航海氣象學(xué)課件

1、 第一章 氣象學(xué)根底知識(shí)第一節(jié) 大氣概況第二節(jié) 氣溫第三節(jié) 氣壓第四節(jié) 空氣水平運(yùn)動(dòng)-風(fēng)第五節(jié) 大氣環(huán)流第六節(jié) 大氣濕度第八節(jié) 云和降水第九節(jié) 霧和能見度第十節(jié) 船舶海洋水文氣象觀測(cè)概 述大氣Atmosphere包圍地球外表的整個(gè)大氣層。天氣 (Weather)指一定區(qū)域在較短時(shí)間內(nèi)各種氣象要素和天氣現(xiàn)象的綜合表現(xiàn)。天氣表示大氣運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)狀態(tài)。氣候 (Climate)指某一區(qū)域天氣的多年平均特征，其中包括各種氣象要素的多年平均及極值。氣候表示長(zhǎng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果。氣象要素Meteorologyelements)反映大氣狀態(tài)的物理量或物理現(xiàn)象，主要有：氣溫、氣壓、風(fēng)、濕度、云、能見度和天氣現(xiàn)象。

2、海洋要素Marine elements反映海洋狀態(tài)的物理量或物理現(xiàn)象。如海溫、鹽度、海浪、海流和海冰等。第一節(jié) 大氣概況一、大氣成分：主要由多種氣體(氮、氧、氬、二氧化碳和臭氧等)、水汽和懸浮的雜質(zhì)構(gòu)成。干空氣Dry air:除水汽和雜質(zhì)以外的氣體氣體主要成分:氮78.09%、氧(20.95%、氬0.93%、氣體次要成分:二氧化碳、氫、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧等稀有氣體 。大氣是可壓縮氣體，大氣密度隨高度增加而迅速減少。觀測(cè)說(shuō)明，10公里以內(nèi)集中了大氣質(zhì)量的75%，35公里以下那么達(dá)99%，近地面空氣標(biāo)準(zhǔn)密度為-3,大氣的總質(zhì)量為5.3 1018 kg，約為地球質(zhì)量的百萬(wàn)分之一。其中影響天氣、

3、氣候變化的主要大氣易變成分為二氧化碳、臭氧和水汽。大氣中的易變成分1.二氧化碳:平均含量0.03%，二氧化碳能強(qiáng)烈地吸收和放射長(zhǎng)波輻射。2.臭氧：主要存在于20-40公里氣層中，又稱臭氧層。臭氧是吸收太陽(yáng)紫外線的唯一大氣成分。3.水汽：水汽能強(qiáng)烈地吸收和放出長(zhǎng)波輻射，并在相變過(guò)程中吸收和放出潛熱能。濕空氣在同一氣壓和溫度下，只有干空氣密度的。大氣中水汽含量范圍在04，具有固、氣、液三態(tài)變化，它也是造成云、雨、雪、霧等天氣現(xiàn)象的主要物質(zhì)條件。4.雜質(zhì)：懸浮在空氣中的固體或液體微粒，主要包括塵埃、煙粒、細(xì)菌、病毒、花粉和微小鹽粒等。它們主要集中在大氣的低層，影響能見度，能吸收局部太陽(yáng)輻射，并對(duì)太陽(yáng)

4、輻射具有散射作用。在水汽相變過(guò)程中，雜質(zhì)可以作為凝結(jié)核。二、大氣垂直結(jié)構(gòu)大氣上界大氣很難定出上界，一般以物理現(xiàn)象發(fā)生的最高高度為上界。極光發(fā)生在高緯度不同高度上，最高到達(dá)1000-1200Km稱為大氣的物理上界。由衛(wèi)星探測(cè)的大氣上界為2000-3000Km。極光大氣垂直分層根據(jù)氣溫、水汽的垂直分布、大氣擾動(dòng)程度和電離現(xiàn)象等不同等特點(diǎn)，自下而上將大氣分為五個(gè)層次。P51. 對(duì)流層Troposphere：下界為地面，上界隨緯度和季節(jié)變化，平均厚度10-12公里。通常在高緯為6-8Km，中緯度10-12Km，低緯度17-18Km。夏季對(duì)流層的厚度比冬季高。對(duì)流層集中了大氣質(zhì)量的80和全部水汽，與人類

5、關(guān)系最為密切，大氣中幾乎所有的物理和化學(xué)過(guò)程都發(fā)生在該層。對(duì)流層具有三個(gè)主要特征。對(duì)流層中三個(gè)主要特征 氣溫隨高度而降低。平均幅度為-0.65/100m。 即 0.65/100m 稱為對(duì)流層中氣溫垂直遞減率。 具有強(qiáng)烈的對(duì)流和湍流運(yùn)動(dòng)。是引起大氣上下層動(dòng)量、熱量、能量和水汽等交換的主要方式。 氣象要素沿水平方向分布不均勻。如溫度、濕度等。根據(jù)大氣運(yùn)動(dòng)的不同特征通常將對(duì)流層分為：摩擦層(friction layer) ：摩擦層又稱邊界層，從地面到 高度。其厚度夏季高于冬季，白天高于夜間，大風(fēng)和擾動(dòng)強(qiáng)烈的天氣高于平穩(wěn)天氣。湍流輸送是該層的根本運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，多渦動(dòng)，各種氣象要素都有明顯的日變化。該層水汽

6、、雜子含量多，因而低云、霧、霾、浮塵等出現(xiàn)頻繁。 自由大氣(free atmosphere) ：摩擦層以上稱自由大氣。摩擦作用忽略不計(jì)，大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律比較簡(jiǎn)單和清楚。自由大氣的根本運(yùn)動(dòng)形式是層流，氣流多波狀系統(tǒng)。對(duì)流層頂：厚度約為1-2Km，溫度隨高度呈等溫或逆溫狀態(tài)。2. 平流層Stratosphere：厚度：自對(duì)流層頂?shù)酱蠹s55Km。特點(diǎn)：空氣主要是水平運(yùn)動(dòng)垂直運(yùn)動(dòng)弱；水汽含量少；3氣溫隨高度升高而遞增最初等溫，到2045Km氣溫突增，主要是臭氧吸收太陽(yáng)紫外線所致；4氣層穩(wěn)定利于飛機(jī)飛行。3. 中間層Mesosphere：厚度：自平流層頂?shù)?5Km左右。特點(diǎn)：1溫度隨高度升高迅速下降；2大約

7、在65 km處是電離層，白天強(qiáng)，夜間弱。4. 熱層Thermosphere：厚度：85-800Km。又叫電離層。 5. 逸散層Exosphere: 厚度： 800Km以上。地球大氣向宇宙空間逸散的過(guò)渡區(qū)域。第二節(jié) 氣溫 一、氣溫的定義和溫標(biāo)氣溫Air Temperature是大氣的重要狀態(tài)參數(shù)之一，是天氣預(yù)報(bào)的直接對(duì)象。氣溫的分布和變化與氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、大氣穩(wěn)定度以及云、霧、降水等天氣現(xiàn)象密切相關(guān)。1. 定義：氣溫是表示空氣冷熱程度的物理量。空氣的冷熱程度，實(shí)質(zhì)上是反映空氣分子運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能。當(dāng)空氣獲得熱量時(shí)，其分子運(yùn)動(dòng)的平均速度增大，平均動(dòng)能增加，氣溫升高。反之當(dāng)空氣失去熱量時(shí)，其分子運(yùn)動(dòng)平均

8、速度減小，平均動(dòng)能隨之減少，氣溫就降低。氣溫可以通過(guò)溫度表或溫度計(jì)直接測(cè)得。溫 標(biāo)2溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法稱溫標(biāo)。常用的溫標(biāo)有三種。 攝氏溫標(biāo) ：把水的冰點(diǎn)溫度定為0，沸點(diǎn)為100，多數(shù)非英語(yǔ)國(guó)家使用。 華氏溫標(biāo) ：水的冰點(diǎn)溫度定為32F，沸點(diǎn)212F。一些英語(yǔ)國(guó)家多使用。 攝氏與華氏的關(guān)系： 絕對(duì)溫標(biāo)(K氏溫標(biāo)) K：水的冰點(diǎn)溫度定為273K，沸點(diǎn)為373K由英國(guó)物理學(xué)家Kelvin提出。多用于理論計(jì)算。 關(guān)系： K273C二、太陽(yáng)、地面和大氣輻射輻射的根本特性在自然界中凡溫度高于絕對(duì)零度的物體均發(fā)出電磁波，電磁波按其波長(zhǎng)分為射線、X射線、可見光、紅外線和無(wú)線電波。溫度高，輻射強(qiáng)，多為短波；

