航海氣象學(xué)與海洋學(xué)課件（精品）

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式單擊此處編輯母版文本樣式第二級(jí)第三級(jí)第四級(jí)第五級(jí)*航海氣象學(xué)與海洋學(xué)*氣象學(xué)與海洋學(xué)主要是研究發(fā)生在大氣和海洋中的各種物理現(xiàn)象的本質(zhì)及其開展演變規(guī)律的學(xué)科。研究對(duì)象：三種介質(zhì)大氣、海洋、地殼，兩個(gè)界面水氣界面、水地界面*航海氣象學(xué)與海洋學(xué)是專門研究大氣、海水的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律以及海-氣相互作用在航?；顒?dòng)中應(yīng)用的學(xué)科。是氣象學(xué)與海洋學(xué)的分科。*一個(gè)優(yōu)秀的航海者必須懂得如何避離不利天氣和盡可能利用有利天氣，選擇最正確天氣航線，從而掌握海上航行的主動(dòng)權(quán)。 第一章 氣象學(xué)根底知識(shí)1 大氣概況2 氣溫3 氣壓4 空氣水平運(yùn)動(dòng)-風(fēng)5 大氣環(huán)流6 大氣濕度7 空氣的垂直運(yùn)動(dòng)和大氣穩(wěn)定度8

2、 云和降水9 霧和能見度10 船舶海洋水文氣象觀測(cè)幾個(gè)重要的專業(yè)術(shù)語大氣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。幾個(gè)重要的專業(yè)術(shù)語氣象要素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(雨、雪、霜、雷暴、霾、龍卷、露點(diǎn)、冰雹)。海洋要素Marine elements反映海洋狀態(tài)的物理量或物理現(xiàn)象。

3、如海溫、鹽度、海浪、海流和海冰等。第一節(jié) 大 氣一、大氣的組成：大氣成分：主要由多種氣體、水汽和懸浮的雜質(zhì)構(gòu)成。干潔空氣Dry air:除水汽和雜質(zhì)以外的空氣主要成分為氮78.09%、氧(20.95%、氬0.93%、二氧化碳等。稀有氣體：氫、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧等。大 氣 成 分大氣是可壓縮氣體，大氣密度隨高度增加而迅速減少。觀測(cè)說明，10公里以內(nèi)集中了75%的大氣質(zhì)量，35公里以下那么達(dá)99%，近地面空氣標(biāo)準(zhǔn)密度為1293g m-3,大氣的總質(zhì)量為5.3 1021g 。其中影響天氣、氣候變化的主要大氣成分為二氧化碳、臭氧和水汽。大氣中的易變成分1. 二氧化碳carbon dioxide:

4、平均含量0.03%,假設(shè)到達(dá)，就對(duì)人體有害。二氧化碳能強(qiáng)烈地吸收和放射長(zhǎng)波輻射，對(duì)地面和大氣的溫度分布有重要影響，類似溫室效應(yīng)，直接影響氣候變遷。含量城市多于農(nóng)村，夏季多于冬季，室內(nèi)多于室外。大氣中的易變成分2. 臭氧ozone：主要存在于20-40公里氣層中，又稱臭氧層Ozonsphere。臭氧是吸收太陽紫外線的唯一大氣成分，假設(shè)沒有臭氧層，人類和動(dòng)物、植物將受到紫外線的傷害。大氣中的易變成分3.水汽vapour：含水汽的空氣叫作濕空氣wet air?？諝庵械乃侩S緯度、時(shí)間、地點(diǎn)而變化。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)，是常溫下發(fā)

5、生相變的唯一大氣成分，它也是造成云、雨、雪、霧等天氣現(xiàn)象的主要物質(zhì)條件。水汽能強(qiáng)烈地吸收和放出長(zhǎng)波輻射，并在相變過程中吸收和放出潛熱能，對(duì)地面和空氣的溫度影響很大。*濕空氣的密度為干空氣密度與水汽密度二者之和，因水汽密度比干空氣密度小，兩者之比為，因此，水汽的存在使實(shí)際大氣的密度變小大氣中的易變成分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，能吸收局部太陽輻射，并對(duì)太陽輻射具有散射作用。在水汽相變過程中，雜質(zhì)可以作為凝結(jié)核。二、大氣的垂直結(jié)構(gòu)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

