海洋水文气象要素-为龙.ppt

第八章 海浪1 概述 GO2 群波和驻波 GO3 风浪、涌浪和近岸浪 GO 4 有效波高和合成波高 GO5 船舶海洋水文气象观测与测报 GO风力等级表 1 概述 海浪（Sea Wave)w海浪与海流都是海水运动的重要形式，对船舶航行有很大的影响大风浪造成航速下降，舵效降低，甚至停止不前；在狂涛巨浪中还会出现“中垂”或“中拱”使船舶结构变形，严重时造成船体断裂，导致重大海难事故w海浪按其形成原因分为：风浪、涌浪、近岸浪、内波、潮汐波、海啸、风暴潮w按水深相对波长大小分为：深水波、浅水波后述）波浪要素w波峰： 波面的最高点；w波谷： 波面的最低点；w波高H： 相邻的波峰与波谷间的垂直距离；w波长：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米；w波陡：波高与波长之比，它是表示波形陡峭的量；w波幅a： 波高的一半称为波幅；w周期T： 两相邻的波峰（或波谷）相继通过一固定点所需时间，单位为秒；w波速c： 波形传播的速度，即波峰（或波谷）在单位时间内的水平位移；w波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线；w波向线：垂直于波峰线的线叫波向线；w波长、波速、周期三者关系：波浪的分类（按成因分类）w风浪： 由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。

w涌浪： 风浪离开风区传至远处或者风区中风停息后所留下来的波浪，称为涌浪w近岸浪：风浪或涌浪传至浅水或近岸区后，因受地形影响将发生一系列变化，称近岸浪w风暴潮：由于气象原因，如台风，强风暴等引起的海面异常升高现象称风暴潮，亦称风暴海啸w海啸： 由于海底或海岸附近发生的地震或火山爆发所形成的波动亦称海啸w潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动w内波：不同密度的水层界面处而产生的波动深水波和浅水波w深水波：波长远小于海深的波（ ） 波速与波长和周期有关，与水深无关w浅水波：波长远大于海深的波（ ） 波速取决水深，与与波长和周期无关水质点的运动与波形传播的关系理论上证明： 深水波中海面上水质点运动的轨迹是以波高为直径的圆，在海面以下其直径以指数形式迅速减小浅水波中水质点运动的轨迹为椭圆2 群波和驻波 群 波 海洋中的波浪常以“群”的形式出现，通常称为群波(Group of Waves)设两列波向、振幅相同，波长和周期稍有差别的正弦波相互叠加，叠加以后的合成波形如下图 驻 波 由两列波向相反的正弦波叠加，可以得到一种波形不向前传播的波，波面只在原地振动，称为驻波（standing wave）海滨峭壁处常出现驻波，台风眼区的“金字塔浪”就是驻波。

波腹处的水质点只作垂直运动，波节处的水质点只做水平运动3 风浪、涌浪和近岸浪风浪 (Wind Wave)风浪： 由风直接作用引起的水面波动，称为风浪风浪特征，周期较短，波面不规则，波长短波向与风向一致，波高取决于风力、风区、风时 风浪成长与风速，风时和风区的关系:1. 风速：一般风速越大产生的风浪也越大这只适用于风时和风区不受限制时2. 风时：同一方向的风连续作用的时间一般对水面持续作用的时间越长，海水所获得的动能越大，风浪也越大3. 风区：指风在海上吹过的距离风区的大小对风浪的成长起着不可忽视的作用，若风区的长度不够，风浪也不能充分发展风浪的三种状态w过渡状态： 风吹到大洋上，风浪随着时间的增长而增大风浪的成长取决于风时长短w定常状态： 恒定的风长时间吹在有限的水域上，使海面各点的风浪要素趋于稳定风浪的三种状态w风浪充分成长状态：风速越大，风时越长，风浪就越发展但风浪的发展不是无限的，当波陡接近1/7时，波浪开始破碎这是因为风传给风浪的能量，一部分用于增大波高，一部分消耗于涡动摩擦，当风传给风浪的能量与涡动摩擦消耗的能量相平衡时，风浪不再继续增大，即风浪达到极限状态，这种状态称为风浪充分成长。

