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vts第六章气象
第六章气象
第一节气象要素的基本概念
一、气温
1、定义:
气温是表示空气冷热程度的物理量。
2、温标
温度的度量单位称为温标。
常见的温标有三种,分别为摄氏温标、绝对温标和华氏温标。
它们的规定见表6-1。
表6-1:
三种温标标准
温标
水的冰点
水的沸点
摄氏温标
0oC
100oC
绝对温标
273K
373K
华氏温标
32oF
212oF
三种温标的换算关系如下:
(1-1)
(1-2)
K=C+273或T=C+273(1-3)
二、气压
1、定义:
单位截面上大气柱的重量称为大气压强,简称气压。
2、单位
在国际单位制中,气压的单位为百帕(hPa)。
过去使用毫米水银柱高(mmHg)作为气压单位。
hPa和mmHg两单位之间有如下关系:
1hPa=3/4mmHg或lmmHg=4/3hPa
三、大气湿度
1、定义:
空气湿度是表示空气中水汽含量多少或潮湿程度的物理量。
2、表示方法
(1)绝对湿度a
单位容积空气含有的水汽质量称为绝对湿度。
单位为g/cm3或g/m3。
(2)水汽压e
大气中水汽所引起的那一部分压强称为水汽压。
单位与气压单位相同,采用百帕(hPa)或毫米水银柱高(mmHg)。
在气温一定时,饱和空气的水汽压称为饱和水汽压,用E表示。
(3)相对湿度f
实际水汽压与同温度下饱和水汽压之比,称为相对湿度,用百分数表示:
(4)露点温度td
当空气中的水汽含量不变且气压一定时,降低温度,使空气刚好达到饱和时的温度称为露点温度,简称露点。
(5)气温与露点差t-td
当t-td>0时,表示空气未饱和,其差值越大,表示空气距离饱和的程度越远;差值越小,表示空气距离饱和的程度越近。
t-td=0时,表示饱和。
t-td<0时,表示过饱和。
四、风
空气相对于地面或海底的水平运动称为风。
风是矢量,既有大小,又有方向。
1、风速
风速是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)和节(kn)。
它们之间的关系为:
1m/s≈2kn
2、风力
根据风对地面物体或海面的影响程度,定出风力等级。
目前国际上采用的风力等级是英国人蒲福于1808年拟定的,故称蒲氏风级。
当时将风级划分为0~12级共13个等级。
1946年风力等级又有修改,将风级增至0~17级共18个等级。
实际中所使用的风级是0~12级,见表6-2。
表6-2:
风力等级表
风级
风名
相当风速
海面状况
海面浪高(m)
海面征象
kn
m/s
中数(m/s)
一般
最高
0
无风
Calm
<1
0—0.2
0
平如镜子
Calm-glassy
—
—
海面像镜子一样平静(无浪)
1
软风
Lightair
1—3
0.3—1.5
1
微波
Calm-rippled
0.1
0.1
海面有波纹,但还没有白色波顶
2
轻风
Lightbreeze
4—6
1.6—3.3
2
小波
Smooth-
Wavelets
0.2
0.3
波浪纹虽小,但已明显,波顶透明象玻璃,但不碎
3
微风
Gentlebreeze
7—10
3.4—5.4
4
小浪
Wavelets
0.6
1.0
波较大,波顶开始分裂,泡沫有光,间断见到白色波浪
4
和风
Moderatebreeze
11—16
5.5—7.9
7
轻浪
Slight
1.0
1.5
小浪,波长较大,往前卷的白碎浪较多,有间断的呼啸声
5
清风
Freshbreeze
17—21
8.0—10.7
9
中浪
Moderate
2.0
2.5
中浪,波浪相当大,白碎浪很多,呼啸声不断,间或有浪花溅起