6、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，與人類關(guān)系最為密切，大氣中幾乎所有的物理和化學(xué)過程都發(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。 摩擦層與自

7、由大氣根據(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1Km高度，其厚度夏季高于冬季，白天高于夜間。湍流輸送是該層的根本運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。自由大氣(free atmosphere) ：自由大氣的根本運(yùn)動(dòng)形式是波動(dòng)，地面摩擦作用減小，可忽略不計(jì)，這樣大氣的運(yùn)動(dòng)顯得比較簡(jiǎn)單和清楚。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)。大 氣 的 垂 直 分 層2. 平流層Stratosphere：厚度：自對(duì)流層頂?shù)酱蠹s55Km左右。 特點(diǎn)： 空氣的垂直運(yùn)動(dòng)比較弱，主要是水平運(yùn)動(dòng)。 水汽含量少。 氣溫隨高度遞增最初等溫，到20-25Km氣溫突增

8、，主要是臭氧吸收太陽紫外線。 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)： 溫度隨高度迅速下降無臭氧，有強(qiáng)烈垂直運(yùn)動(dòng)。 大約在65Km處是電離層，白天強(qiáng)，夜間弱。大氣的垂直分層4. 熱層Thermosphere：厚度：85-800Km。 特點(diǎn)： 氣溫隨高度迅速增加。 空氣高度電離，又稱電離層。電離層的程度也有差異，比較強(qiáng)的為E層100-120Km和F層200-240Km)，反射無線電波，對(duì)通信有重要意義。5. 逸散層Exosphere: 厚度： 800Km以上。 特點(diǎn)：氣溫也隨高度增加，大氣質(zhì)點(diǎn)擺脫地球引力的束縛，向星際空間散逸。大氣的垂直高度

9、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，但最高到達(dá)1000-1200Km作為大氣的物理上界.但由衛(wèi)星探測(cè)的大氣上界為2000-3000Km。極光第二節(jié) 氣 溫 氣溫是大氣的重要狀態(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?？梢酝ㄟ^溫度表或溫度計(jì)直接測(cè)得。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。一些英語國(guó)

10、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 5換算成華氏溫度和絕對(duì)溫度分別為： A. 41F、278K B. 37、273K C. 41F、273K D. 37F、278K 太陽、地面和大氣輻射1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、紅外線和無線電波。溫度高，輻射強(qiáng)，多為短波；溫度低，輻射弱，多為長(zhǎng)波。不同波長(zhǎng)的輻射具有不同的吸收，反射和透射特性。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

11、放射的輻射能并轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能而使本身的溫度增高。太陽外表溫度約為6000K放出短波輻射4m)。地面和大氣溫度約為300K放出長(zhǎng)波輻射(3120m)。太陽輻射是地球和大氣的唯一能量來源。太陽、地面和大氣輻射假設(shè)將太陽對(duì)地球大氣系統(tǒng)的輻射作為100份，其中地球大氣系統(tǒng)反射和散射占30份，大氣吸收占19份，地球外表吸收51份。地球外表通過長(zhǎng)波輻射21份、熱傳導(dǎo)7份和水汽相變23份等過程釋放能量，大氣在吸收太陽短波輻射和地面長(zhǎng)波輻射的同時(shí)又放出長(zhǎng)波輻射19份，最終向外層空間的輻射總量也為100份，使地球大氣系統(tǒng)的溫度保持恒定。地球外表凈輻射收支隨緯度變化地球外表接收到的太陽輻射隨緯度是不均勻的，而地球外表

12、放出的長(zhǎng)波輻射隨緯度變化不大，因此，全年平均而言，赤道熱帶地區(qū)得到熱量，極地高緯地區(qū)失去熱量如圖。大氣和海洋中熱量的經(jīng)向交換，使各緯度帶的年平均氣溫變化保持恒定?？諝庠鰺岷屠鋮s方式空氣的增熱和冷卻主要是非絕熱過程引起的，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，通過分子熱傳導(dǎo)過程交換熱量，又稱感熱?？諝馐菬岬牟涣紝?dǎo)體。僅在貼近地面幾厘米以內(nèi)明顯，故通常不予考慮?？諝庠鰺岷屠鋮s方式2 輻射Radiation：地氣系統(tǒng)熱量交換的主要方式。地面吸收太陽短波輻射，放射出長(zhǎng)波輻射加熱大氣。如白天輻射增溫

