航海气象 第二章.docx
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航海气象 第二章.docx
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航海气象第二章
一、大气环流的产生原因:
太阳辐射不均匀是大气环流产生的最基本因子。
另外,还受地球自转、海陆发布和地形差异等因素的影响。
二、单圈环流:
假定地球表面是均匀的(无海陆之分),且假定地球不自转的条件下,在赤道和极地之间由于热力原因而形成的南北向闭合的热力环流,称为单圈环流。
三、三圈环流:
1、赤道环流:
低纬地区形成的闭合的经圈环流
2、极地环流:
纬度60°附近与极地之间。
3、中间环流:
平流层中的东风与中纬度对流层中的盛行西风组成。
“正环流”——低纬的赤道环流和空气上升,冷空气下沉而形成。
“逆环流”——中间环流与上述相反。
特点:
中间环流比南北两侧“正环流”弱得多环流的伸展高度在低纬较高,向高纬和极地逐渐降低。
四、“三风四带”
1、“四带”——地面气压带
赤道低压带、副热带高压带、副极地低压带、极地高压
2、“三风”——行星风带
①信风带:
(tradezone)又称贸易风。
位于南北纬30°之间。
北半球为NE信风;南半球为SE信风。
特点:
风向稳定,风力一般3~4级,最大不超过5级;天气晴朗干燥,能见度好。
②盛行西风带:
(westerlies)
位置:
分别位于南北半球的副热带高压带和副极地低压带之间。
特点:
风向不稳定,风速大;天气复杂多变。
南半球西风带因为海洋广阔,风向稳定,风力强盛,故又称“咆哮西风带”
③极地东风带:
(polareasterlies)
位置:
南北极到副极地低压带之间。
特点:
风力大,风向稳定;空气干冷,天气晴朗少云为主。
此外,还有两个无风带:
A、副热带无风带:
(horselatitude)
位置:
纬度30°~35°一带
特点:
微风或静风,气流下沉,闷热少雨。
B、赤道无风带:
(doldrums)
位置:
南北纬10°之间。
天气特点:
北半球NE信风和南半球SE信风在赤道地区辐合,产生上升气流对流旺盛,空气的水平运动微弱,几乎无风;温度高,湿度大,故闷热多雷雨。
注意:
印度洋夏季(7~9月)因盛行强劲的西南季风,故不存在赤道无风带。
五、“三风四带”的季节性位移:
当北半球夏季,由于太阳北移使地球表面最高气温带也随之北移,因而由热力环流所形成的气压带和风带也随之北移。
世界各大洋的位移量稍有区别:
太平洋平均北移13°;大西洋为10°;印度洋为5°左右。
当北半球冬季,气压带和风带也随之南撤。
六、大气活动中心:
1、永久性大气活动中心——全年始终都存在的大气活动中心。
主要是由于三圈环流运行的动力原因而形成。
有以下几个:
①冰岛低压、②阿留申低压、③海上副热带高压、④赤道低压、⑤南半球副极地低压带、⑥南极高压
2、半永久性大气活动中心——随季节而改变的大气活动中心。
主要是由于地表热力性质差异的热力原因而形成。
冬季,北半球:
陆地两个冷高压中心:
亚洲高压、北美高压
南半球:
陆地形成三个小规模的低压:
南美低压、南非低压、澳大利亚低压
夏季,北半球:
陆地两个低压中心:
亚洲低压、北美低压