6
强风
Strongbreeze
22—27
10.8—13.8
12
大浪
Rough
3.0
4.0
开始成大浪,波浪白沫飞布海面,呼啸声大作(可能有少数浪花溅起)
7
疾风
Neargale
28—33
13.9—17.1
16
巨浪
Veryrough
4.0
5.5
海面象由波浪堆积而成,碎浪的白泡沫开始成纤维状,随风吹散,飞过几个波顶
8
大风
Gale
34—40
17.2—20.7
19
狂浪
High
5.5
7.5
中高浪,波长较长,随风吹起的纤维状更明显,呼啸声更大
9
烈风
Stronggale
41—47
20.8—24.4
23
狂涛
7.0
10.0
高浪,泡沫状纤维更加明显,呼啸声更大
10
狂风
Storm
48—55
24.5—28.4
26
Veryhigh
9.0
12.5
大高浪,波浪成长形突出,纤维状泡沫更为浓厚,并成片状。
海浪颠簸好象槌击,浪花飞起带白色,能见度受影响
11
暴风
Violetstorm
56—63
28.5—32.6
31
非凡现象
Phenomenal
11.5
16.0
特高浪,中小型船舶在海上有时可能被浪所蔽。
波顶边缘被风吹成泡沫,能见度大减
12
飓风
Hurricane
≥64
≥32.7
-
14.0
-
空气充满泡沫和浪花,海面因浪花的飞起成白色状态,能见度剧烈降低
3、风向
风向是指风的来向,常用16方位或方位度数表示。
图6-1:
风向表示法
五、云
云是由大量的小水滴、小冰晶或两者的混合物组成的悬浮在空中的可见聚合体。
六、能见度
在海面上,正常目力所能见到的最大水平能见距离,称为海面能见度,以km或nm表示。
雾是影响海面能见度最主要的因子,其他如沙尘暴、烟、雨、雪和低云也会使能见度变得恶劣。
七、气团与锋的概念
1、气团
在水平方向上物理属性(主要指温度、湿度和稳定度)比较均匀的大块空气,称为气团。
气团的水平范围可达几百到几千公里,垂直范围可达几公里到十几公里。
2、锋
在大气中温度不同的两个气团之间的狭窄过渡带称为锋。
在它的两侧,气象要素有很大的差异。
锋的水平宽度在近地面层中约数十公里,在高层可达200~400公里,或者更宽一些。
锋的长度可延伸数百至数千公里。
八、气旋与反气旋的概念
1、气旋
在北半球,逆时针方向旋转的大型水平空气涡旋称为气旋;在南半球,顺时针方向旋转的大型水平空气涡旋称为气旋。
2、反气旋
在北半球,顺时针方向旋转的大型水平空气涡旋称为反气旋;在南半球,逆时针方向旋转的大型水平空气涡旋称为反气旋。
低压和气旋或高压和反气旋是同一天气系统的两个不同名称,低压和高压是从气压场角度;气旋和反气旋是从流场角度。
除低纬度地区外,一般两者可以互相通用。
第二节寒潮概念及预测
一、寒潮的概念及产生的原因
1、寒潮的概念
寒潮是一种大规模强冷空气的南下活动。
由于这种冷空气来势凶猛,如汹涌澎湃的潮水一样,所以我国气象工作者把它称为寒潮或寒潮爆发。
在国际上也称为“寒流”或“冷波”(Coldwave)。
(1)标准:
过去中央气象台发布寒潮警报的标准是:
一次冷空气活动,在24h内气温剧降10oC以上,同时最低气温降至5oC以下。
(2)补充规定:
一次冷空气活动,使长江中下游及以北地区48h内降温10oC以上,长江中下游(春季为江淮地区)最低气温降至4oC或以下,陆上有3个大区伴有5—7级大风,渤海、黄海、东海先后有6-8级大风,称为寒潮。
2、寒潮的爆发两个基本条件:
(1)有冷空气的酝酿和聚集。
(2)是要有引导冷空气侵入我国的合适流场。
绝大多数寒潮天气过程都与大气长波调整——东亚大槽的重建相联系,槽后的西北气流引导强冷空气一次次爆发南下。
二、寒潮过程的天气特征