13、，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。從而通過水相變化將下墊面的熱量傳給上層大氣?？諝庠鰺岷屠鋮s方式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)那么的熱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

14、?？諝庠鰺岷屠鋮s方式6 亂流：又稱湍流Turbulence，是空氣不規(guī)那么的運(yùn)動(dòng)。亂流是摩擦層中熱量、能量和水汽交換的主要方式。空氣增熱和冷卻方式綜上所知，空氣與下墊面之間的熱量交換是通過多種途徑進(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。在非絕熱過程中，當(dāng)空氣上升時(shí)，膨脹降溫；下降時(shí)，壓縮增溫。氣 溫 的 日 年 變 化大氣的熱量主要來自下墊面，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。氣溫的日變化 diurnal variation of t

15、emperature日變化:一天中氣溫有一個(gè)最高溫度和最低溫度。陸地上最高氣溫夏季出現(xiàn)在1415點(diǎn)，冬季出現(xiàn)在1314點(diǎn)。海洋上最高出現(xiàn)在12:30。陸地上最低氣溫出現(xiàn)在日出前，海洋上遲后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)、下墊面性質(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,最低在七月份。海洋

16、：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； 海拔低海拔高海平面平均氣溫的分布特點(diǎn)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 夏季大陸為熱源，海洋為冷源。冬季相反 冬季北大西洋的等溫線向北突出十分顯著，這是由墨西哥灣流造成的。海平面平均氣溫分布特點(diǎn) 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，冬季在西伯利亞東北部佛科揚(yáng)斯克和格陵蘭，稱為“寒極(Cold Pole

17、)。 近赤道存在一個(gè)高溫帶1月和7月的平均氣溫均高于25 ，稱為“熱赤道(Heat Equator)10N左右。它隨季節(jié)偏向北半球。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。冬季海平面平均氣溫分布夏季海平面平均氣溫分布對(duì)流層中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的直遞減率表示 ： 式中： T 表示高度增加 Z 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，既在某一氣層中，氣溫隨高度增加而增加。 = 0.65/100m氣溫對(duì)人體的影響研究指出，

18、人體對(duì)周圍溫度的感覺與介質(zhì)是大氣還是水有關(guān)。在大氣中，氣溫為2829 時(shí)，人體皮膚不感溫，這個(gè)溫度稱為生理零度。人體皮膚對(duì)氣溫的感覺是：低于25 有冷感，2528 時(shí)有溫感，高于29 時(shí)有熱感。人體的感溫還與風(fēng)速有關(guān)，風(fēng)速越大，感溫越低，風(fēng)速約在33kn時(shí)人體感溫達(dá)最低值。當(dāng)氣溫5 時(shí)，3級(jí)風(fēng)時(shí)感溫在0 左右；6級(jí)風(fēng)時(shí)，對(duì)裸露的肌膚的作用相當(dāng)于-12 時(shí)的溫度；同樣風(fēng)速，當(dāng)氣溫為-5 時(shí)，對(duì)裸露的肌膚的作用相當(dāng)于靜風(fēng)條件下-23.3 ，這時(shí)只需1min即可造成凍傷。濕度也影響人體感溫，濕度大感覺溫度偏高、悶熱。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，

19、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。第三節(jié)、氣壓 氣 壓 (Pressure)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，等于百帕(hectopascal)。 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。(1b=1000mb) 1mb=1hPa 1hPa=3/4mmHg 1mmHg=4/3hPa 氣壓隨高度的變化根據(jù)氣壓的定義，隨著高度的增加，氣柱變短，空氣密度變小

20、，氣壓減小。在海平面上氣壓最大約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 dP=-gdZ dP/dZ=-g公式說明：在靜力平衡下，氣壓隨高度的變化主要取決于空氣密度。船用壓高公式單位氣壓高度差：h=80001+t/P其中2 , =1/273 ,t氣溫，P-氣壓*海平面氣壓=本站氣壓高度訂正- 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。* h=8m/hPa適用于摩

21、擦層中01000m大氣層氣壓的日變化(diurnal variation of pressure)日變化：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。 年變化: 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(1)， 夏季氣壓低(7)，年較差大。 海洋型：冬季氣壓低(2)， 夏季氣壓高(8)，年較差小。高山型：同海洋型一樣， 但兩者的成因不同。氣壓的年變化(annual variation of p