南半球:
陆地形成三个高压:
南美高压、南非高压、澳大利亚高压
季风:
将大范围风向随季节而有规律转变的盛行风称为季风(monsoons)
一、季风的成因和分布:
1、海陆分布而引起:
海陆季风
成因:
主要是由于海陆热力差异引起的。
冬季,大陆高压发展,而海洋则为低压控制,水平气压梯度由大陆指向海洋,因此形成了从陆地吹向海洋的冬季风。
夏季,则相反,大陆低压发展,海洋为高压控制,水平气压梯度由海洋指向陆地,因此形成了从海洋吹向陆地的夏季风。
分布:
凡是海陆之间温差大的地方,海陆季风就最盛。
全球季风最强的区域在热带和副热带。
这是因为在赤道附近海陆温度差异终年很小。
纬度增高,海陆温度差异增大,季风势力增强。
但至中纬度以上,气旋活动增多,风向变化复杂,季风规律性便受到扰乱。
2、行星风带的季节性位移:
行星季风
成因:
全球五个风带在北半球夏季向北移动,南半球夏季向南移动。
分布:
行星季风在赤道和热带地区最明显。
例如,在北太平洋,冬季受北半球NE信风控制;夏季南半球的SE信风带越过赤道,在地转偏向力的作用下变成SW季风。
3、青藏高原等大地形的作用:
青藏高原的平均高度是4KM,东西宽度3000KM,南北长约1600KM,这样一个面积庞大的高原凸出在自由大气层中,除引起动力作用外,它在夏季的热源作用和冬季的冷源作用都是不可忽视的。
它的存在对维持和加强南亚夏季风起了重要作用,是西南季风较强的重要原因。
冬季由于其阻挡作用,冷空气进入南亚后强度明显减弱,因此,南亚冬季季风强度较弱。
二、季风在世界各地的分布:
一)、亚洲季风:
亚洲季风是世界上最强盛的季风,范围最广。
根据成因和特征分为东亚季风区和南亚季风区。
1、东亚季风:
主要因海陆热力差异而形成,是世界上最强盛的海陆季风。
范围包括我国东部、朝鲜、日本等地区和附近海域。
冬季:
西伯利亚高压盘据着亚洲大陆,寒潮和冷空气不断爆发南下,高压前缘的偏北风就成为亚洲东部的冬季风。
由于所处高压部位的差异,各地冬季风风向由北向南依次为NW、N、NE风。
例如,渤海、黄海、东海北部和日本海附近海面多为NW风;东海南部和南海多为NE风,东北信风也因而加强。
风力一般5~6级,寒潮南下时,最大风力可达8~9级。
冬季风盛行时的天气:
低温、干燥、少雨。
夏季:
亚洲大陆为热低压,同时西太平洋副热带高压北上西伸,这两个高、低压之间的偏南风成为伸向亚洲东部的夏季风。
它的风向在中国东部和日本附近洋面吹SE风,但在华南沿海、南海和菲律宾附近多为SW风。
夏季风强度比冬季风弱,海上一般3~4级。
夏季风盛行时的天气:
高温、潮湿、多雾、多雨。
2、南亚季风:
主要因行星风带季节性位移引起,海陆热力性质差异和青藏高原大地形也相当大的影响。
南亚季风以印度半岛和北印度洋表现最为突出,又称印度季风。
冬季:
行星风带南移,赤道低压带移到南半球,亚洲高压强大,其南部的东北风就成为亚洲南部的冬季风。
因亚洲南部远离大陆高压中心,并有青藏高原的阻挡,再加上印度半岛面积相对较小,纬度较低,海陆之间气压梯度较弱,所以冬季风不强。
自11月至次年4月,北印度洋在东北季风控制下,风力一般为3~4级左右,被称为北印度洋航海的“黄金季节”
夏季:
北印度洋盛行西南季风特别强盛,成为世界海洋上最著名的狂风恶劣区之一。
为什么?