寒潮是大规模的强冷空气活动过程,在地面天气图上表现为强冷高压的南下,寒潮天气非常剧烈,尤其是冷高压前缘的强冷锋附近,出现剧烈降温和大风,有时还伴有雨、雪或霜冻。
在高纬海上航行的船舶,除可遭遇大风浪外,还容易引起船体积冰等危害。
1、寒潮冷锋过境前,一般吹偏南风,风力较弱,天气相对较温暖。
2、冷锋一过境,风向转为偏北,气压急剧上升,气温急降,湿度变小。
(1)若冷锋南下快,风向一旦转北,风速立即增大,表现为冬季二型冷锋特征,锋前多层状云,云层由高云向低云演变,有不宽的连续性降水。
南部海区由于暖空气湿度大,锋线附近的云和降水比较多,有时还有阵性降水。
(2)若冷锋南下慢,风向转北后风力逐渐增大,最大风力常出现在冷锋过境后3h左右,具有一型冷锋的天气特征,锋后出现层状云系和连续性降水。
寒潮大风在海上一般为6-8级,最大可达10-11级,能激起很高的海浪。
渤海、黄海、东海北部多为西北到北风,东海南部和南海多为东北风。
大风持续时间一般为1-2天,有时在2天以上。
三、我国海区受寒潮影响的特征
1、黄渤海
黄渤海海区的寒潮,一般发生在11月至次年3月,约有6~7次。
主要集中在11月至次年2月,平均每月有1~2次,3、4月份冷空气势力已经减弱,寒潮次数减少,个别年份5月初还有寒潮南侵。
强烈的寒潮可以产生10级以上大风,若在低压系统配合下,大风可维持数日,气温急剧下降,在24小时内气温下降10oC以上,最低气温降到5oC以下,严冬的寒潮侵袭会造成沿岸部分海区的冰冻现象。
除寒潮外,在冬半年还有强度较弱的冷空气活动,可出现6~7级大风,气温有明显下降,或伴有雨雪、冰霜等现象,这种弱冷空气南侵要比寒潮频繁得多,在9月至次年5月约有30次。
2、东海
影响东南沿海的冷空气,一般年份出现在9月至次年5月,盛行于10月至次年4月。
东海海区冬半年受寒潮侵袭的次数约有6~7次。
10月因冷空气势力还不十分强,寒潮少见。
侵袭东海的寒潮主要集中在11月至次年2月间,月平均1~2次,3、4月份冷空气势力已经减弱,每月0~1次,个别年份最晚在5月初还有寒潮南侵。
冬半年的小股冷空气活动比寒潮频繁得多,常使海区出现6级以上强风,并有显著的降温,有时伴有雨雪、冰、霜等天气现象。
东海年平均有30次冷空气活动,其中9月1次,10月3次,11月至次年的3月平均每月有4~5次,4月3次,5月1次。
3、南海
9月至次年5月不同强度的冷空气侵袭南海,造成6级以上大风,有时伴有降温、降水和雾等。
据1960~1990年资料统计,影响南海的冷空气年平均为49.5次,月平均为5.5次。
其中11月至次年3月最多,占总数的69.9%;4月和10月次之,平均4~5次;5月和9月最少,只有2~3次。
平均每年有强冷空气6.9次,占13.9%;中等冷空气11.6次,占23.4%;弱冷空气31.0次,占62.4%。
强冷空气主要出现在11月至次年3月,这个时期的强冷空气占全年的82.6%。
影响南海的冷空气有3条路径:
(1)东路从河北向东南移动,穿过台湾海峡进入南海。
东路冷空气对粤东影响最大,常造成7~8级大风,并向西影响到湛江和琼州海峡一带,风力5~6级,阵风7级。
冷空气南下时有明显的降温现象。
东路冷空气最多,占全部的49.1%。
(2)中路从河套南下,越过南岭,进入南海。
中路冷空气较强,南下时有明显的降温现象。
中路冷空气较多,占全部的30.3%。
(3)西路从青藏高原东侧南下,进入广西,先影响到北部湾,后东移至海南岛以东海面,南下时有明显的降温现象。
西路冷空气最少,只占全部的20.6%。
第三节我国热带气旋的分类以及和其它国家的分类方式
一、热带气旋概述
热带气旋是发生在热带洋面上的一种强烈的暖性气旋性涡旋,是对流层中最强大的风暴系统,被称为“风暴之王”。