22、ressure)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)。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)。海平面氣壓場(chǎng)的根本形式3 .低壓槽和槽線Trough：由低壓向外延伸出來的狹長(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)。海平面氣壓場(chǎng)的根本形式4. 高壓脊和脊線Ridge：由高壓向外延伸出來的狹長(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，脊中曲率最大點(diǎn)的連線稱脊線(R

23、ighe Line)。海平面氣壓場(chǎng)的根本形式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。氣壓梯度 (pressure gradient)定義：?jiǎn)挝痪嚯x內(nèi)氣壓的改變量稱氣壓梯度。在水平方向上稱水平氣壓梯度，方向垂直于等壓線，由高壓指向低壓，即-P/n。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。通常在地面圖上，我國(guó)以每隔分析一條等壓線，有些國(guó)家間隔4hpa分析一條等壓線。因此，氣壓梯度的大小取決于等壓線的疏密程度。等壓線愈密，-P/n愈大，風(fēng)力愈大。單位：百帕/赤道度。 1赤道度氣壓系

24、統(tǒng)隨高度的變化1. 溫壓場(chǎng)對(duì)稱的系統(tǒng)：溫壓場(chǎng)對(duì)稱是指溫度中心與氣壓中心根本重合。淺薄系統(tǒng)是指氣壓系統(tǒng)的強(qiáng)度隨高度增加而減弱，即上下空的上下壓中心不一致。這種系統(tǒng)有冷高壓cold high和 暖低壓 (heat low) 。深厚系統(tǒng)是指氣壓系統(tǒng)的強(qiáng)度隨高度增加不變或增強(qiáng)，即上下空的上下壓中心一致。這種系統(tǒng)有暖高壓warm high和冷低壓 (cold low)。暖高壓冷低壓冷高壓暖低壓氣壓系統(tǒng)隨高度的變化2. 溫壓場(chǎng)不對(duì)稱的系統(tǒng)：溫壓場(chǎng)不對(duì)稱是指溫度中心與氣壓中心不重合。在中高緯度地區(qū)，不對(duì)稱的低壓總是東暖西冷，低壓中心軸線向冷區(qū)傾斜；不對(duì)稱的高壓總是東冷西暖，高壓中心軸線向暖區(qū)傾斜。*高壓：、

25、東冷西暖；2、中心軸向暖空氣一方偏； 3 ：北半球中心軸偏向SW，南半球中心軸偏向NW*低壓：、東暖西冷；2、中心軸向冷空氣一方偏； 3 ：北半球中心軸偏向NW，南半球中心軸偏向SW第四節(jié)、空氣水平運(yùn)動(dòng)-風(fēng)一、風(fēng)的概述*風(fēng)的定義: 空氣相對(duì)于下墊面的水平運(yùn)動(dòng)，稱為風(fēng)。它是矢量，有大小和方向。風(fēng)向：風(fēng)向是指風(fēng)的來向，常用16個(gè)方位或度數(shù)(0360)來表示。風(fēng)速：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)力：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)

26、力等級(jí)表? 風(fēng)力等級(jí)表 (Beaufort Scale of Force)風(fēng)的陣性、日年變化和隨高度變化1. 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。2. 日年變化：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。3.風(fēng)隨高度變化：在氣壓場(chǎng)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。在摩擦層中，風(fēng)速隨高度增大，風(fēng)向逐漸右偏北半球，進(jìn)入自由大氣，趨于地轉(zhuǎn)風(fēng)。二、作

27、用于大氣的力和運(yùn)動(dòng)方程*作用在空氣微團(tuán)上的力重力(gravity)；大小為2，方向向下，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。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, 兩地沒有氣壓差 Gn=0 無風(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

28、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，又稱可科利奧里力(Coriolis force)或科氏力。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) 地轉(zhuǎn)偏向力是虛擬力， 只改變物體的運(yùn)動(dòng)方向，不改變速度。(3) 在北半球A恒垂直于物體運(yùn)動(dòng)的右方，南半球相反。(4) A 與sin成正比，兩極最大，赤道上為零 。慣性離心力 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 = V

29、2/r 方向：與向心力相反。 r為曲率半徑摩擦力 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= -k V 方向與運(yùn)動(dòng)物體相反。 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。地轉(zhuǎn)風(fēng)(Geostrophic Wind) 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)，空氣沿等壓線等壓面作無磨擦的直線運(yùn)動(dòng)，稱地轉(zhuǎn)風(fēng)。即： 風(fēng)壓定律 (Buysballots law)在北半球自由大氣中，風(fēng)沿等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在右，低壓在左。在