①夏季,亚洲南部增温强烈,形成高温低压区,低压中心位于印度半岛北部。
而此时南半球为冬季,澳大利亚高压发展,并与南印度洋副热带高压合并加强,位置偏北,使北印度洋地区气压梯度加大,盛行西南风。
②与此同时,南半球的东南信风越过赤道进入北半球之后,受地转偏向力作用转变为西南风。
③来自南半球索马里的低空急流,沿海北上经阿拉伯海到印度,它的风速经常在25~50m/s,此急流每年6~8月最盛,正好与SW季风最盛期一致。
以上三个原因引起的SW风叠加在一起,造成了北印度洋夏季的西南季风特别强大,成为世界最著名的狂风恶劣区之一。
一般从5月起小型船只就停止在该海区航行,从7月初至8月末,西南季风常达8~9级以上,并伴有暴雨,给船舶的安全航行造成了一定的困难。
东亚季风与南亚季风的比较:
成因不同外,其性质也不相同。
①强度:
南亚,冬季风较弱,而夏季风较强;东亚,冬季风强于夏季风。
②发生快慢:
南亚夏季西南季风来得很快,气象学上称为季风爆发。
东亚夏季风到来很慢;相反,冬季风来得很快,大约不到一个月,即能从渤海扩展的南海。
二)、北澳、印尼和伊里安的季风:
南半球夏季:
盛行NW季风。
南半球冬季:
吹SE季风。
三)、西非的季风:
从塞内加尔到塞拉里昂的西非沿岸(在北半球)。
1、夏季(5~8月):
盛行SW季风,天气潮湿多雨。
2、冬季:
盛行NE季风,天气干燥少雨。
四)、北美与南美季风:
北美大陆东岸与南岸季风类似,其中“得克萨斯”最为明显。
冬季:
盛行N风,强大而寒冷,爆发时能影响墨西哥湾沿岸。
夏季:
盛行S风
南美,只有巴西东海岸有较明显的季风,从布立科角到南回归线,7月份为东南风,1月份则为东北风或东风
一、海陆风(seaandlandbreeze):
1、海风:
白天,近地面层由海洋吹向陆地的风。
陆风:
夜间,近地面层由陆地吹向海洋的风。
海陆风:
在海岸附近,白天吹海风,夜间吹陆风。
这种具有明显日变化的风,称为海陆风。
2、海陆风的形成:
由于环流热力差异而形成的一种小范围的热力环流。
3、海陆风的特点:
①海陆温差越大,海陆风发展越强。
因此在地面气温日较差大的地区和季节,海陆风现象明显。
在低纬地区,一年四季均可出现;在中纬地区,海陆风主要出现在夏季;在高纬地区,只有夏季晴朗的日子才能见到微弱的海陆风。
②海风比陆风强。
海风可达3~4级,陆风只有1~2级。
③海风的水平范围和垂直厚度也比陆风大。
在热带地区,海风可深入内陆50~100KM,而陆风入海距离不超过10KM。
在热带地区,海风的垂直厚度可达1KM,而陆风一般不超过0.5KM。
④海风和陆风的转换时间随地区和天气条件而异。
通常,海风始于8~11时,到13~15时最强,日落后明显减弱,20时后转为陆风。
如果阴天,海风出现的时间要向后延迟,有时到中午12时左右才出现,强度也明显减弱。
在海陆风交替时可暂时出现静风,因此在低纬地区,特别是傍晚无风时,使人有异常闷热之感。
⑤海陆风通常出现在大范围气压场比较均匀,即等压线比较稀疏的天气形势下。
当大范围气压场的气压梯度较大时,海陆风往往被这种大范围的风场所掩没。
二、山谷风(mountainandvalleybreeze):
1、山风:
夜间,自山顶沿山坡吹向谷底的风,称为山风。
谷风:
白天,自谷底沿山坡吹向山顶的风,称为谷风。