热带气旋来临时,会带来狂风暴雨天气,海面产生巨浪和暴潮,经常造成生命财产的巨大损失,严重威胁海上船舶安全。
1、热带气旋的等级和名称
(1)西北太平洋(2006年6月15日正式实施)
名称
英文缩写
风力
风速
热带低压
TD
6~7级
21~33kn
热带风暴
TS
8~9级
34~47kn
强热带风暴
STS
10~11级
48~63kn
台风
T或TY
12~13级
64~80kn
强台风
STY
14~15级
81~99kn
超强台风
SuperTY
≥16级
≥100kn
(2)东北太平洋和大西洋
名称
英文缩写
风力
风速
热带低压
TD
≤7级
≤33kn
热带风暴
TS
8~11级
34-63kn
飓风
H
≥12级
≥64kn
该地区将飓风按强度由小到大划分为F1~F5级。
(3)孟加拉湾和阿拉伯海
名称
英文
风力
风速
低气压
Depression
≤7级
≤33kn
热带风暴
Cyclonicstorm
≥8级
≥34kn
(4)南半球
名称
英文
风力
风速
热带扰动
TropicalDisturbance
≤7级
≤33kn
热带气旋
TropicalCyclone
≥8级
≥34kn
2、热带气旋编号和命名
在2000年之前,我国中央气象台对发生在180oE以西、赤道以北的西北太平洋(包括南海)上近中心最大风速≥34kn(8级)的热带气旋,从每年1月1日起按其出现的先后顺序进行编号,如9914号表示1999年第14个热带气旋。
从2000年1月1日我国和许多亚太国家对西北太平洋热带气旋进行统一编号和命名,所用名字根据“台风委员会西北太平洋和南海热带气旋命名表”。
3、热带气旋移动路径
在西北太平洋,热带气旋的常规路径大致有三条(见图6-2):
①西行路径,热带气旋经过菲律宾或巴林塘海峡、巴士海峡进入南海,西行到海南岛或越南登陆。
有时,进入南海西行一段时间后会突然北抬到广东省登陆。
沿此路径的热带气旋对中国华南沿海地区影响最大。
②西北(登陆)路径,热带气旋从菲律宾以东向西北偏西方向移动,先在台湾省登陆,以后穿过台湾海峡再在福建省登陆;或者向西北方向经琉球群岛在江浙一带登陆,最后在中国大陆上消失。
此路径的热带气旋对中国华东地区影响最大,对内陆也有不同程度的影响。
③转向路径,热带气旋从菲律宾以东海面向西北移动,在20o-30oN之间转向东北方,向日本方向移动,路径呈抛物线状。
这条路径一般对我国影响较小,但若转向点靠近我国大陆时,则对中国东部沿海地区影响最大。
通常6月前和9月后的热带气旋主要走①、③路径,7、8月主要走②、③路径。
除常规路径外,热带气旋还可能走成如打转、蛇形、突然折向、回旋等异常路径,这些异常路径基本出现在热带气旋转向前。
图6-2:
西北太平洋热带气旋移动路径
三、热带气旋天气结构
成熟的热带气旋内部气压、温度、风和云等气象要素常环绕台风中心近于圆形对称分布。
台风的直径一般在600-1000km,其垂直高度可伸展到对流层上部,个别可达平流层下部(15-20km),其垂直尺度与水平尺度的比值约为1:
50,因此可把台风近似看作扁圆形气旋性涡旋。
根据热带气旋的天气结构可分为外圈、中圈和内圈。
1、外圈(外围区)
风力由台风边缘向内增大,一般在8级以下,呈阵性。
当接近台风低压环流外缘时,气压开始缓慢下降,风速渐增。
高空出现辐射状卷云、卷层云和日月晕环,夜间星光闪烁,能见度特别良好。
进入外圈后,气温升高,湿度增大,天气闷热。
气压继续下降,离台风中心越近,气压下降越快,水平气压梯度越大,风速增大越快。
云层逐渐增厚,天色越来越黑。
中空出现高积云和高层云。
低空出现塔状层积云和浓积云,当它们被风吹散后便成为所谓的“飞云”或“猪头云”,随风向前疾驶。