30、南半球自由大氣中，風(fēng)沿等壓線吹，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。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等壓面上的地轉(zhuǎn)風(fēng) 令 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 靜力方程：于是： 定義 為位勢(shì)高度和位勢(shì)高度差那么： 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)Gradient Wind。梯度風(fēng)可以看

31、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)在北半球在低壓區(qū)氣旋中風(fēng)繞中心逆時(shí)針方向吹，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) 即 或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。氣旋和反氣旋的梯度風(fēng)公式：即高壓中 此為高壓梯度風(fēng)速的極限值梯度風(fēng)的討論最大水平氣壓梯度的分布，高壓邊緣較大，越近中心

32、越小。曲率小處等壓線密集，曲率大處等壓線稀疏。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。高壓邊緣風(fēng)速較大，中心風(fēng)速小或無風(fēng)。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)與地轉(zhuǎn)風(fēng)比較地轉(zhuǎn)風(fēng)：低壓中的梯度風(fēng)：高壓中的梯度風(fēng)：因此，在水平氣壓梯度和曲率半徑相同時(shí)，VaVgVc。實(shí)際上低壓中的風(fēng)比高壓大，原因是低壓中 大，不受限制。摩擦層中的風(fēng)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)壓定律在北半球摩擦層中，風(fēng)斜穿等壓線吹，背風(fēng)而立，高壓在右前方，

33、低壓在左前方。在南半球高壓在左前方，低壓在右前方。北半球，高壓中的風(fēng)斜穿等壓線以順時(shí)針方向向外輻散，低壓中風(fēng)斜穿等壓線以逆時(shí)針方向向中心輻合。地面高壓氣流地面低壓氣流北 半 球?qū)嶋H風(fēng)向確實(shí)定和風(fēng)隨高的變化地面實(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，在海上約為地轉(zhuǎn)風(fēng)速的3/5-2/3。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。 地形動(dòng)力作用繞流岬角效應(yīng)第五節(jié).

34、大氣環(huán)流大氣環(huán)流：一般是指具有全球性、大范圍空氣運(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)的根底和背景。同時(shí)也是氣候形成和演變的重要背景條件。通常認(rèn)為影響大氣環(huán)流的主要因子有：太陽輻射、地球自轉(zhuǎn)、海陸分布不均勻等因素影響。通過本章的學(xué)習(xí)，了解大氣環(huán)流的根本狀態(tài)和氣壓場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)分布的根本特征。太陽輻射單圈環(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

35、環(huán)流，稱單圈環(huán)流。地球自轉(zhuǎn)三圈環(huán)流假設(shè)：下墊面性質(zhì)均一。在太陽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。氣壓帶和風(fēng)帶的分布?xì)鈮簬В撼嗟赖蛪簬?，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：赤道無風(fēng)帶，信風(fēng)帶，副熱帶無風(fēng)帶，西風(fēng)帶和極地東風(fēng)帶。南北半球?qū)ΨQ。風(fēng) 帶1. 赤道無風(fēng) 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 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

36、信風(fēng)。特征：風(fēng)向常年穩(wěn)定少變，風(fēng)力一般34級(jí)，天氣晴朗，大洋西部降水較多，位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。3. 副熱帶無風(fēng)帶 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)。 4盛行西風(fēng)帶 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 WSW風(fēng)，南半球?yàn)閃NW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“咆哮西風(fēng)帶之稱。位置隨季節(jié)南北移動(dòng)。 5

37、極地東風(fēng)帶 位于南北緯60-90之間，北半球吹ENE風(fēng)，南半球吹ESE風(fēng)。 實(shí)際海平面平均氣壓場(chǎng)的根本特征冬季：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)繞全球。春秋兩季屬于過渡季節(jié)，北半球春季，原有的四個(gè)大氣活動(dòng)中心減

38、弱，副熱帶高壓開始增強(qiáng)。1月海平面平均氣壓場(chǎng)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

39、們是制作天氣預(yù)報(bào)的背景條件。季風(fēng)環(huán)流一、季風(fēng)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。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，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。東亞季風(fēng)成因: 主要是由于海陸