山谷风:
在山区,白天吹谷风,夜间吹山风,这种具有明显日变化的风,称为山谷风。
2、山谷风的形成:
由于山顶和谷底的热力差异而形成的局部小环流。
3、山谷风的特点:
①谷风一般在日出后9~10时开始,午后最强;日落后山风开始,逐渐增强,到日出前最强。
②在背阴的峡谷中,谷风出现的时间会向后延迟,持续时间也会缩短。
③通常,谷风比山风强些。
④山谷风在夏季较明显,冬季较弱。
在我国沿海,不少港口都能观测到明显的海陆风。
有些港口因受地形影响,海陆风和山谷风往往同时出现。
例如,秦皇岛和连云港。
两者叠加的结果使白天吹向岸风(海风+谷风);夜间吹离岸风(陆风+山风)
三、季风与海陆风的区别:
1、季风随季节而变化;海陆风呈日变化。
2、季风是大范围地区性风;而海陆风是沿岸局部地区的风。
3、季风风力较大;而海陆风风力较小。
4、季风高空没有明显的反向环流;而海陆风却形成明显的反向小环流。
一、海流概述:
1、定义与单位:
海流:
又称洋流,它是海洋中大规模的海水以相对稳定的速度所作的定向流动。
海流是矢量。
流向:
是指流的去向。
流速:
单位:
kn节
2、海流的分类:
★按海流成因分:
⑴风海流:
在海面风的作用下形成的海水流动,又称风流。
形成:
当风向不变的风持续(一般6h以上)吹过海面时,对海面产生一种切应力,在这个力的作用下,表层海水开始沿风的去向流动。
流动一开始,海水便受到地转偏向力和下层静止海水对水层流动海水的粘滞作用。
当切应力、摩擦力和地转偏向力达到平衡时,便形成了稳定的海流。
特点:
①风海流是海洋上最主要的海流其强度比其它海流强很多。
②流向:
在远离海岸的深海中,由于An的作用,表层风海流的流向在北半球偏于风的去向之右约45︒; 南半球则相反,偏于风的去向之左45︒。
在浅海中,流向与水深、摩擦深度有关,当水深很浅时,流向与风向几乎一致。
③流速:
无限深海表层流速与海面风速成正比,与所在纬度正弦的平方根成反比。
⑵梯度流:
由于某种原因,引起海水等压面发生倾斜,使海水受到水平压强梯度动力作用而发生运动。
但运动一开始,An将随之起作用,直到水平压强梯度力和An达到平衡时,所形成的海流,叫梯度流。
由于引起等压面倾斜的原因不同,梯度流又可分为密度流和倾斜流:
①密度流:
一般情况下,海水密度取决于温度和盐度。
通常在海洋中温度变化比盐度变化大得多,所以,海水密度主要取决于温度。
高温海区,海水密度小,等压面高;低温海区,海水密度大,等压面低,从而导致等压面由高温海区向低温海区倾斜,因而产生了密度流。
在北半球,密度小的高温水域,位于海流流向的右侧;密度大的低温水域,位于流向的左侧。
南半球反之。
②倾斜流:
是指在不均匀的外压场作用下的梯度流,如:
海洋上大气压分布不均匀;大河入海口或迎风的海边,它们引起的海水不均匀堆积,使海面(等压面)发生倾斜,从而产生倾斜流。
⑶补偿流:
海水的流动具有连续性,某处的海水流失,则必有其它海区的海水流来补偿,这种流称为补偿流。
补偿流有水平方向的,也有垂直方向的。
⑷潮流:
由于日、月引力所引起的潮涨潮落所伴随的海流。
★按海流温度属性分类:
⑴冷流:
海流的水温低于它所流经海域的水温,称为冷流,又称寒流。
通常,由高纬流向低纬的海流为冷流。
⑵暖流:
