航海气象学与海洋学课件（精品）.ppt

航海气象学与海洋学航海气象学与海洋学*气象学与海洋学主要是研究发生在大气和海洋中的各种物理现象的本质及其开展演变规律的学科研究对象：三种介质大气、海洋、地壳，两个界面水气界面、水地界面*航海气象学与海洋学是专门研究大气、海水的运动变化规律以及海-气相互作用在航海活动中应用的学科是气象学与海洋学的分科一个优秀的航海者必须懂得如何避离不利天气和尽可能利用有利天气，选择最正确天气航线，从而掌握海上航行的主动权 第一章 气象学根底知识1 1 大气概况大气概况2 2 气温气温3 3 气压气压4 4 空气水平运动空气水平运动-风风5 5 大气环流大气环流6 6 大气湿度大气湿度7 7 空气的垂直运动和大气稳定度空气的垂直运动和大气稳定度8 8 云和降水云和降水9 9 雾和能见度雾和能见度10 10 船舶海洋水文气象观测船舶海洋水文气象观测几个重要的专业术语几个重要的专业术语n大气大气AtmosphereAtmospheren包围地球外表的整个大气层包围地球外表的整个大气层n天气天气 (Weather) (Weather)n指一定区域在较短时间内各种气象要素的综合表现指一定区域在较短时间内各种气象要素的综合表现。

天气表示大气运动的瞬时状态天气表示大气运动的瞬时状态n气候气候 (Climate) (Climate)n指某一区域天气的多年平均特征，其中包括各种气象指某一区域天气的多年平均特征，其中包括各种气象要素的多年平均及极值气候表示长时间的统计平均要素的多年平均及极值气候表示长时间的统计平均结果几个重要的专业术语几个重要的专业术语n气象要素气象要素MeteorologyMeteorologyelements)elements)n反映大气状态的物理量或物理现象，主要有：气反映大气状态的物理量或物理现象，主要有：气温、气压、风、湿度、云、能见度和天气现象温、气压、风、湿度、云、能见度和天气现象( (雨、雨、雪、霜、雷暴、霾、龙卷、露点、冰雹雪、霜、雷暴、霾、龙卷、露点、冰雹) )n海洋要素海洋要素Marine elementsMarine elementsn反映海洋状态的物理量或物理现象如海温、盐反映海洋状态的物理量或物理现象如海温、盐度、海浪、海流和海冰等度、海浪、海流和海冰等第一节第一节 大大 气气n一、大气的组成：一、大气的组成：n大大气气成成分分：主主要要由由多多种种气气体体、水水汽汽和和悬悬浮浮的的杂杂质构成。

质构成n干干洁洁空空气气Dry Dry airair: :除除水水汽汽和和杂杂质质以以外外的的空空气气主主要要成成分分为为氮氮78.09%78.09%、氧氧(20.95%(20.95%、氩氩0.93%0.93%、二氧化碳等二氧化碳等n稀有气体：氢、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧等稀有气体：氢、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧等大大 气气 成成 分分n大大气气是是可可压压缩缩气气体体，大大气气密密度度随随高高度度增增加加而而迅迅速速减减少少观观测测说说明明，1010公公里里以以内内集集中中了了75%75%的的大大气气质质量量，3535公公里里以以下下那那么么达达99%99%，近近地地面面空空气气标标准准密密度度为为1293g 1293g m-3,m-3,大大气气的的总总质质量量为为5.3 5.3 1021g 1021g 其其中中影影响响天天气气、气气候候变变化化的的主主要要大大气气成成分分为为二二氧化碳、臭氧和水汽氧化碳、臭氧和水汽大气中的易变成分大气中的易变成分1. 1. 二氧化碳二氧化碳carbon dioxidecarbon dioxide: :平均含量平均含量0.03%,0.03%,假假设到达，就对人体有害。