9、溫度低，輻射弱，多為長(zhǎng)波。物體因放射輻射消耗內(nèi)能而使本身的溫度降低，同時(shí)又因吸收其它物體放射的輻射能并轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能而使本身的溫度增高。太陽(yáng)外表溫度約為6000K，輻射波長(zhǎng)4m，太陽(yáng)是 短波輻射。地面和大氣的溫度約為300K，放出長(zhǎng)波輻射4120m，稱長(zhǎng)波輻射。太陽(yáng)輻射是地球和大氣的唯一能量來(lái)源。三、空氣增熱和冷卻方式空氣的增熱和冷卻主要是非絕熱過(guò)程引起的，受下墊面的影響很大。下墊面是泛指不同性質(zhì)的地球外表。下墊面與空氣之間的熱量交換途徑有以下幾種：1. 熱傳導(dǎo)Conduction：空氣與下墊面之間，通過(guò)分子熱傳導(dǎo)過(guò)程交換熱量，又稱感熱。空氣是熱的不良導(dǎo)體。僅在貼近地面幾厘米以內(nèi)明顯，故通常不予考

10、慮。2.輻射Radiation：地氣系統(tǒng)熱量交換的主要方式。地面吸收太陽(yáng)短波輻射，放射出長(zhǎng)波輻射加熱大氣。如白天輻射增溫，夜間輻射冷卻。3.水相變化：水有液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)之間的變化。液體水蒸發(fā)，吸收熱量；水汽凝結(jié)放出熱量。一般下墊面水蒸發(fā)，吸收熱量；上空水凝結(jié)放出熱量。從而通過(guò)水相變化將下墊面的熱量傳給上層大氣。4.對(duì)流Convection) ：一般將垂直運(yùn)動(dòng)稱對(duì)流，對(duì)流又分熱力對(duì)流和動(dòng)力對(duì)流。由于空氣受熱不均引起有規(guī)那么的暖空氣上升冷空氣下沉稱熱力對(duì)流。由于動(dòng)力作用造成的對(duì)流運(yùn)動(dòng)稱動(dòng)力對(duì)流，如空氣遇山爬升等。5.平流Advection)：水平運(yùn)動(dòng)稱平流。平流是大氣中最重要的熱量傳輸方式，范圍

11、大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。如南風(fēng)暖、北風(fēng)寒、東風(fēng)濕、西風(fēng)干。平流是指某種物理量的水平輸送，如溫度平流、濕度平流等。6.湍流：又稱亂流Turbulence，是空氣不規(guī)那么的運(yùn)動(dòng)。湍流是摩擦層中熱量、能量和水汽交換的主要方式。綜上所知，空氣與下墊面之間的熱量交換是通過(guò)多種途徑進(jìn)行的。通常，地面與大氣之間的熱量交換以輻射為主，亂流和水相變化次之；各地空氣之間的熱量交換以平流為主。上下層空氣之間的熱量交換以對(duì)流和亂流為主。以上均為非絕熱過(guò)程。四、氣溫隨時(shí)間的變化大氣的熱量主要來(lái)自下墊面，所以氣溫具有與下墊面溫度類似的周期性變化。如冬寒夏暖、午熱晨涼反映了氣溫日、年變化的一般規(guī)律。1.氣溫的日變化 diurnal

12、 variation of temperature日變化:一天中氣溫有一個(gè)最低溫度和最高溫度。陸地上最低氣溫出現(xiàn)在日出前，最高氣溫夏季出現(xiàn)在1415點(diǎn)，冬季出現(xiàn)在1314點(diǎn)。海洋上最高值滯后陸地12小時(shí)。氣溫的日較差：一日中最高氣溫與最低氣溫之差。其大小與緯度、季節(jié)、下熱面性質(zhì)、海撥高度及天氣狀況有關(guān)。一般有：低緯高緯；陸上海上；夏季冬季；晴天陰天；低海撥高海撥。吐魯番海拔-154m，日較差大2.氣溫的年變化 annual variation of temperature年變化：一年中月平均氣溫有一個(gè)最高值和一個(gè)最低值。陸地：北半球:最高在七月份,最低在一月份。 南半球:最高在一月份,最低在七

13、月份。海洋：比陸地遲后一個(gè)月,即最高在八月,最低在二月年較差：一年中月平均最高氣溫與月平均最低氣溫之差。它與下熱面的性質(zhì)、緯度和海拔等有關(guān)。高緯低緯； 陸上海上； 海拔低海拔高五、氣溫的空間分布1.氣溫的水平分布海平面平均氣溫從赤道向高緯遞減，南半球等溫線大約與緯圈平行，北半球由于海陸分布不均勻，等溫線不與緯圈平行。 夏半球的等溫線比較稀疏，冬半球較密集冬季北半球的等溫線在大陸上大致凸向赤道，在海洋上大致凸向極地，而夏季相反。這是因?yàn)樵谕痪暥壬希敬箨憸囟缺群Ｑ鬁囟鹊?，夏季大陸溫度比海洋溫度高的緣故。北半球冬季大洋西部從低緯向東北方向伸出一個(gè)暖脊直達(dá)大洋東部中高緯海域。這是兩個(gè)強(qiáng)大暖流黑潮

14、、灣流所致。1月海平面平均氣溫分布溫度脊溫度脊灣流黑潮7月海平面平均氣溫分布“寒極和 “熱赤道 在南半球不管冬夏，最低氣溫均出現(xiàn)在南極地區(qū)，而在北半球只有夏季在北極，冬季在西伯利亞?wèn)|北部佛科揚(yáng)斯克和格陵蘭，稱為“寒極(Cold Pole)。 近赤道附近存在一個(gè)高溫帶,1月和7月平均氣溫均高于25，稱這個(gè)高溫帶稱為“熱赤道(Heat Equator)。平均在10N左右。全球平均氣溫為14.3 ，極端最高氣溫63 索馬里，極端最低氣溫-94 南極附近。五、氣溫的垂直分布在對(duì)流層中氣溫隨高度上升而降低,氣溫隨高度遞減的快慢可用氣溫垂直遞減率表示 ： = 0.65/100m式中： T 表示高度增加 Z

15、 時(shí)，相應(yīng)的氣溫變化量。 Z 的單位通常取100m.負(fù)號(hào)表示氣溫隨高度增加而減小。通常0。當(dāng)=0時(shí)表示等溫。 當(dāng)0時(shí)表示逆溫。逆溫既在某一氣層中，氣溫隨高度增加而升高。 第三節(jié) 氣 壓 (Atmosphere Pressure)一、氣壓概述1.氣壓與天氣氣壓與天氣之間有著密切的關(guān)系，有時(shí)稱氣壓表為晴雨表。如高壓控制下是，晴朗、少云、微風(fēng)好天氣；低壓控制下是陰雨、大風(fēng)和低能見度壞天氣。2.氣壓的定義和單位氣壓：指單位截面積上大氣柱的重量稱大氣壓強(qiáng)，簡(jiǎn)稱氣壓。在標(biāo)準(zhǔn)情況下即氣溫為0，緯度為45的海平面上，760mm水銀柱高的大氣壓稱一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，等于1013.25hPa(百帕)(hecto-pa