海流的水温高于它所流经海域的水温,称为暖流。
通常,由低纬流向高纬的海流为暖流。
⑶中性流—海流的水温与它所流经海域的水温基本一致,称为中性流。
通常,沿东西方向流动的海流多属中性流。
★按海流方向与海岸的相对关系分类:
⑴向岸流 ⑵离岸流 ⑶沿岸流
二、世界大洋海流模式:
世界各大洋的表层流以风海流为主,其形成受控于海面风场。
1、信风流:
形成:
在稳定的NE信风和SE信风作用下,形成了两支强大的信风海流,分别称为北赤道流和南赤道流。
特点:
①自动向西流动,横贯大洋。
②宽度2000KM
③流速0.5~1kn,靠近赤道一侧较大,可达1~2节。
④属中性流。
位置:
南、北赤道流的位置并不以赤道为对称,而是稍稍偏北。
只有南印度洋的南赤道流位于10︒S与南回归线之间。
北印度洋海流仅在冬季出现。
2、赤道逆流:
形成:
由于南、北赤道流抵达大洋西岸时,受大陆的阻挡分支而成。
赤道逆流在大洋东岸分支又分别汇入南、北赤道流。
特点:
①;流速1kn左右,最大可达3kn。
北半球冬季较弱,只有0.5kn左右。
②自西向东流,属中性流。
位置:
在南、北赤道流之间,其位置与赤道无风带一致,偏于赤道以北,约在3︒~5︒N到10︒~12︒之间。
3、西边界流:
形成:
南、北赤道流到大洋西岸后分支,小部分向南汇入赤道逆流,大部分则转向高纬一侧,沿大陆的边缘流动,成为近岸水系和大洋水系之间的边界,称为边界流。
在大洋西部,当海水从赤道向高纬流动时,An也逐渐增大,使流不断向东偏转。
在各大洋中所有强大的海流都集中在大洋的西部边缘,如黑潮、湾流等。
特点:
①来自热带海洋,水温高,属暖流。
②流速较大。
4、西风漂流:
形成:
西边界流在An作用下不断向右偏转,进入西风带后加上西风作用,便形成了基本自西向东流动的西风漂流。
特点:
①由于西风漂流是在暖性的西边界流的基础上形成,因此,西风漂流仍然属暖流。
②南半球无大陆阻挡,形成一个连续水环,使三大洋西风漂流彼此沟通.
5、东边界流:
形成:
西风漂流在大洋东岸的分支向低纬流去,最后汇入赤道流。
特点:
与西边界流比较:
①流动缓慢,平均约0.5kn以下;
②幅度宽广;
③影响深度较浅;
④属冷流。
6、高纬的冷水环流:
形成:
北半球的西风漂流到达大洋东岸向高纬的分支是一暖流,进入极地东风带后,在风系和岸形的影响下,先向西然后在大洋西部折向南行,具有冷流性质。
它在大约40︒附近与西风漂流汇合,构成一个反时针的小循环。
特点:
①海水温度较低,特别是大洋西岸,冬季结冰,春季多浮冰和冰山。
②属冷流系统。
7、南极海流:
在南极因陆地少,三大洋在西风带里相互连接,西风强劲,相应而形成的自西向东的西风漂流,没有出现顺时针方向的小循环,仅在南极大陆周围出现了受极地东风影响而产生的自东向西的南极海流,这种海流常被南极岸形和其它因素影响而发生的地方性海流所切断。
总之,实际海洋主要环流系统的形成是盛行风带、地转偏向力、海陆岸形分布等因子共同作用的结果。
三、世界各大洋的海流概况:
㈠、太平洋:
1、北太平洋:
中低纬度的暖水环流
1) 北赤道流:
流速较小(0.5~0.7节),属中性流
2)黑潮:
流速较大(2~2.5节),属暖流。
黑潮(Kuroshio)由北赤道流在菲律宾东方转变而成。
从台湾东方到35︒N处.
