云
纤维状卷云
高层云〔薄〕
白
密卷云，多层云、卷层云，高山积雪和极地冰雪
消失中的
卷云
宇宙
空间
白
淡灰
灰
深灰
黑
←可见光云图→
5卫星云图上识别云的判据
在卫星云图上识别云，一般是根据云的六个根本特征来判别，这六个特征是结构型式、范围大小、边界形状、色调、暗影和纹理。
①结构型式
在卫星云图上的结构型式是指由于光的不同强弱的反射所形成不同明暗程度物象点的分布式样，这些物象点的分布式样可以是有组织的，也可以是散乱的，即表现一定的结构型式。
在卫星云图上云系的分布型式有带状、涡旋状、细胞状和波状等，由云的分布型式能帮助我们识别云的种类和了解形成云的物理过程。
例如冬季洋面的细胞状云系是冷空气从陆地到达洋面变性引起的，云系以积状云为主。
如热带气旋、气旋云系有涡旋结构，锋面、急流那么表现为云带。
在一张卫星云图上，常包含有许多复杂的型式，而且有些型式是相互重迭的，这种重迭的型式长是由于陆地地貌、水、冰雪和云同时存在所造成的，或者是高、中、低云同时存在造成的。
分析这种复杂型式要十分仔细，可以利用不同时刻、不同通道的云图相互比拟，然后利用我们对各种物象型式的认识，判断物象的型式及其形成的原因。
②范围大小
在卫星云图上云的种类不同，其表现的范围也不同。
例如与锋面、气旋相连的高层云、高积云和卷云，分布范围很广，可达几千公里以上，而与中小尺度天气系统相连的积云、浓积云和积雨云的范围很小。
因此从云的范围可以识别云的种类、天气系统的尺度和大气物理过程，如在山脉背风坡一侧出现一系列排列规那么的细云线，就可以知道这是山脉背风坡一侧的重力波形成的。
③边界形状
在卫星云图上的云系都具有一定的边界形状。
要区别云图上的物象是云还是地表，或者识别云的种类，边界形状是重要依据。
云的边界形状有直线、圆形、扇形的，有呈气旋性弯曲〔云的边界向南凹〕、有反气旋弯曲〔云区边界向北凸〕等。
有的云边界很整齐光滑，有的那么不整齐，例如层云的边界一般整齐光滑，急流卷云的左界光滑，细胞装云系呈环状等。
云的边界还是判断天气系统的重要依据，如成熟的热带气旋〔台风〕呈原形，冷锋云带呈气旋性弯曲。
④色调〔亮度〕色调也称亮度或灰度。
它指的是卫星云图上物象的明暗程度。
不同通道云图上色调代表的意义也不同。
如在可见光图上的色调与反照率、太阳高度角有关。
云的色调随云的厚度随着云的厚度加大而变白，在云厚和照明条件相同的情况下，水滴的云要比冰区白，大而厚度的积雨云最白；水面的色调决定于水面的光滑程度、含盐量、混浊度和水层大深浅，一般说来，光滑的水面表现为黑色，水愈混浊和水层愈浅，其色调愈浅。
在红外卫星云图上，物象色调决定于其本身的温度，并随物象温度变低而变白；温度高而变黑。
⑤暗影是指在一定的太阳高度角下，高的目标物在低的目标物上的投影，所以暗影都出现在目标物的背光一侧。
在可见光云图上，暗影可以出现在云区里或云区边界上，表现为一些细的暗线和斑点。
云顶愈合高，暗影愈宽；当高度角较低或高云边界叫陡时，在迎太阳光一侧色调很明亮，而在背太阳一侧出现暗影，并且太阳高度角愈低，暗影愈宽愈清楚；暗影在上午的云图上，暗影位于云区的西边界一侧，而在下午的云图刚好与上午相反，在东边界一侧；暗应一般在低云外表、沙漠、冰雪外表和太阳耀斑区最易见到暗影；
⑥纹理
纹理是用来表示云顶外表光滑程度的一个判据。
云的种类不一、或云的厚度不一，使得云顶外表很光滑或呈现多起伏的斑纹，或者表现为纤维状。
如果云的纹理很光滑和均匀，表现云顶高度和厚度相差很小，例如层云就是这种特点。
如果云的纹理表现表现为皱纹和斑点，表示云面多起伏，云顶高度不一，如积状云具有这种特点，如果云的纹理呈纤维状，说明这种云就是卷云。
在识别时要注意的时在云图上显示的云是地面观测到的云的集合体如，如果地面观测的云小于卫星探测分辨率，那么这些云在卫星云图上就不能识别。
卫星云图在航海上应用是能够对锋面云系的识别，积云、浓积云和积雨云的识别，这些当然要靠理论和实际的结合。
升级会员 