40、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8-9級(jí)。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、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，來臨慢； 冬季風(fēng)：來臨快、強(qiáng)度大、大風(fēng)、干冷等。冬季風(fēng)大于夏季風(fēng)。南亞季風(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

41、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：由于南半球東南信風(fēng)越過赤道，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，使西南風(fēng)強(qiáng)勁。7-8月份風(fēng)力達(dá)8-9級(jí)，9-10月份開始減弱。阿拉伯海的風(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)。 印 度 洋 航

42、 線其他地區(qū)的季風(fēng)北澳、印尼和伊里安的季風(fēng) 由于信風(fēng)帶的移動(dòng)引起。冬季南半球東南風(fēng)，夏季西北風(fēng)。西非的季風(fēng) 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) 冬季西北風(fēng)，夏季西南風(fēng)。二、局地環(huán)流地方性風(fēng)海陸風(fēng)：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。地方性風(fēng)山谷風(fēng)山谷風(fēng)：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)，如巴山夜雨。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

43、。地方性風(fēng)峽谷風(fēng)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)地方性風(fēng)暴布拉風(fēng)從山地或高原經(jīng)過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)。第六節(jié)、大氣濕度濕度(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。表示濕度的物理量1絕對(duì)濕度(a

44、) ：?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，一般通過干濕球溫度表查算。表示濕度的物理量2水汽壓 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，通過干濕球溫度表查算獲得。表示濕度的物理量3飽和水汽壓 E: 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

45、的多少。表示濕度的物理量4相對(duì)濕度 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過飽和。因此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。目前，我國(guó)有些城市把相對(duì)濕度作為日常天氣預(yù)報(bào)的一個(gè)指標(biāo)。表示濕度的物理量5露點(diǎn) (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，露點(diǎn)高，水汽含量多，露點(diǎn)低，水汽含量少。表示濕度的物理量6溫度露點(diǎn)差 (T-Td ) ：它的大小反映空氣距離飽和的程度。T-Td=0 飽

46、和；T-Td0 未飽和； T-Td愈大，f愈小。另外，假設(shè)濕球溫度趨于干球溫度，說明相對(duì)濕度大，一般有霧或降水。 *表示空氣距離飽和程度的主要濕度因子因子未飽和飽和過飽和飽和差(E-e)EeE=eE e相對(duì)濕度（f=e/E%）f100%f=100%f 100%氣溫露點(diǎn)差（t-td）ttdt=tdttd干、濕球溫度差（t-t）ttt=ttt*干、濕球溫度計(jì)大氣中水汽的分布 大氣中的水汽主要來自下墊面的蒸發(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。

47、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。濕度的日年變化1. 絕對(duì)濕度的日年變化：絕對(duì)濕度的日年變化主要取決于溫度和湍流作用。絕對(duì)濕度的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。絕對(duì)濕度的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。2. 相對(duì)濕度的日年變化：相對(duì)濕度的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。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程可以降

48、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。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)。第七節(jié)、空氣的垂直運(yùn)動(dòng)和大氣穩(wěn)定度對(duì)流: 指熱力作用下的暖空氣上升冷空氣下沉。由垂直方

49、向的運(yùn)動(dòng)方程，狀態(tài)方程和靜力關(guān)系可以證明，當(dāng)氣塊溫度T與周圍環(huán)境溫度 T 不同時(shí)，就發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)，即: T T 上升運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：水平范圍小幾公里到幾十公里，持續(xù)時(shí)間短幾十分鐘到幾小時(shí)，垂直速度大1-30m/s。通常造成雷雨大風(fēng)，冰雹和陣性降水等不穩(wěn)定天氣。水平輻散、輻合引起的垂直運(yùn)動(dòng)：低層輻散引起下沉運(yùn)動(dòng)，低層輻合引起上升運(yùn)動(dòng)。高壓多為下沉運(yùn)動(dòng)，低壓多為上升運(yùn)動(dòng)。鋒面上的垂直運(yùn)動(dòng)：指暖空氣沿鋒面坡度爬升產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)。地形引起的垂直運(yùn)動(dòng)：當(dāng)氣流遇到高大地形或山脈時(shí)，在迎風(fēng)坡產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，在背風(fēng)坡產(chǎn)生下沉運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)中氣溫的絕熱變化氣體作功或傳遞熱量都能改變系統(tǒng)的內(nèi)能。從而引起溫度的變化。假設(shè)系統(tǒng)