16、scal)。 w/sghs/sgh 大氣壓強(qiáng)公式 ：氣壓 ：水銀密度; ：水銀柱高度; ：重力加速度; ：水銀柱截面積; ghs 水銀柱重量。1hPa=3/4mmHg 1mmHg=4/3hPa 1mb=1hPa 二、氣壓的變化1.影響氣壓變化的因素?zé)崃σ蛩兀簻囟雀?，空氣受熱膨脹，空氣密度變小，氣壓下降；溫度低，空氣冷卻收縮，空氣密度變大，氣壓升高。動(dòng)力因素：包括水平氣流的輻合和輻散、空氣密度變化和空氣的垂直運(yùn)動(dòng)。氣流水平輻合時(shí)，空氣聚積，產(chǎn)生空氣的堆積，導(dǎo)致氣壓上升；水平輻散時(shí)，空氣離散，產(chǎn)生空氣的擴(kuò)散，導(dǎo)致氣壓下降。 根據(jù)氣壓的定義，隨著高度的增加，氣柱變短，空氣密度變小，氣壓減小。在海平面

17、上氣壓最大約1000hPa，到大氣上界減為零。下表給出了氣象上所用各標(biāo)準(zhǔn)等壓面所對(duì)應(yīng)的高度。大氣靜力方程為了表達(dá)氣壓隨高度變化的定量關(guān)系。假設(shè)：大氣處于靜止?fàn)顟B(tài)。 -p=w=Zsg=gZs p = -gZ p/Z = -g (靜力方程)公式說(shuō)明：在靜力平衡下，氣壓隨高度的變化主要取決于空氣密度。單位氣壓高度差單位氣壓高度差：h=-Z/p=1/g=RT/Pg =80001+t/P其中2 , R=287m2/s2 ,T=273(1+t),=1/273 P0=P1+H/h P0海平面氣壓，P1本站氣壓，H 船臺(tái)距海面高度， h氣壓高度差。當(dāng)溫度為0，氣壓為1000hpa時(shí)，h=8m/hPa。 海平面

18、氣壓=本站氣壓高度訂正。3.氣壓隨時(shí)間的變化日變化(diurnal variation of pressure) ：氣壓的日變化以12h為周期，一日內(nèi)有兩個(gè)高值和兩個(gè)低值。最高值：上午9-10時(shí)；次高值：晚間21-22時(shí)。最低值：下午15-16時(shí)；次低值：凌晨3-4時(shí)。最高和最低與氣溫的變化有關(guān)，日變化低緯大于高緯。氣壓的日變化氣壓的年變化(annual variation of pressure) : 氣壓的年變化隨緯度增大而增大，在中高緯度最明顯，概括為以下幾種類型：大陸型：冬季氣壓高，夏季氣壓低，年較差大。海洋型：冬季氣壓低，夏季氣壓高，年較差小。高山型：最高值出現(xiàn)在夏季，最低值出現(xiàn)在冬

19、季。三、海平面氣壓場(chǎng)的根本形式1. 低壓Low Pressure，Depression：由閉合等壓線圍成，中心氣壓比周圍低的系統(tǒng)。空間等壓面向下凹，形如盆地。2. 高壓High Pressure:由閉合等壓線圍成,中心氣壓比周圍高的系統(tǒng)?？臻g等壓面向上凸起，形似山丘。3.低壓槽和槽線Trough：由低壓向外延伸出來(lái)的狹長(zhǎng)區(qū)域，或一組未閉合的等壓線向氣壓較高的一方凸出的局部，簡(jiǎn)稱槽。在低壓槽中各條等壓線曲率最大處的連線，稱槽線(Trough- Line)。空間等壓面類似山谷。槽線4.高壓脊和脊線Ridge：由高壓向外延伸出來(lái)的狹長(zhǎng)區(qū)域，或一組未閉合的等壓線向氣壓較低的一方凸出的局部，簡(jiǎn)稱脊，脊中

20、曲率最大點(diǎn)的連線稱脊線(Righe Line)?？臻g等壓面類似山脊。脊線5. 鞍形區(qū)：相對(duì)兩高壓和兩低壓組成的中間區(qū)域，簡(jiǎn)稱鞍。6. 低壓帶 ：兩高壓之間的狹長(zhǎng)區(qū)域。7. 高壓帶：兩低壓之間的狹長(zhǎng)區(qū)域。四、氣壓梯度 (pressure gradient)定義：在水平方向上單位距離內(nèi)氣壓的改變量稱水平氣壓梯度，用 -P/n 表示。方向：垂直于等壓線，由高壓指向低壓。其物理意義表示了由于空間水平氣壓分布不均勻而作用在單位體積空氣上的力。大?。喝Q于等壓線的疏密程度。等壓線愈密，-P/n愈大，風(fēng)力愈大，反之亦然。單位：百帕/赤道度。 1赤道度111 Km60 第四節(jié) 空氣水平運(yùn)動(dòng)-風(fēng) Wind)一、

21、概述定義: 空氣相對(duì)于下墊面的水平運(yùn)動(dòng)，稱為風(fēng)Wind) 。它是矢量，有大小和方向。風(fēng)速(Wind Speed)：風(fēng)速是指單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上的位移。單位有：m/s、Km/h、n mile/h、Kn(節(jié))等。它們的關(guān)系： ； ； ； 1m/s2Kn風(fēng)向Wind Direction：風(fēng)向是指風(fēng)的來(lái)向，常用16個(gè)方位(E W S N NE SE NW SW NNE ENE ESE SSE SSW WSW WNW NNW)或度數(shù)(0360)來(lái)表示。風(fēng)級(jí)(Wind Scale)：根據(jù)風(fēng)對(duì)地面或海面的影響程度又劃出風(fēng)力等級(jí)。目前國(guó)際上采用的風(fēng)力等級(jí)從012共13個(gè)等級(jí)，參見?風(fēng)力等級(jí)表?(Beau

22、fort Scale of Wind Force) P23。我國(guó)現(xiàn)采用17個(gè)等級(jí)。風(fēng)壓(Wind Pressure)：風(fēng)壓是指與風(fēng)向垂直的單位面積所受的壓力。近似表示為2。風(fēng)的陣性和日、年變化陣性：在摩擦層中，由于湍流作用，風(fēng)表現(xiàn)為忽大忽小的陣性。實(shí)際上風(fēng)的陣性就是小尺度的湍渦迭加在大型流場(chǎng)上造成的結(jié)果。因此在測(cè)風(fēng)時(shí)，要求取其平均值。一日內(nèi)陣性最強(qiáng)在午后，一年中陣性最強(qiáng)在夏季。日變化：通常在近地面午后風(fēng)速大，夜間清晨風(fēng)速小。風(fēng)的日變化幅度，晴天比陰天大，夏季比冬季大，陸地比海洋大。年變化：因地而異。二、 作用于大氣的力和運(yùn)動(dòng)方程一、作用在空氣微團(tuán)上的力重力(gravity)；大小為2，方向向下

23、，指向地心。水平氣壓梯度力(pressure gradient force): 由于作用在單位質(zhì)量空氣上的壓力在水平方向上分布不均勻，引起氣壓梯度力。Gn表示。 大小為： ； 方向：垂直等壓線從高壓指向低壓。 (1) Gn與成反比， Gn與氣壓梯度 成正比。 (2) 一定時(shí)， 大，等壓線密集， Gn大。 (3) 一定時(shí)，大，空氣濃密，Gn小。 (4) 假設(shè) =0, 兩地沒(méi)有氣壓差 Gn=0 無(wú)風(fēng)。Gn是使空氣產(chǎn)生水平運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)力。水平地轉(zhuǎn)偏向力(deflection force of earth rotation) 由于地球自轉(zhuǎn),作用在運(yùn)動(dòng)物體上產(chǎn)生使運(yùn)動(dòng)物體發(fā)生偏轉(zhuǎn)的力，稱地轉(zhuǎn)偏向力，又稱可

24、科利奧里力(Coriolis force)或科氏力。An大小為：An = 2Vsin =7.29210-5/s :地轉(zhuǎn)角速度 V:風(fēng)速 :緯度方向：北半球，恒垂直于物體運(yùn)動(dòng)方向的右側(cè)90度，南半球相反.討論：(1) An是物體相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)才產(chǎn)生的，靜止物體不受其作用。(2) An是虛擬力， 只改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度。(3) An在北半球恒垂直于物體運(yùn)動(dòng)的右方，南半球相反。(4) An與sin成正比，兩極最大，赤道上為零 。慣性離心力Centeifugal Force C 指物體在作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的一種虛擬力。 大?。号c向心力相等 。 表達(dá)式：C = V2/r 方向：與向心力相反。 r