w风浪成长主要与风速、风区和风时有关另外还受水深及海域特征等因素影响 涌浪 (Swell)w涌浪: 涌浪是指风浪离开风区后传到远处，或风区里的风停息后所遗留下的波浪w涌浪又称长波，其波形规则，波面光滑，波速较快，波长和周期较大，波陡小w波速公式： C = 1.5 T w涌浪传播过程中,在波高衰减的同时，波长和周期增大,波速加快,比风暴的移速快很多,可以作风暴来临的先兆，亦称先行波近岸浪 (Coastal Wave)w近岸浪： 当波浪传到沿岸浅水区，波长变短，波高增大，水质点运动的速度不等，在波谷处，由于水浅，水质点受海底摩擦影响，其速度慢于波峰处水质点的速度，使波峰超过波谷，波形前侧变得陡峭突出，后侧变得平缓，从而使波浪发生倒卷和破碎流波效应和海气温差对波浪的影响w流波效应: 波浪与海流成一定角度时，海流会影响波浪的波高、波速和传播方向等当波浪与海流相向或接近于相向时，波高会增大2030%（流速为23kn，风速为1015m/s）如黑潮流域上冬季风形成的波浪常增大w海气温差: 在风速相等的情况下，气温低于海温时的波高比海气温度相等时的大据统计，气温比海温每低1 ，波高增大约5%如气温比海温每低10 ，波高增大约50%。

w在冬季西北太平洋中高纬海域，强盛的锋面气旋，气温低于海温，加之流波效应，有时出现比预料高2-3倍的异常大浪，是海事多发的海域，有“魔鬼海域”之称波高的测算w平均波高：Hp=（H1+H2+H3+Hn）/n 其中n为观测到的波的总个数，H1，H2，.Hn为各实测波的波高w合成波高：H = HW2 + HS2 w部分大波的平均波高：将观测到的波高按大小排列起来，取最高的一部分波的波高计算平均值，称为部分大波的平均波高一般计算H1/100，H1/10，H1/3，它们的意义是，若观测1000个波，则分别代表其中最高的10，100，333个波的平均波高（有效波高）wH1/3：称为有效波高是波浪预报的一个重要指标4 有效波高和合成波高波浪分析图w图中粗实线表示等波高线，单位为米从2m开始，两相邻等波高线间隔为1m图中还绘出主波向（几列波并存时波高最大者的传播方向）、乱波区和海上观测船点的水文气象要素实况，其中包括风向、风速、风浪向、风浪高、风浪周期、涌浪向、涌浪高和涌浪周期等此外图中还标绘出同一时刻的高、低气压、热带气旋中心位置、强度及锋线位置等绘制等波高线所依据的数据是风浪高（HW）与涌浪高（HS）两者的合成波高（HE）：w式中：HW和HS为海上观测船分别目测得到的平均显著波高。

波浪分析图波浪预报图n 日本东京JMH台发布的西北太平洋24h波浪预报图其中绘有等波高线（单位为米）、主波向及主波的波高和周期此外，还标绘出H、L、TD的中心位置、强度以及锋线位置等在波浪预报图中，等波高线的数值为有效波高（H1/3）它是基于波谱分析等海洋学理论经复杂计算得出的n 我国国家海洋局也通过广播和电视每天发布我国海域及外海的24h波浪预报波浪预报十分困难，目前世界各国发布的波浪预报时效一般不超过3648h，最长72h 5 船舶海洋水文气象观测与测报1观测意义： （1）弥补海上测站稀少，资料不足的状况 （2）对天气预报进行补充订正 （3）为气象导航提供时实资料2观测项目、时次和程序w项目： 温、压、风、湿、云、能、天、海浪、海温、 水样采集、海发光等w时次： 世界时 00Z 、06Z 、12Z、18 Z共四次w程序： 正点前30分钟开始到正点结束，气象项目观测应安排在正点前15分钟内进行，气压观测应在接近正点时进行若因特殊原因不能按时观测，可在正点后30分钟内补测完，记要栏内加说明无法补测时，须注明原因3观测基本要求和注意事项w基本要求： 认真负责，严格按照规定进行测报； 坚持实事求是的科学态度，严禁伪造记录； 用铅笔将观测记录填写在记录表上，字迹端正，不要涂改； 观测后立即发报，最迟不能超过正点观测后1小时。