二氧化碳能强烈地吸收设到达，就对人体有害二氧化碳能强烈地吸收和放射长波辐射，和放射长波辐射， 对地面和大气的温度分布有重要对地面和大气的温度分布有重要影响，类似温室效应，直接影响气候变迁含量城影响，类似温室效应，直接影响气候变迁含量城市多于农村，夏季多于冬季，室内多于室外市多于农村，夏季多于冬季，室内多于室外大气中的易变成分大气中的易变成分2. 2. 臭氧臭氧ozoneozone：主要存在于：主要存在于20-4020-40公里气层中，又称臭氧层公里气层中，又称臭氧层OzonsphereOzonsphere臭氧是吸收太阳紫外线的唯一大气成分，假设没臭氧是吸收太阳紫外线的唯一大气成分，假设没有臭氧层，人类和动物、有臭氧层，人类和动物、 植物将受到紫外线的伤害植物将受到紫外线的伤害大气中的易变成分大气中的易变成分3.3.水汽水汽vapourvapour：含水汽的空气叫作湿空气：含水汽的空气叫作湿空气wet airwet air空气中的水空气中的水汽含量随纬度、时间、地点而变化汽含量随纬度、时间、地点而变化湿空气在同一气压和温度下，只有干空气密度的大气中水汽含量范湿空气在同一气压和温度下，只有干空气密度的。

大气中水汽含量范围在围在0 04 4，具有固、气、液三态，是常温下发生相变的唯一大气成，具有固、气、液三态，是常温下发生相变的唯一大气成分，它也是造成云、雨、雪、雾等天气现象的主要物质条件分，它也是造成云、雨、雪、雾等天气现象的主要物质条件水汽能强烈地吸收和放出长波辐射，并在相变过程中吸收和放出潜热能，水汽能强烈地吸收和放出长波辐射，并在相变过程中吸收和放出潜热能，对地面和空气的温度影响很大对地面和空气的温度影响很大湿空气的密度为干空气密度与水汽密度二者之和，因水汽密度比湿空气的密度为干空气密度与水汽密度二者之和，因水汽密度比干空气密度小，两者之比为，因此，水汽的存在使实际大气的密度变小干空气密度小，两者之比为，因此，水汽的存在使实际大气的密度变小大气中的易变成分大气中的易变成分4.4.杂杂质质：悬悬浮浮在在空空气气中中的的固固体体或或液液体体微微粒粒，主主要要包包括括尘尘埃埃、烟烟粒粒、细细菌菌、病病毒毒、花花粉粉和和微微小小盐盐粒粒等等它它们们主主要要集集中中在在大大气气的的低低层层，影影响响能能见见度度，能能吸吸收收局局部部太太阳阳辐辐射射，并并对对太太阳阳辐辐射射具具有有散散射射作作用用。

在在水水汽汽相相变变过过程程中中，杂杂质质可可以以作作为为凝结核二、大气的垂直结构二、大气的垂直结构n根据气温、水汽的垂直分布、大气扰动程度和电离现象等不同等根据气温、水汽的垂直分布、大气扰动程度和电离现象等不同等特点，自下而上将大气分为五个层次特点，自下而上将大气分为五个层次P5P5n1. 1. 对流层对流层TroposphereTroposphere：下界为地面，上界随纬度和季节变：下界为地面，上界随纬度和季节变化，平均厚度化，平均厚度10-1210-12公里通常在高纬为公里通常在高纬为6-8Km6-8Km，中纬度，中纬度10-12Km10-12Km，低纬度，低纬度17-18Km17-18Km夏季对流层的厚度比冬季高对流层集中了夏季对流层的厚度比冬季高对流层集中了大气质量的大气质量的8080和全部水汽，与人类关系最为密切，大气中几乎和全部水汽，与人类关系最为密切，大气中几乎所有的物理和化学过程都发生在该层对流层具有三个主要特征所有的物理和化学过程都发生在该层对流层具有三个主要特征对流层中三个主要特征对流层中三个主要特征 气温随高度而降低气温随高度而降低平平均幅度为均幅度为-0.65/100m-0.65/100m。