25、為曲率半徑摩擦力Friction Force R 運(yùn)動(dòng)物體受下墊面摩擦作用所產(chǎn)生的力。 表達(dá)式： R = -V 方向與運(yùn)動(dòng)物體相反。 式中V為物體運(yùn)動(dòng)速度；為摩擦系數(shù)三、自由大氣中典型的水平平衡運(yùn)動(dòng)1.地轉(zhuǎn)風(fēng)(Geostrophic Wind)在自由大氣中,當(dāng)水平氣壓梯度力和水平地轉(zhuǎn)偏向力到達(dá)平衡時(shí)(G=A)，空氣沿等壓線作無(wú)磨擦的直線運(yùn)動(dòng)，稱地轉(zhuǎn)風(fēng)。地轉(zhuǎn)風(fēng)地轉(zhuǎn)風(fēng)風(fēng)速公式：1Vg與水平氣壓梯度成正比，即等壓線密集，Vg大。2Vg與空氣密度成反比，氣壓梯度一定時(shí)，高空的Vg大于 低空的Vg。3Vg與緯度的正弦成反比，低緯Vg大于高緯Vg。4赤道及其附近不遵守地轉(zhuǎn)風(fēng)原那么。在北半球自由大氣中，風(fēng)沿

26、等壓線吹，測(cè)者背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。在南半球自由大氣中，風(fēng)沿等壓線吹，測(cè)者背風(fēng)而立，高壓在左，低壓在右。它明確地揭示了氣壓場(chǎng)與風(fēng)場(chǎng)之間的關(guān)系。風(fēng)壓定律 (Buysballots law)北半球地轉(zhuǎn)風(fēng)南半球地轉(zhuǎn)風(fēng)地轉(zhuǎn)風(fēng)速計(jì)算方法 在海圖上，取一個(gè)緯距 n111Km=60 n mile，當(dāng)P=1hPa，=1293g/m3，=7.2910-5s-1； 那么： m/s當(dāng)P1hPa時(shí)， m/s 2.梯度風(fēng) (Gradient Wind)定義: 在自由大氣中，當(dāng)水平氣壓梯度力、地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力到達(dá)平衡時(shí)，空氣沿等壓線作水平、無(wú)摩擦、等速作曲線運(yùn)動(dòng)。在自由大氣中，空氣的水平圓周運(yùn)動(dòng)稱為梯度風(fēng)G

27、radient Wind。梯度風(fēng)可以看成是水平氣壓梯度力、水平地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力三者平衡時(shí)的水平運(yùn)動(dòng)。即:低壓氣旋中的梯度風(fēng)北半球在低壓區(qū)氣旋中風(fēng)繞中心逆時(shí)針?lè)较虼?，氣壓梯度力沿半徑指向中心，地轉(zhuǎn)偏向力和慣性離心力都沿半徑指向外緣。三力平衡時(shí) 或低壓中梯度風(fēng)低壓氣旋中的梯度風(fēng) 那么式中 Vc 表示低壓中的梯度風(fēng)速，解這個(gè)以 Vc 為未知數(shù)的一元二次方程，得：根號(hào)前應(yīng)取正號(hào)才有意義。高壓反氣旋中的梯度風(fēng)根號(hào)前應(yīng)取負(fù)號(hào)才有意義。氣壓梯度和梯度風(fēng)的大小受反氣旋曲率限制。曲率愈大r愈小，氣壓梯度愈小，梯度風(fēng)也小。反之相反。高壓中梯度風(fēng)氣旋和反氣旋的梯度風(fēng)公式：低壓高壓高壓中此為高壓梯度風(fēng)速的極限值

28、梯度風(fēng)的討論1最大水平氣壓梯度的分布，高壓邊緣較大，越近中心越小。曲率小處等壓線密集，曲率大處等壓線稀疏。2緯度越高，空氣密度越大，水平氣壓梯度最大可能值越大。冬季，中高緯陸上高壓等壓線密。3高壓邊緣風(fēng)速較大，中心風(fēng)速小或無(wú)風(fēng)。4中高緯度高壓風(fēng)速較大，低緯度高壓風(fēng)速較小。梯度風(fēng)仍遵守風(fēng)壓定律。三、摩擦層中的風(fēng) (Friction Layer Wind)在地面天氣圖上，由于地面的摩擦作用，實(shí)際風(fēng)不沿等壓線吹，而與等壓線存在一個(gè)交角，并偏向低壓。此時(shí)的平衡為:地面實(shí)際風(fēng)比地轉(zhuǎn)風(fēng)小，方向偏低壓一側(cè)。摩擦層中的風(fēng)摩擦層中的風(fēng)地轉(zhuǎn)風(fēng)摩擦層中的風(fēng)壓定律在北半球摩擦層中，風(fēng)斜穿等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在右前

29、方，低壓在左前方。在南半球高壓在左前方，低壓在右前方。由于摩擦力的作用，北半球，低壓中風(fēng)斜穿等壓線以逆時(shí)針?lè)较蛳蛑行妮椇?，高壓中的風(fēng)斜穿等壓線以順時(shí)針?lè)较蛳蛲廨椛?。北半球摩擦層中低壓和高壓的氣流在摩擦層中，地面?shí)際風(fēng)與等壓線的夾角取決于下墊面的粗糙度、大氣穩(wěn)定度和緯度。通常在中緯度陸地上夾角為35-45，海面上為10-20。在陸地上實(shí)際風(fēng)速約為相應(yīng)地轉(zhuǎn)風(fēng)速的1/3-1/2(35-50 )，在海上約為地轉(zhuǎn)風(fēng)速的3/5-2/3(60-70 )。在氣壓梯度不隨高度變化的前提下，風(fēng)隨高度的變化主要取決于摩擦力隨高度的變化。在北半球，風(fēng)速隨高度增大，風(fēng)向逐漸右偏；在南半球，風(fēng)速隨高度增大，風(fēng)向逐漸左偏。

30、 實(shí)際風(fēng)向確實(shí)定和風(fēng)隨高的變化風(fēng)隨高度的變化地轉(zhuǎn)風(fēng)地面風(fēng)四、地形動(dòng)力作用對(duì)風(fēng)的影響當(dāng)氣流遇到孤立的山峰與島嶼時(shí)，有繞山峰兩側(cè)而過(guò)的現(xiàn)象，并且在迎風(fēng)面風(fēng)速增強(qiáng)，在背風(fēng)面風(fēng)速減弱。在背風(fēng)面還會(huì)產(chǎn)生氣旋式和反氣旋式渦流，如下圖。 山脈的阻擋作用和繞流，使實(shí)際風(fēng)向與根據(jù)大范圍氣壓場(chǎng)確定的風(fēng)向之間可能發(fā)生顯著偏差，其差值可達(dá)900，甚至1800。因此在背風(fēng)面常形成低壓或低壓槽。繞流和阻擋作用繞流岬角效應(yīng)因陸地如山脈盡頭或半島附近向海中突出造成氣流輻合，流線密集，風(fēng)力明顯增強(qiáng)，稱為岬角效應(yīng)，如下圖。如南非的好望角，是個(gè)令航海者生畏的地方，因岬角效應(yīng)而助長(zhǎng)了那里的狂風(fēng)惡浪。我國(guó)山東半島的成山頭附近海面，偏北

31、風(fēng)通常比周圍要大12級(jí)左右，有中國(guó)“好望角之稱。岬角效應(yīng)海岸效應(yīng) 因摩擦作用，當(dāng)氣流沿海岸線方向流動(dòng)時(shí)，如果陸地在氣流方向的右側(cè)，流線會(huì)變密，氣流增強(qiáng)；反之，如果陸地在氣流方向的左側(cè)，流線會(huì)變疏，氣流減弱。如下圖。第五節(jié) 大氣環(huán)流General Circulation大氣環(huán)流：一般是指具有全球性、大范圍空的氣運(yùn)行現(xiàn)象。它的水平尺度在數(shù)千公里，垂直尺度在十公里以上，時(shí)間尺度大于24小時(shí)。大氣環(huán)流反映了大氣運(yùn)動(dòng)的根本狀態(tài)和根本特征，是各種不同尺度天氣系統(tǒng)活動(dòng)的根底。同時(shí)也是氣候形成和演變的重要背景條件。一、影響大氣環(huán)流的主要因子：太陽(yáng)輻射、地球自轉(zhuǎn)、海陸分布不均勻和高大地形等因素影響。1.太陽(yáng)輻射