w注意事项： 观测仪器应经常进行维修保养，定期进行鉴定；值班员如遇特殊情况不能观测时，亦应委托他人负责完成测报 气温和湿度的观测w干湿球温度表观测：干球用来测定空气温度；干湿球温差用来计算湿度；空气越干燥，干湿球温差越大，空气越潮湿，干湿球温差越小w注意事项：（1）保持百叶箱洁白2）按时加蒸馏水（无蒸馏水加雨水，其次饮用水），不能加海水3）及时更换纱布w湿度查算：利用气温和干湿球温差，在湿度查算表中查出水汽压和相对湿度；再利用水汽压（绝对湿度）查算露点温度气压的观测w船上观测气压通常使用空盒气压表从气压表上读数到本站气压需经刻度订正、温度订正和补充订正刻度订正是指仪器制造不够精密造成的误差，从仪器鉴定证上查出温度订正是指温度的变化引起空盒弹性改变造成的误差，由附温度数和订正系数求得补充订正是指空盒的残余变形引起的误差，由空盒气压表鉴定证上查出w海平面气压=本站气压（经刻度、温度和补充订正）+高度订正风的观测w世界气象组织规定海面风的观测应采用正点前10分钟内的平均风速及相应的最多风向船舶在航行时由自动风向风速仪测得的风为视风，又称合成风我们应根据船风（风向矢量与航向相反，风速与船速相等）和视风确定出真风，三者之间的矢量关系为： 视风 = 船风+ 真风w真风的计算可以由仪器自动进行，输入航向、航速后立即可显示出真风向和真风速。

也可以通过上述矢量关系用图解法求出图解法求真风w以船位点作为坐标原点，先画出船风矢量，方向与航向相反，矢量的长短表示航速的大小；再画出视风矢量，方向为视风向，矢量的长度表示风速；然后由船风矢端到视风矢端画一矢量，其方向就是真风向，矢量的长度就是真风速云的观测w1云的分类、特征及典型天气 高云：卷云、卷层云、卷积云 中云：高层云、高积云 低云：层积云、层云、雨层云、碎雨云、积云、积雨云w2云量、云状的观测和记录 云量观测包括总云量和低云量，云量用云遮蔽天空视野的成数来表示，如云占天空的1/10时，云量记1，云布满全天时，云量记10云状按国际简写字母，分高、中、低三族记入相应的栏内若天空同时出现几种云时，按高、中、低云和云量多少的顺序记录云的观测w3天气状况不明时云的记录 因雾等天气现象使云量、云状无法辩明时，总、低云量记10，云状栏记天气现象符号若因烟、霾等现象使天空云量、云状全部或部分不明时，总、低云量记“-”， 云状栏记天气现象符号w4云的夜间观测 夜间应站在没有灯光或灯光比较暗的地方进行观测，根据星光的有无和模糊程度来判断是否有云或什么云高云一般都可见星光，Cs使星光模糊而均匀，Ci使星光有的地方明亮，有的地方模糊。

层状云（Ns、As、St）一般都遮蔽全天，看不到星光As使天空较明亮，Ns使天空较暗黑，St使天空均匀低暗天气现象的观测w天气现象有100多种，主要掌握以下几种：1霾 ： 大量极细微的尘粒、烟粒、盐粒等均匀的漂浮在空中，使水平能见度小于5海里的空气混浊现象2轻雾： 水平能见度在0.55海里的薄雾3雷暴： 积雨云中产生的放电现象4龙卷： 一种小范围的强烈旋风，外观上表现为从积雨云底盘旋下垂的一个漏斗状云体5雾 ： 悬浮在空中的大量微小水滴，使水平能见度小于0.5海里6毛毛雨：稠密、细小而十分均匀缓慢的液态降水微弱时徐徐下落，迎面有潮湿感7 雨 ： 强度变化缓慢的滴状液态降水天气现象的观测8 雪 ： 白色不透明的星状、六角形片状结晶固体降水9 雨夹雪：雪和雨同时下降10 阵雨： 开始和停止都较突然、强度变化大的液态降水11 阵雪： 开始和停止都较突然、强度变化大的固态降水12 阵性雨夹雪：开始和停止都较突然、强度变化大13 冰雹： 坚硬的球状、锥状或形状不规则的固体降水14 雷雨： 雷暴和降水同时出现15 沙尘暴：由强风将地面大量尘沙吹起，使空气混浊，天色昏黄，水平能见度1.0km的天气现象。

在1-10km称为扬沙，漂浮在空中 10km 称为浮尘海浪的观测 海浪的观测主要包括浪高、浪向和周期的观测浪高是指相邻波峰和波谷之间的垂直距离，单位为米观测时根据浪的特征区分出风浪和涌浪，在较远处各挑选35个显著大。