出现高层云时,开始下雨,并逐渐增大。
在离台风1000—2000公里的地方,海面会出现涌浪。
在离台风中心400公里的地方,会出现台风直接影响下的风浪,浪高由外向内增大,为中到大浪。
2、中圈(涡旋区)
风力一般在8级以上,风力向台风中心急速增大,并在台风眼壁处达最大,最大风速一般可达60—70m/s,有时甚至超过lOOm/s,并带有阵性。
台风中心附近围绕眼区的最大风速带,宽度平均为10-20km,是台风破坏力最猛烈、最集中的区域。
在涡旋区内,进入8—9级风圈后,气压急剧下降,天空被浓厚灰暗且不规则的雨层云所遮蔽,开始下大雨到暴雨。
雨层云和外圈的多种云系组成螺旋云带旋向台风眼壁。
进入10-12级风圈后,即进入台风云墙区,水平气压梯度迅速增大,气压几乎直线下降,每小时可下降10-30hPa。
在10-12级风圈内,对流上升运动强烈,产生浓厚乌黑高大的积雨云,这些积雨云常组合成宽数十公里、高达8—9km的环状垂直云墙,成为台风眼壁,云墙下倾盆大雨,能见度恶劣,是台风中最大降水所在之处。
海面产生巨大的风浪,浪高都在5米以上,强的台风可达10米以上。
强烈的波浪给海上船舶航行造成极大的影响和危害。
3、内圈(台风眼)
直径一般为10—70km,多呈圆形,也有呈椭圆形的。
进入眼区后,气压降到最低,不再明显下降。
风速向中心迅速减小,有时甚至静风。
暴雨立刻停止,低云基本消散,天空豁然开朗。
台风眼虽然风很小,但海况却非常恶劣,海面会出现巨大跳动的三角浪(金字塔浪),对船舶危害特别严重。
图6-3台风的云系结构
四、船舶防抗热带气旋应采取的措施
1、通过各种手段接受台风相关信息,及时判断台风动态,尽早避离或选择避风锚地。
2、遭遇台风的避离方法
(1)危险半圆避离法
在北半球,台风路径的右半圆,风浪比左半圆大,风向右转,船舶有被卷入台风中心的危险,故称危险半圆。
当船舶陷入危险半圆时,应采取以下措施:
1)采用与台风进路垂直的航向,即以船首右舷15o~20o顶风,全速驶离台风中心;随着风向顺时针方向变化,相应地将航向逐渐向右变动,直至驶离危险区。
如图6-4中的甲船航迹。
2)若风浪十分猛烈或前方有浅滩和陆地阻挡,不能全速驶离时,则可采取船首右舷顶风滞航方法,使船舶基本上处于不退不进的状态;随着台风右转,不断向右调整航向,等待台风前进而避离台风区,如图6-4中甲1、甲2和甲3船航迹。
3)若船舶虽处于危险半圆内,但却离台风进路不远时,确信有足够的时间和较快的船速,则可从前面横穿台风进路,采取船尾右后斜顺浪航行的方法,驶入可航半圆予以避离。
如图6-4中丙1船航迹。
(2)可航半圆避离法
北半球的左半圆较右半圆小,船舶被卷入台风中心的危险少,故称可航半圆。
其避离方法如下:
1)以船尾右舷受斜顺风,全速驶离;船尾受风舷角的大小,一般为15o~30o;同时航向应根据风的逆时针变化而相应向左改向,如图6-4中乙船航迹。
2)若乙船前方有浅滩或陆地阻挡,可采用右舷船首受风,顶风滞航,如图6-4中丁1、丁2和丁3船航迹。
(3)台风进路上的避离法
船舶若观测到风向不变、风力加强和气压下降时,则表明处于台风的进路上,台风中心即将来临。
在北半球应使船尾右舷受风顺航,迅速驶入可航半圆后,依照可航半圆内操作方法进行,如图6-4中丙2船航迹。
图6-4北半球避离台风操船示意图
五、我国海区热带气旋的活动特点
1、黄渤海
影响黄渤海海区的台风主要移动路径有3条:
(1)经过台湾省附近,从厦门和温州之间登上大陆,然后转向北上,在山东半岛和长江口一带出海;
(2)从台湾和冲绳之间北上,经过东海北部进入黄海;(3)从冲绳岛和日本西部之间西进,进入黄海。
根据1884~1986年资料统计,黄渤海台风主要集中在7月~9月,7月是最多的月份。