32、單圈環(huán)流假設(shè)：地球是靜止的，下墊面性質(zhì)均一。只考慮太陽(yáng)輻射隨緯度的不均勻性，赤道低緯由于空氣受熱垂直上升，極地高緯冷卻下沉，高層空氣由赤道流向極地，低層空氣由極地流向赤道，從而產(chǎn)生了一個(gè)簡(jiǎn)單的一圈環(huán)流，稱單圈環(huán)流。2.地球自轉(zhuǎn)三圈環(huán)流假設(shè)：下墊面性質(zhì)均一。在太陽(yáng)輻射隨緯度不均勻和地球自轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)偏向力二個(gè)因子的作用下，從赤道到極地形成三圈環(huán)流，即赤道環(huán)流哈德萊環(huán)流、極地環(huán)流和中間環(huán)流費(fèi)雷爾環(huán)流。極地環(huán)流赤道環(huán)流中間環(huán)流極鋒二、氣壓帶和行星風(fēng)帶氣壓帶：赤道低壓帶，副熱帶高壓帶，副極地低壓帶和極地高壓，南北半球?qū)ΨQ。風(fēng)帶：赤道無(wú)風(fēng)帶，信風(fēng)帶，副熱帶無(wú)風(fēng)帶，西風(fēng)帶和極地東風(fēng)帶，南北半球?qū)ΨQ。氣壓帶1.赤

33、道低壓帶Equatorial Low平均位于南北緯10范圍內(nèi)，隨季節(jié)南北移動(dòng)。2.副熱帶高壓帶(Horse Latitudes)平均位于南北緯30附近。3.副極地低壓帶(Subpolar Low)平均位于南北緯60附近。4.極地高壓(Polar High)位于兩極附近。風(fēng) 帶1. 赤道無(wú)風(fēng)Doldrums平均位于南北緯10范圍內(nèi)。特征：對(duì)流旺盛、平流微弱、云量多、溫高、濕大、多雷雨、風(fēng)微弱不定向，位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。2信風(fēng)帶Trades Wind Zone位于副熱帶高壓帶與赤道低壓帶之間，平均位置在南北緯10-28附近。北半球吹東北信風(fēng)，南半球吹東南信風(fēng)。特征：風(fēng)向常年穩(wěn)定少變，風(fēng)力一般34級(jí)

34、，天氣晴朗，大洋西部降水較多，位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。3. 副熱帶無(wú)風(fēng)帶Horse Latitudes位于信風(fēng)帶和西風(fēng)帶之間，平均位于南北緯30附近。特征：內(nèi)部多下沉氣流，天氣晴朗、少云、微風(fēng)、陸上枯燥、海上潮濕，位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。信風(fēng)帶盛行西風(fēng)帶副熱帶無(wú)風(fēng)帶赤道無(wú)風(fēng)帶極地風(fēng)帶4盛行西風(fēng)帶Westerlies位于副熱帶高壓帶與副極地低壓帶之間，在南北緯30-60之間。大氣主要自西向東運(yùn)動(dòng)，北半球主要為 SW風(fēng)，南半球?yàn)镹W風(fēng)。特征：此區(qū)域氣旋活動(dòng)頻繁，天氣十分復(fù)雜，常有大風(fēng)和雷雨，風(fēng)速較大，南半球在此范圍內(nèi)，除南美尖端外幾乎沒(méi)有陸地，常年盛行強(qiáng)勁的西風(fēng)，7級(jí)以上的大風(fēng)頻率每月可達(dá)10天以上，故有

35、“咆哮西風(fēng)帶之稱。位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。5極地東風(fēng)帶Polar Easterlies位于南北緯60-90之間，北半球吹NE風(fēng)，南半球吹SE風(fēng)。 三、海平面平均氣壓場(chǎng)根本特征冬季：北半球受四個(gè)大范圍的氣壓系統(tǒng)又稱大氣活動(dòng)中心控制，它們是阿留申低壓，冰島低壓，蒙古高壓和北美高壓。蒙古高壓前部的偏北氣流就是亞洲穩(wěn)定的冬季季風(fēng)。南半球在南太平洋，南大西洋和南印度洋分別是三個(gè)高壓中心，在南非，澳大利亞和南美大陸上是熱低壓組成的低壓帶。夏季：北半球的大氣活動(dòng)中心有印度低壓，北美低壓，太平洋副高和大西洋副高，同時(shí)冰島低壓和阿留申低壓明顯減弱，范圍大大縮小。南半球大陸上的高壓加強(qiáng)伸展，在副熱帶緯度上，高壓帶環(huán)繞

36、全球。春秋兩季屬于過(guò)渡季節(jié)，北半球春季，原有的四個(gè)大氣活動(dòng)中心減弱，副熱帶高壓開始增強(qiáng)。1月海平面平均氣壓場(chǎng)冰島低壓北美高壓西伯利亞高壓阿留申低壓7月海平面平均氣壓場(chǎng)北大西洋副高(亞速爾高壓)北美低壓北太平洋副高(夏威夷高壓)印度低壓大氣活動(dòng)中心(Atmospheric Center of Action)永久性大氣活動(dòng)中心：指常年存在的大范圍氣壓區(qū)。如赤道低壓帶、海上副熱帶高壓、南極高壓、 冰島低壓、阿留申低壓和南半球副極地低壓帶。半永久性大氣活動(dòng)中心：指大范圍的氣壓區(qū)隨季節(jié)改變。如蒙古高壓、北美高壓、印度低壓、北美低壓、澳大利亞高壓、南美高壓、非洲高壓、澳大利亞低壓、南美低壓和非洲低壓。影響

37、我國(guó)天氣和氣候的大氣活動(dòng)中心主要有：西伯利亞高壓、阿留申低壓、西太平洋副高、印度低壓。大氣活動(dòng)中心的季節(jié)變化必然引起大氣環(huán)流的季節(jié)變化，而大氣活動(dòng)中心的短期變化對(duì)大范圍的天氣造成重大影響，它們是制作天氣預(yù)報(bào)的背景條件。四、 季風(fēng)環(huán)流Monsoons季風(fēng)定義：大范圍風(fēng)向隨季節(jié)而有規(guī)律改變的盛行風(fēng)。要求盛行風(fēng)的方向至少改變120，盛行風(fēng)頻率 40。1、季風(fēng)的成因Formation of Monsoons：海陸季風(fēng)(Sea-Land Monsoon)：由海陸之間熱力異差引起的風(fēng)系，隨季節(jié)有極明顯的變化，稱海陸季風(fēng)。行星季風(fēng)(Plantary Monsoon)：由于行星風(fēng)帶隨季節(jié)移動(dòng)而引起的風(fēng)系變化，

38、典型代表是南亞季風(fēng)。青藏高原的地形作用：青藏高原在夏季的熱源作用和冬季的冷源作用對(duì)維持和加強(qiáng)南亞季風(fēng)起了重要的作用。季風(fēng)的分布季風(fēng)主要分布在南亞、東亞、東南亞和赤道非洲四個(gè)區(qū)域。2、東亞季風(fēng)成因: 主要是由于海陸間的熱力差異引起的。范圍：我國(guó)大局部地區(qū)，朝鮮半島和日本附近洋面。冬季風(fēng)特征：蒙古高壓盤踞亞洲大陸，寒潮和冷空氣不斷爆發(fā)南下，高壓前緣的偏北風(fēng)成為東亞的冬季風(fēng)。我國(guó)大部、朝鮮半島和日本附近洋面吹西北風(fēng)，東海南部、南海、臺(tái)灣海峽吹東北風(fēng)，風(fēng)力均在5-6級(jí)，最大可達(dá)8-9級(jí)或以上。夏季風(fēng)特征：陸地是印度低壓亞洲低壓，海上是西太平洋副熱帶高壓。我國(guó)東部沿海、朝鮮、日本吹東南風(fēng)；南海、臺(tái)灣海峽