即即 0.65/100m 0.65/100m 称称为气温垂直递减率为气温垂直递减率 具有强烈的对流和湍流具有强烈的对流和湍流运动是引起大气上下层动运动是引起大气上下层动量、热量、能量和水汽等交量、热量、能量和水汽等交换的主要方式换的主要方式 气象要素沿水平方向分气象要素沿水平方向分布不均匀如温度、湿度等布不均匀如温度、湿度等 摩擦层与自由大气摩擦层与自由大气n根据大气运动的不同特征通常将对流层分为：根据大气运动的不同特征通常将对流层分为：n摩擦层摩擦层(friction layer) (friction layer) ：摩擦层又称边界层，从地面到：摩擦层又称边界层，从地面到1Km1Km高度，高度，其厚度夏季高于冬季，白天高于夜间湍流输送是该层的根本运动其厚度夏季高于冬季，白天高于夜间湍流输送是该层的根本运动特点n自由大气自由大气(free atmosphere) (free atmosphere) ：自由大气的根本运动形式是波动，：自由大气的根本运动形式是波动，地面摩擦作用减小，可忽略不计，这样大气的运动显得比较简单和地面摩擦作用减小，可忽略不计，这样大气的运动显得比较简单和清楚n对流层顶：厚度约为对流层顶：厚度约为1-2Km1-2Km，温度随高度呈等温或逆温状态。

温度随高度呈等温或逆温状态大大 气气 的的 垂垂 直直 分分 层层2. 2. 平流层平流层StratosphereStratosphere：厚度：自对流层顶到大约：厚度：自对流层顶到大约55Km55Km左右 特点：特点： 空气的垂直运动比较弱，主要是水平运动空气的垂直运动比较弱，主要是水平运动 水汽含水汽含量少 气温随高度递增最初等温，到气温随高度递增最初等温，到20-25Km20-25Km气温突增，主气温突增，主要是臭氧吸收太阳紫外线要是臭氧吸收太阳紫外线 气层稳定利于飞机飞行气层稳定利于飞机飞行3. 3. 中间层中间层MesosphereMesosphere：厚度：自平流层顶到：厚度：自平流层顶到85Km85Km左右特点：左右特点： 温度随高度迅速下降无臭氧，有强烈垂直运动温度随高度迅速下降无臭氧，有强烈垂直运动 大约大约在在65Km65Km处是电离层，白天强，夜间弱处是电离层，白天强，夜间弱大气的垂直分层大气的垂直分层4. 4. 热层热层ThermosphereThermosphere：厚度：厚度：85-800Km85-800Km 特点：特点： 气温随高度迅速增加气温随高度迅速增加。

空气高度电离，空气高度电离， 又称电又称电离层 电离层的程度也有差异，比较强的为电离层的程度也有差异，比较强的为E E层层100-120Km100-120Km和和F F层层200-240Km)200-240Km)，反射无线电波，对通信有重要意义反射无线电波，对通信有重要意义5. 5. 逸散层逸散层ExosphereExosphere: : 厚度：厚度： 800Km 800Km以上 特点：气温也随高度增加，大气质点摆脱地球引力的束缚，向特点：气温也随高度增加，大气质点摆脱地球引力的束缚，向星际空间散逸星际空间散逸大气的垂直高度大气的垂直高度n大气上界：大气很难定出大气上界：大气很难定出上界，一般以物理现象发上界，一般以物理现象发生的最高高度为上界极生的最高高度为上界极光发生在高纬度不同高度光发生在高纬度不同高度上，但最高到达上，但最高到达1000-1000-1200Km1200Km作为大气的物理上作为大气的物理上界界.但由卫星探测的大气但由卫星探测的大气上界为上界为2000-3000Km2000-3000Km极光极光第二节第二节 气气 温温 气温是大气的重要状态参数之一，是天气预气温是大气的重要状态参数之一，是天气预报的直接对象。

气温的分布和变化与气压场、报的直接对象气温的分布和变化与气压场、风场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现风场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现象密切相关象密切相关1. 1. 定义定义：气温是表示空气冷热程度的物理量可：气温是表示空气冷热程度的物理量可以通过温度表或温度计直接测得以通过温度表或温度计直接测得2 2温标：温度的数值表示法称温标常用的温标有三种温标：温度的数值表示法称温标常用的温标有三种 摄氏温标摄氏温标 ：把水的冰点温度定为：把水的冰点温度定为00，沸点为。