6月份渤海曾出现过1次台风,黄海北部曾出现过4次台风。
9月下旬以后台风很少袭击本海区。
本海区热带气旋出现频数小,每年约有1个热带气旋影响渤海;约1.4个热带气旋影响黄海。
黄渤海热带气旋年出现频数1~3个之间,最多的年份出现5个,少数年份没有热带气旋出现。
2、东海
根据1949~1992年《台风年鉴》资料统计,通过东海海区的热带气旋共计216个,年平均5个。
热带气旋的影响频数各年之间变化很大,最多的年份可达14个。
自1949~1992年间,在东海区域内直接登陆的热带气旋有216个,登陆时强度为台风的最多,约占44.9%,强热带风暴次之,占26.9%,热带风暴占16.2%,热带低压最少,占12.0%。
表6-3:
1949~1992年东海海区登陆的热带气旋分布情况
月份
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
合计
长江口舟山沿海
0
0
5
10
2
2
0
19
浙闽沿海
1
1
11
11
11
0
0
35
闽南沿海
1
4
21
24
19
4
0
73
台湾西岸
2
3
2
2
2
0
2
13
台湾东岸
1
5
20
22
26
0
1
75
合计
5
13
60
69
60
6
3
216
表6-4:
1949~1992年东海海区登陆的热带气旋强度情况
月份
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
平均
热带低压
2
2
6
9
6
0
1
26
热带风暴
1
1
13
12
7
1
0
35
强热带风暴
1
3
14
20
18
2
0
58
台风
1
7
27
28
29
3
2
97
合计
5
13
60
69
60
6
3
216
本海区5月~11月受热带气旋影响,7~9月为热带气旋盛行期,44年内共有189个热带气旋登陆,占总数的87.5%。
10月份台风终止,个别月份直到11月份也偶有热带气旋影响或侵袭。
3南海
影响南海的台风包括南海生成的台风和从西太平洋生成移入南海的台风两种。
影响南海的热带气旋年平均10.56个,最多年为18个(1952年,1964年),最少年为4个(1998年)。
每月均有可能受热带气旋影响,但主要在6~11月,其中9月最多,最多达6个(1964年9月)。
详细情况见表6-5。
表6-5:
各月影响南海台风统计表(1949~1998年)
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
总数
个数
3
1
3
8
22
44
84
87
97
84
70
25
528
平均
0.06
0.02
0.06
0.16
0.44
0.88
1.68
1.74
1.94
1.68
1.40
0.50
10.56
频率(%)
0.6
0.2
0.6
1.5
4.2
8.3
15.9
16.5
18.4
15.9
13.2
4.7
100
最多个数
年数
1
3
1
1
2
1
2
1
2
6
2
11
5
2
4
3
6
1
4
6
5
1
3
2
18
2
最少个数
年数
0
47
0
49
0
48
0
42
0
35
0
16
0
9
0
5
0
3
0
8
0
10
0
31
5
1
六、掌握辖区防抗热带气旋(台风)预案
第四节雾
雾是大量的小水滴、小冰晶或两者的混合物悬浮在贴近地面的气层中,使水平能见度小于1km或0.5nm的现象,能见度在1~10km之间称为轻雾。
雾是影响海面能见度最主要因素。
一、雾的分类
根据雾的形成原因
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- vts第六章 气象 vts 第六