39、、菲律賓附近洋面吹西南風(fēng)。風(fēng)力一般3-4級(jí)。季風(fēng)的天氣氣候特征：夏季風(fēng)：高溫、潮濕、多陰雨，來(lái)臨慢； 冬季風(fēng)：大風(fēng)、降溫、干冷,來(lái)臨快、強(qiáng)度大。冬季風(fēng)大于夏季風(fēng)。東亞季風(fēng)西伯利亞高壓阿留申低壓印度低壓北太平洋副高3.南亞季風(fēng) (印度季風(fēng))成因：主要是南半球東南信風(fēng)帶北移引起的，也有海陸間的熱力差異和大地形青藏高原的作用。范圍：東非、西南亞、南亞、中印半島一帶，又稱印度季風(fēng)。夏季風(fēng)特征：由南半球東南信風(fēng)越過(guò)赤道，在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下，變?yōu)槲髂巷L(fēng)，迭加上印度低壓南側(cè)的西南風(fēng)。另外還有高原的阻擋作用，印度半島岬角作用，強(qiáng)勁的西南風(fēng)，7-8月份風(fēng)力常達(dá)8-9級(jí)以上，并伴有雷雨。9-10月份開始減弱，阿

40、拉伯海的風(fēng)大于孟加拉灣，尤其是索科特拉島南側(cè)的北印度洋，西南風(fēng)特別大，是世界上最著名的狂風(fēng)惡浪海區(qū)之一。冬季風(fēng)特征：行星風(fēng)帶南移，亞洲大陸高壓強(qiáng)大，其南部的東北風(fēng)成為南亞的冬季風(fēng)。北印度洋吹東北風(fēng)，風(fēng)力一般為3-4級(jí)，是航海的“黃金季節(jié)。季風(fēng)轉(zhuǎn)換時(shí)間：5月冬季風(fēng)轉(zhuǎn)夏季風(fēng)；10月夏季風(fēng)轉(zhuǎn)冬季風(fēng)。3、其他地區(qū)的季風(fēng)北澳、印尼和伊里安的季風(fēng)：冬季南半球東南風(fēng)，夏季西北風(fēng)。由于信風(fēng)帶的移動(dòng)引起。西非的季風(fēng)：塞內(nèi)加爾到塞拉利昂沿岸，夏季西南季風(fēng)，潮濕多雨；冬季東北季風(fēng)，枯燥少雨。北美與南美的季風(fēng)：北美冬季西北風(fēng)，夏季西南風(fēng)。南美巴西東岸，7月份為東南風(fēng)，1月份那么為東北風(fēng)或東風(fēng)。五、局地環(huán)流地方性風(fēng)Lo

41、cal wind 1.海陸風(fēng)(Sea and Land Breeze)在海岸附近，由于海陸間熱力差異的日變化引起的。白天：風(fēng)從海洋吹向陸地稱海風(fēng)；夜間：風(fēng)從陸地吹向海洋稱陸風(fēng)。海風(fēng)陸風(fēng)，主要出現(xiàn)在中低緯度，氣溫日較差較大，多在夏季晴朗天氣條件下。2.山谷風(fēng)(Mountain and Valley Breeze) 在山區(qū)，由于山峰山谷的溫度差異產(chǎn)生的局地環(huán)流。白天：風(fēng)從山谷吹向山頂稱谷風(fēng)；夜間：風(fēng)從山頂吹向山谷稱山風(fēng)，谷風(fēng)山風(fēng)。在我國(guó)海陸風(fēng)和山谷風(fēng)均盛行的港口是連云港和秦皇島。3.峽谷風(fēng)當(dāng)氣流從開闊地區(qū)吹進(jìn)峽口時(shí)，形成的強(qiáng)風(fēng)。如臺(tái)灣海峽、直布羅陀海峽等。“峽管效應(yīng)4.布拉風(fēng)Bora從山地或高原經(jīng)

42、過(guò)低矮隘道向下傾落寒冷而又枯燥的風(fēng)暴，稱布拉風(fēng)。典型的布拉風(fēng)出現(xiàn)在黑海的冬季，其破壞力很大，最大平均風(fēng)速可達(dá)40m/s60m/s，氣溫可迅速降低到-27 ，可造成嚴(yán)重的“船舶積冰。類似現(xiàn)象在土耳其沿海和亞得利亞海均可出現(xiàn)。其它地方性風(fēng)甚多。見P44表1-7第六節(jié) 大氣濕度一、濕度的定義和表示方法濕度(Humidity：是表示大氣中水汽含量多少或空氣潮濕程度的物理量。大氣中的水汽是形成云、霧和降水等天氣現(xiàn)象的主要因子，同時(shí)對(duì)船運(yùn)貨物是否受潮變質(zhì)有很大的影響。通常表示大氣濕度的物理量有以下幾種。絕對(duì)濕度(absolute humidity) a ：?jiǎn)挝惑w積空氣中所含水汽的質(zhì)量實(shí)際上就是水汽密度。單

43、位為 g/cm3，g/m3。它直接表示空氣中含水汽的多少，絕對(duì)濕度大，水汽含量多，絕對(duì)濕度小，水汽含量少。絕對(duì)濕度不能直接測(cè)量，一般通過(guò)查算獲得。水汽壓vapour pressure e ：指大氣中水汽所引起的那局部壓強(qiáng)稱水汽壓。單位與氣壓相同。它表示空氣中水汽含量的多少，水汽壓大，水汽含量多，水汽壓小，水汽含量少。水汽壓也不能直接測(cè)得，查算獲得。飽和水汽壓saturation vapour pressureE: 指空氣到達(dá)飽和時(shí)的水汽壓。飽和空氣中的水汽壓是溫度的函數(shù)，即 E=E(T)，隨著溫度的升高而增大。它表示空氣“吞食水汽的能力，不反映空氣中水汽含量的多少。相對(duì)濕度 relative

44、humidity f ：指空氣中的實(shí)際水汽壓(e)與同溫度下的飽和水汽壓的百分比，即：f=e/E100。 當(dāng) f100 未飽和；當(dāng) f=100飽和；當(dāng)f100過(guò)飽和。它表示空氣距離飽和的程度，不直接反映空氣中水汽含量的多少。露點(diǎn) (dew point) td ：指空氣中水汽含量不變且氣壓一定時(shí),降低溫度使其空氣到達(dá)飽和時(shí)的溫度，稱為露點(diǎn)溫度。單位與氣溫相同。它表示空氣中水汽含量的多少，水汽含量多，露點(diǎn)高;水汽含量少,露點(diǎn)低。通常以e為引數(shù)查算獲得。 溫度露點(diǎn)差 (t-td ) ：它的大小反映空氣距離飽和程度。t-td=0 飽和；t-td0 未飽和； t-td愈大，f愈小。另外，假設(shè)濕球溫度趨于

45、干球溫度，說(shuō)明相對(duì)濕度大，一般有霧或降水。二、大氣中水汽的分布大氣中的水汽主要來(lái)自下墊面的蒸發(fā)，水汽的凝結(jié)或凝華改變水汽的含量，其分布是不均勻的。垂直分布：絕對(duì)濕度隨高度的增加而迅速減小。在2公里高度處缺乏地面的1/2，5公里處減到地面1/10，90%的水汽集中在3公里以下的低層大氣中。水平分布：絕對(duì)濕度的水平分布與氣溫的水平分布根本一致。它與下墊面性質(zhì)如海面、陸地、沙漠、冰面等關(guān)系密切。赤道地區(qū)大，隨緯度的增高而遞減。三、濕度的日年變化水汽壓的日年變化：日變化與氣溫的一致，最高值出現(xiàn)在午后，最低值在清晨。年變化與氣溫的年變化相似，最高值出現(xiàn)在78月份，最低值出現(xiàn)在12月份。絕對(duì)濕度的日年變化