50、與外界沒有熱量交換，稱該系統(tǒng)是絕熱的。絕熱過程：空氣塊在垂直運(yùn)動(dòng)過程中與外界無熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過程，稱絕熱過程，即 dQ0干絕熱過程: 干空氣或未飽和濕空氣塊作垂直升降運(yùn)動(dòng)時(shí)與周圍環(huán)境不發(fā)生熱量交換的變化過程，稱干絕熱過程。干絕熱直減率(Dry Adiabatic Lapse Rate)干絕熱直減率: 在干絕熱過程中,氣塊溫度隨高度的變化率稱干絕熱直減率。即：因此,在干絕熱上升過程中,氣塊每升高100米溫度下降1度,每下降100米溫度升高1度。 d = 1/100m濕絕熱過程和濕絕熱直減率濕絕熱過程: 飽和濕空氣塊作垂直升降運(yùn)動(dòng)時(shí)與周圍環(huán)境不發(fā)生熱量交換的變化過程，稱濕絕熱過程。濕絕熱直減

51、率:(Wet Adiabatic Lapse Rate) 在濕絕熱過程中,氣塊溫度隨高度的變化率稱濕絕熱直減率。即：可以證明，m d ，因?yàn)樵跐窠^熱過程中，水汽凝結(jié)釋放潛熱使冷卻作用變的緩慢。m不是常數(shù)，而是隨氣壓和溫度變化,其中主要隨氣溫的降低而增大。通常取 m0.6 /100m干絕熱線：在干絕熱過程中氣體狀態(tài)的變化曲線。 濕絕熱線：在濕絕熱過程中氣體狀態(tài)的變化曲線。焚 風(fēng)焚風(fēng)：是一種干熱風(fēng)，是干濕絕熱過程中，在迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡作用的結(jié)果。0m1000m3000mddm大氣穩(wěn)定度(Atmospheric Stability)大氣穩(wěn)定度: 某一氣塊受到垂直方向的擾動(dòng)后，大氣層結(jié)周圍大氣，使其具有

52、返回或遠(yuǎn)離其平衡位置的趨勢(shì)和程度，稱大氣穩(wěn)定度，又稱大氣層結(jié)穩(wěn)定度。以下圖分別是穩(wěn)定平衡，不穩(wěn)定平衡和隨遇平衡。穩(wěn)定度判別的氣塊法通常采用“氣塊法判斷大氣穩(wěn)定度。當(dāng)一氣塊受外力作用在垂直方向上產(chǎn)生擾動(dòng)后，周圍大氣有使它返回起始位置的趨勢(shì)時(shí)，這種大氣層結(jié)是穩(wěn)定的；反之，大氣有使它繼續(xù)遠(yuǎn)離起始位置的趨勢(shì)時(shí)，這種大氣層結(jié)是不穩(wěn)定的；假設(shè)氣塊隨時(shí)與周圍大氣取得平衡時(shí)，這種大氣層結(jié)是中性的。大氣穩(wěn)定度判據(jù)干絕熱過程 d 層結(jié)穩(wěn)定 = d 中性 d 層結(jié)不穩(wěn)定濕絕熱過程 m 層結(jié)穩(wěn)定 = m 中性 m 層結(jié)不穩(wěn)定干濕混合絕熱過程 d 絕對(duì)不穩(wěn)定 m d 條件不穩(wěn)定 m 絕對(duì)穩(wěn)定大氣中的逆溫逆溫定義：在對(duì)流

53、層中，某一時(shí)刻某氣層溫度隨高度上升或不變的狀態(tài)稱逆溫。逆溫所在的氣層稱逆溫層。0或=0 逆溫對(duì)天氣的影響：逆溫的存在好象一個(gè)蓋子，能有效地抑制對(duì)流的開展，阻擋水汽和塵埃等向上輸送。低層逆溫，易發(fā)生霧或低云天氣。逆溫的種類：1輻射逆溫：夜間輻射冷卻形成的逆溫。條件是陸地，晴朗和微風(fēng)，常伴有輻射霧等；2平流逆溫：暖空氣流到冷的下墊面陸面或水面上形成的逆溫。常伴有平流霧；3下沉逆溫：高空空氣絕熱下沉增溫而形成的逆溫。多出現(xiàn)在高壓區(qū)，范圍廣，晴朗；4亂流逆溫：低層空氣的亂流混合作用形成的逆溫。多發(fā)生在摩擦層中部。5鋒面逆溫：冷暖氣團(tuán)交界的過渡層內(nèi)形成的逆溫。第八節(jié)、云和降水一、云的定義定義：云是由大量