①台湾东方:
宽度150n.mile,流速1~1.5kn。
②越过台湾与那国岛之间进入东海:
宽度变窄,约80.mile;流速增加至2~2.5kn。
③在九州岛西南海域分出一支对马海流;另一支经吐噶喇群岛流出东海,并沿着日本群岛向东北方向流动。
在九州岛东方,宽度约80.mile,流速2~2.5kn。
在四国岛外海与一支从琉球群岛东侧北上的支流汇合,流速急增,表层流速达3~4kn,宽度约110n.mile,且最大流速距岸只有50KM。
④黑潮在40︒N附近与北方南下的亲潮汇合,一起向东流去成为北太平洋海流。
3)加利福尼亚海流:
流速较小,属冷流。
4)北太平洋海流:
较宽,流速小,属中性流
中高纬海域的反时针冷水环流
1) 阿拉斯加暖流
2) 阿留申海流
3) 亲潮
亲潮(Oyashio):
白令海海流和来自北冰洋经白令海峡流出的冷流一起,沿大陆东岸南流,沿途汇合了来自鄂霍次克海、千岛附近的海冰融化而成的海水南下,形成了北太平洋上水温最低的冷流。
特点:
①冬春势力强,流速约0.5~1kn;夏季势力较弱。
南赤道海流:
属中性流。
②在北海道东南大约40︒N处与黑潮汇合。
2、南太平洋:
主要是一个反时针环流:
1) 东澳暖流:
流速1kn。
2) 西风漂流:
属冷流。
3) 秘鲁冷流:
很宽,流速0.5kn
3、太平洋的赤道逆流:
南、北赤道流之间,约3︒~5︒N间。
自东向西流动的中性流,流速0.5~1kn。
㈡、大西洋:
1、北大西洋:
中低纬的暖水海流:
1) 北赤道流:
属中性流。
2) 墨西哥湾暖流
简称湾流(Gulfstream):
是世界上最强大的暖流。
①湾流的宽度很窄。
②流速很大,在佛罗里达海峡处大于4kn的流速并不少见。
③湾流水温很高。
在密西西比河口附近,夏季可达37℃,在墨西哥湾口处
表面水温也可达30℃。
④湾流通过格兰德浅滩后,稍稍散开,在40︒N附近向东北横过北大西洋。
3)北大西洋海流:
特点:
①属暖流性质,水温比周围海水高8~10℃,把大量的热量向北输送,对欧洲的气候产生重大影响,使爱尔兰岛成为“海中绿岛”,使不列颠沿岸绿树常青。
西欧和北欧的冬季气温比同纬度的亚洲大陆东岸也要高10℃左右。
②流速约1~1.3kn。
4)加那利冷流
中高纬的逆时针环流:
1) 爱尔明格海流
2)拉布拉多冷流:
是沿北美东岸南下的强冷流,发源于北极水域,水温很低,并将格陵兰的冰川崩解而成的大量冰山和流冰带往纽芬兰浅滩。
2、南大西洋:
主要是一个反时针的暖水环流:
1) 南赤道海流
2) 巴西暖流
3) 西风漂流
4) 本格拉冷流
整个南大西洋的西风漂流都属冷流性质。
西风漂流通过合恩角后,有一支沿南美东岸北上的海流,称为福克兰海流,这是一支夹带着冰山的冷流。
3、大西洋的赤道逆流:
在南、北赤道流之间,大约3︒~10︒N间。
自西向东流动,最后流入几内亚湾,称为几内亚海流.
㈢、印度洋:
1、北印度洋:
盛行季风流。
冬季:
(10月至次年3~4月)NE季风期,形成主要西南流。
特点:
①东北季风下的西南流与赤道逆流相接,从而形成北印度洋冬季反时针方向的环流流系。
②季风流的流速在苏门答腊附近约2kn,在斯里兰卡南部2.5kn,在索马里东部为2~3kn。
夏季:
(5月~9月)北印度洋盛行西南季风。
其形成的海流特点如下:
①西南季风形成的海流主要向东或东北方向流动。
②南赤道流越过赤道在An作用下,变成东北流,因此赤道逆流消失。
③西南季风下的东北流与南赤道流构成一个顺时针方向的环流流系.
2、南印度洋:
基本符合南大洋海流模式,主要的表层海流为一个反时针方向的环流系统。
由以下四支海流组成:
南赤道流:
北界通常在6︒S~10︒S之间,流速1.5kn~2.5kn。
马达加斯加海流→莫桑比克海流→厄加勒斯海流(较稳定)
西风漂流:
属冷流性质。
西澳海流:
属冷流性质。
3、印度洋的赤道逆流:
冬季,存在赤道逆流,由南赤道海流的向北分支形成夏季,不存在赤道逆流。
(因盛行强盛的SW季风)
㈣、红海和亚丁湾的海流:
属季风流。
红海和亚丁湾的海流受季风影响。
东北季风期,亚丁湾是西向流,流速1.0~1.5kn,通过曼德尔海峡进入红海;
西南季风期,亚丁湾是东向流,流速达2.0kn,红海海流经曼德尔海峡流入亚丁湾。
㈤、
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