46、：日變化與溫度的日變化一樣，最高值出現(xiàn)在午后，最低值出現(xiàn)在清晨。年變化與溫度的年變化趨勢(shì)一致，極大值出現(xiàn)在夏季7月，8月，極小值出現(xiàn)在冬季1月，2月。相對(duì)濕度的日年變化：日變化與氣溫的日變化相反，最大值在清晨，最小值在午后。相對(duì)濕度的年變化在季風(fēng)盛行時(shí)，夏季大冬季小，而內(nèi)陸相反。四、大氣中水汽凝結(jié)途徑水汽含量不變降低溫度:大氣存在許多冷卻過(guò)程可以降低溫度，除上升運(yùn)動(dòng)中的絕熱冷卻外，還有輻射冷卻、平流冷卻、亂流冷卻和接觸冷卻等過(guò)程。氣溫不變?cè)黾铀?增加水汽的途徑主要是蒸發(fā)，如水面蒸發(fā)和云雨滴在下降過(guò)程中的蒸發(fā)等。蒸發(fā)量的大小主要取決于水面上空氣的飽和差Ew-e和風(fēng)速的大小。飽和差和風(fēng)速越大時(shí),

47、蒸發(fā)量越大。兩者同時(shí)作用:假設(shè)增加水汽和降低溫度同時(shí)進(jìn)行，將加速凝結(jié)過(guò)程。濕度與貨運(yùn)某些海上運(yùn)輸貨物因受潮而遭受貨損。貨損的原因是貨艙“出汗和貨物“出汗，前者水滴凝結(jié)于艙頂、艙壁，而后者水滴凝結(jié)于貨物上。一般而言，假設(shè)艙內(nèi)溫度低于艙外露點(diǎn)，最好不要通風(fēng)；假設(shè)艙內(nèi)溫度高于艙外露點(diǎn)，有必要開艙通風(fēng)。第八節(jié) 云和降水(Cloud and Precipitation)一、云定義：云是由大量的小水滴、小冰晶或兩者混合物組成的懸浮在空中的可見聚合體。云不僅可以反映當(dāng)時(shí)天氣狀況，同時(shí)也可預(yù)示未來(lái)天氣，“看云識(shí)天就是這個(gè)道理。云層能阻擋太陽(yáng)和大氣輻射，影響氣溫和風(fēng)的日變化；某些云能產(chǎn)生陣性大風(fēng)、雷雨、冰雹、龍

48、卷等惡劣天氣。云的形成條件：水汽條件：充足的水汽使空氣到達(dá)飽和狀態(tài)。冷卻條件：上升運(yùn)動(dòng)促使未飽和的空氣絕熱上升降溫到達(dá)飽和狀態(tài)。凝結(jié)核：可以促使水汽在一定溫度下凝結(jié)長(zhǎng)大。 故此， 上升運(yùn)動(dòng)水汽條件云形成； 下沉運(yùn)動(dòng)云消散。云的物理分類按照大氣中上升運(yùn)動(dòng)的不同特點(diǎn)，將云分為積狀云、層狀云和波狀云。積狀云：由不穩(wěn)定層結(jié)的自由對(duì)流開展而形成的云。積狀云是大氣層結(jié)不穩(wěn)定作用的產(chǎn)物，所以又稱對(duì)流云。特點(diǎn)：塊狀，孤立分散，垂直開展的云塊，底部水平，頂部隆起呈圓弧狀，云內(nèi)不穩(wěn)定，水平范圍小。種類：積云(Cu)、積雨云(Cb)和卷云(Ci)。晴天陣雨雷雨大風(fēng)冰雹層 狀 云層狀云：在穩(wěn)定大氣層結(jié)中，由系統(tǒng)性的抬

49、升運(yùn)動(dòng)而形成的云。如暖鋒抬升作用。特點(diǎn)：均勻成層，呈薄幕狀，水平范圍大，云頂如云海，云內(nèi)較穩(wěn)定。種類：卷層云(Cs)、高層云(As)、雨層云(Ns)、層云(St)。波 狀 云波狀云：在穩(wěn)定大氣層結(jié)中，由大氣波動(dòng)作用所產(chǎn)生的云。常形成在逆溫層上下。特點(diǎn)：波浪起伏狀的碎云塊和云片，云頂常有逆溫層，水平范圍較大。種類：卷積云(Cc)、高積云(Ac)、層積云(Sc)波 狀 云的形成按云底高度分類 二、降水 (Precipitation)降水：大氣中的水汽凝結(jié)或凝華物，從空中降到地面的現(xiàn)象。種類：雨、毛毛雨、凍雨雨夾雪、雪、冰雹、冰粒、冰針等。降水的性質(zhì)：連續(xù)性降水：指來(lái)自Ns和As的降水，具有持續(xù)穩(wěn)定

50、的性質(zhì)，常在10h以上。如暖鋒降水。間歇性降水：指來(lái)自Sc和厚薄不均勻的As的降水，降水強(qiáng)度時(shí)大時(shí)小、時(shí)降時(shí)止，變化緩慢。陣性降水：指來(lái)自Cb和濃積云的降水，降水強(qiáng)度變化很快，驟降驟止，天空時(shí)明時(shí)暗，持續(xù)時(shí)間較短，幾十分鐘到幾小時(shí)，常伴有陣性大風(fēng)。降雨量等級(jí)表 單位：mm 降雪量等級(jí)表 (單位：)降水量和降水強(qiáng)度降水包括近地面凝結(jié)出的露水未經(jīng)蒸發(fā)、滲透、流失，在水平面上所積聚的水層深度，稱為降水量，以mm為單位表示。單位時(shí)間內(nèi)的降水量，稱為降水強(qiáng)度。常用“mm/h 、“mm/d等單位表示。我國(guó)氣象部門規(guī)定的常用降水量分級(jí)情況如表所示。等級(jí)零星小雨小雨中雨大雨暴雨大暴雨特大暴雨陣雨12小時(shí)總降雨

51、量0.10.14.95.014.915.029.930.069.970.0139.9140.012小時(shí)內(nèi)陣雨累計(jì)時(shí)間小于5小時(shí)，降雨量不超過(guò)15 mm24小時(shí)總降雨量0.10.19.910.024.925.049.950.099.9100.0199.9200.0等級(jí)零星小雪小雪中雪大雪陣雪12小時(shí)總降雪量0.10.10.91.02.93.012小時(shí)內(nèi)陣雪累計(jì)時(shí)間不超過(guò)5小時(shí)，降雪量不超過(guò)3 mm24小時(shí)總降雪量0.10. 12.42.54.95.0第九節(jié) 霧和能見度一、霧(Fog)的定義 ：由大量小冰滴、小冰晶或兩者的混合體所組成懸浮在近地面氣層中，使水平能見度小于海里的天氣現(xiàn)象。水平能見度在

52、5海里,稱輕霧(Mist) 。霧與風(fēng)暴不同，風(fēng)暴伴隨狂風(fēng)、暴雨、巨浪吼叫而來(lái)。霧那么是靜悄悄地來(lái)，造成一場(chǎng)混亂后，又靜悄悄地離去，霧是航海的天敵。二、霧與航海的關(guān)系據(jù)世界海事組織統(tǒng)計(jì)，有6070的海事與霧有關(guān)系。霧不僅影響船舶的航行平安，還影響船舶天、地文的定位。霧中含有許多有毒物質(zhì),對(duì)人體十分有害。霧在自然界中可以裝點(diǎn)山川，使其呈現(xiàn)千姿百態(tài)，在軍事上作隱蔽物等。三、平 流 霧 (Advection Fog)1.定義：暖濕空氣流經(jīng)冷的下墊面，導(dǎo)致氣溫下降，水汽凝結(jié)所形成的霧,稱為平 流 霧，又稱海霧 。此霧多形成于冷暖海流交匯處的冷水面一側(cè)。特點(diǎn)：(1) 濃度、厚度大：霧滴濃密，能見度惡劣，有