54、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)示未來天氣，“看云識(shí)天就是這個(gè)道理。云層能阻擋太陽和大氣輻射，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、龍卷等惡劣天氣。云的形成條件云的形成條件：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)

55、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)。層 狀 云層狀云：在穩(wěn)定大氣層結(jié)中，由系統(tǒng)性的抬升運(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)按云底高度分類假設(shè)按云底高度分類：

56、高云云底高5000m: 包括卷云(Ci)、卷層云(Cs)和卷積云(Cc；中云云底高25005000m： 包括高積云(Ac)和高層云(As)；低云云底高2500m：包括層積云(Sc) 、層云(St) 、雨層云(Ns)、 碎雨云Fn、積云(Cu)和積雨云(Cb) 。卷云卷云(Ci) - 呈纖維狀結(jié)構(gòu)，通常是白色無暗影，有絲質(zhì)的光澤。多呈絲條狀、羽毛狀、鉤狀、團(tuán)狀和鐵砧狀。層云層云(St) - 一片平均白色或灰白色無形狀，看似霧的云。層云可以下毛毛雨。云底多在 600 米以下，甚至低至 60-90 米。積云積云(Cu) - 常在夏天出現(xiàn),云頂呈圓拱形而底部平坦垂直向上開展的云。積云的大小變化很大，由

57、晴天的淡積云至下驟雨時(shí)龐大的塔狀積云。初形成的積云向上開展，消散時(shí)那么向平面擴(kuò)散。積云多是獨(dú)立一塊一塊漂浮在空中的，云與云之間常可見到藍(lán)天。 二、降水 (Precipitation)降水的種類： 雨、毛毛雨、凍雨雨夾雪、雪、冰雹、冰粒、冰針、霰等。降水的性質(zhì)：連續(xù)性降水：指來自Ns和As的降水，具有持續(xù)穩(wěn)定的性質(zhì)。如暖鋒降水。間歇性降水：指來自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，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

58、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。*全球降水分布特點(diǎn)全球降水隨緯度呈帶狀分布，其中有三個(gè)主要特點(diǎn)：1、在赤道有一個(gè)降水最大值，其位置和熱赤道一致，略偏在北半球；2、高緯度的降水總量很?。?、在副熱帶是一個(gè)次低值，盡管副熱帶高壓區(qū)是 著名的干旱區(qū)，但在這一緯度中，大陸東岸的夏 季，降雨量還是相當(dāng)多的。第九節(jié)、霧和能見度霧與航海的關(guān)系霧與風(fēng)暴不同，風(fēng)暴伴隨狂風(fēng)、暴雨、巨浪吼叫而來。霧那么是靜悄悄地來，造成一場(chǎng)混亂后，又靜悄悄

59、地離去，是航海的天敵。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。52年倫敦的大霧，造成4800多人死亡。1922年，英郵輪“埃及號(hào)在法國(guó)沿岸霧中與法破冰船“西奈號(hào)相撞，船上的近百名旅客和8000kg黃金,3萬公斤白銀一同沉入大海，故稱“吞金奪銀的霧。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。霧的種類、特征、成因和生消條件霧： 由大量小水滴、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。輕霧：(Mist) 水平能見度在5海里。濃霧：(Fog) 水平

60、能見度小于海里。霧的形成與云的形成大致類似，但云在空中，霧貼近地面。按其成因霧可分如下幾種： 平 流 霧 (Advection Fog)-海霧定義：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。此霧多形成于冷暖海流交匯處的冷水面一側(cè)。特點(diǎn)： (1) 濃度大，霧滴濃密，能見度惡劣；(2)水平范圍廣；(3) 垂直厚度大；(4) 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；(5) 一天中任何時(shí)刻均可發(fā)生，大洋中無明顯的日變化； (6)隨風(fēng)飄移。平流霧形成條件冷的海面和適當(dāng)?shù)暮鉁夭? (06)。23度最有利；適宜的風(fēng)場(chǎng): 要求風(fēng)力在24級(jí)，風(fēng)向與海水等溫線垂直，如我國(guó)近海S-SE-E等)；要有充分的水汽：有源源不斷的水