53、時(shí)小于50米。厚達(dá)幾十到幾百米。(2) 水平范圍廣：普及整個(gè)海區(qū)，最大可達(dá)30萬(wàn)平方公里。(3) 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)：可數(shù)日不散。(3) 一天中任何時(shí)刻均可發(fā)生，大洋中無(wú)明顯的日變化： (5)隨風(fēng)飄移：伸入大陸幾十公里。2.平流霧形成條件冷的海面和適當(dāng)?shù)暮鉁夭?平流霧多形成于冷暖海流交匯處的冷水面一側(cè)。海氣溫差在06范圍內(nèi)，23時(shí)霧出現(xiàn)的頻率最大。適宜的風(fēng)場(chǎng): 風(fēng)力24級(jí)，風(fēng)向與海水等溫線垂直，如我國(guó)近海S-SE-E等)。充分的水汽：有源源不斷的水汽輸。層結(jié)穩(wěn)定:低層逆溫:抑制對(duì)流開展。3.平流霧消散條件風(fēng)向突變；冷鋒過(guò)境風(fēng)力增加；大洋上風(fēng)力再大有時(shí)也不散暖濕平流中斷；水-汽溫差拉大；近地面層結(jié)不穩(wěn)

54、定。四、輻 射 霧 (Radiation fog)定義：由下墊面輻射冷卻，使低層氣溫降到露點(diǎn)或以下時(shí)所形成的霧。多見于陸地上，又稱陸地霧。特點(diǎn)：四季均可發(fā)生，秋、冬頻。范圍、厚度均較小。日變化明顯，通常，夜間形成，清晨最濃，日出那么散；可隨風(fēng)飄到海上10海里左右。形成條件：晴夜，下墊面輻射強(qiáng)，水汽含量充分，低層微風(fēng)，層結(jié)穩(wěn)定。多見于晴朗、微風(fēng)、少云的冷高壓中心附近。十霧九晴五、鋒 面 霧 (Frontal fog)定義：鋒面上暖氣團(tuán)中的較暖水滴落到冷空氣中，水滴蒸發(fā)所形成的霧。多見于錮囚鋒兩側(cè)、暖鋒前和第一型冷鋒后。特點(diǎn)：范圍不大，濃度和厚度均小，隨鋒移動(dòng)，持續(xù)時(shí)間短，不受日變化影響。鋒面霧六

55、、蒸 汽 霧 (Steam fog)定義：寒冷的空氣覆蓋在較暖的水面上，由水面蒸發(fā)而形成的霧。多見于水面溫度遠(yuǎn)高于空氣溫度時(shí)，冬季較高緯度的早上多見。特點(diǎn)：范圍和濃度不大，厚度小，離水面幾米，有時(shí)遮不住大船桅桿，持續(xù)時(shí)間短。形成條件：大的水氣溫差，即水溫、氣溫差不應(yīng)小于15，空氣層結(jié)穩(wěn)定，與風(fēng)速無(wú)關(guān)。北冰洋蒸汽霧最有名。在我國(guó)見于冬季渤海和黃海。蒸汽霧和鋒面霧統(tǒng)稱為蒸發(fā)霧。七、我國(guó)近海霧的分布我國(guó)近是北太平洋多霧區(qū)之一。主要以平流霧為主，鋒面霧和輻射霧次之。 霧區(qū)分布：自渤海到北部灣根本呈帶狀分布。地理分布：南少北多 ，南窄北寬。 季節(jié)變化：南早北晚，從春到夏由南向北推進(jìn)。南海北部沿岸12-4

56、月為霧季，2-3月最多。東海3-7月為霧季，4-6月最多。黃海4-8月為霧季，6-7月最多。8月，除黃海北部外，我國(guó)整個(gè)沿海的霧驟然減少。在渤海和臺(tái)灣海峽東部霧較少，南海南部幾乎沒(méi)有霧。我國(guó)近海三個(gè)相對(duì)多霧區(qū)： 1.山東半島南部成山頭到石島一帶，年霧日超過(guò)80天，最多95天，曾發(fā)生連續(xù)霧日達(dá)27天，有“霧窟之稱。 2.閩浙沿岸到長(zhǎng)江口一帶，年霧日平均5060天。 3.瓊州海峽到北部灣一帶，年霧日平均2030天。 四、世界海洋霧的分布世界海洋霧區(qū)分布特點(diǎn)：春夏多，秋冬少；中高緯多于低緯；大洋西海岸多于東海岸；北大洋多于南大洋；大西洋多于太平洋。日本北海道東部至阿留申群島常年多霧:其成因主要是黑潮

57、和親潮交匯的結(jié)果，夏季最多，出現(xiàn)頻率高達(dá)40,是世界著名霧區(qū)之一。主要影響中-加和中-美西航線。北美圣勞倫斯至紐芬蘭附近海面終年多霧:春夏最盛，平均每月超過(guò)10個(gè)霧日，最大頻率達(dá)40。成因主要是墨西哥灣流與拉布拉多冷流交匯處，是世界最著名霧區(qū)。主要影響歐-美航線。挪威、西歐沿岸與冰島之間海域常年多霧:夏季霧很頻，成因主要是北大西洋暖流與冰島冷流交匯形成。夏季多平流霧，秋冬季多鋒面霧和蒸汽霧。這一霧區(qū)位于北美與西歐和北歐的主要航道上，尤其是英吉利海峽和多佛爾海峽，來(lái)往船舶眾多，水流急且流向多變，再加上霧頻，船舶航行困難。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此水域霧中撞船事故在世界上首屈一指南半球的整個(gè)西風(fēng)帶上終年有霧。信風(fēng)

58、帶海洋的東岸7月世界海洋霧的頻率%北太平洋霧區(qū)北大西洋霧區(qū)1月世界海洋霧的頻率%總分布特征:北大洋多于南大洋、大西洋多于太平洋、大洋西部多于大洋東部、中高緯多于低緯、春夏多于秋冬。八、 船舶測(cè)算海霧方法1.干濕球溫度表法用干濕球溫差來(lái)判斷：當(dāng)干球溫度高于濕球溫度，并且差值向增大的趨勢(shì)開展時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)霧；差值愈來(lái)愈小，向成霧的趨勢(shì)開展，差值趨于零出現(xiàn)霧。 實(shí)際上在海上，相對(duì)濕度到達(dá)80%時(shí)，就可能出現(xiàn)霧。2.露點(diǎn)水溫圖解法當(dāng)水溫Tw高于露點(diǎn)溫度Td時(shí)，不可能出現(xiàn)霧；當(dāng) Td- Tw2，且其它條件適當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)海霧的概率為80%。露點(diǎn)水溫曲線圖3、天氣形勢(shì)判斷法在海霧多發(fā)區(qū)，應(yīng)連續(xù)接收地面預(yù)報(bào)圖和表

59、層水溫圖，分析是否存在成霧條件：適當(dāng)?shù)沫h(huán)流條件，充足的水汽來(lái)源和冷的海面條件。結(jié)合船舶單站觀測(cè)資料進(jìn)行分析和測(cè)算。以下圖是我國(guó)近海出現(xiàn)平流霧的四種典型天氣形勢(shì)：入海冷高壓西部氣旋東部副高西伸脊西部冷鋒前部和暖區(qū)我國(guó)近海出現(xiàn)平流霧的四種典型天氣形勢(shì)九、海面能見度海面能見度的概念在海面上，正常目力所能看到的最大水平距離，稱為海面能見度Visibility ，以km或n mile為單位表示。所謂“能見就是能將目標(biāo)物的輪廓從天空背景上分辨出來(lái)。在海洋上，通常以水天線作為目標(biāo)物進(jìn)行觀測(cè)。大氣透明度是影響能見度的直接因子，其次是目標(biāo)物和背景的亮度以及人的視覺(jué)感應(yīng)能力。能見度等級(jí)：能見度分成09共十個(gè)等級(jí)，

60、具體見表。但世界各地向船舶發(fā)布的氣象報(bào)告中，采用以下等級(jí)：能見度惡劣 Visibility bad 0-0.25 n. mile能見度不良 n. mile能見度中等 Visibility moderate 15n. mile能見度良好 Visibility good 511 n. mile能見度很好 Visibility very good 11-27n. mile能見度極好 Visibility excellent 27 n. mile第十節(jié)船舶海洋水文氣象觀測(cè)意義：1彌補(bǔ)海上測(cè)站稀少，資料缺乏的狀況。2對(duì)天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行補(bǔ)充訂正。3為氣象導(dǎo)航提供時(shí)實(shí)資料。觀測(cè)工程、時(shí)次和程序工程：溫、壓、風(fēng)、