第一章-海洋水文气象要素课件.ppt
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- 第一章 海洋 水文 气象要素 课件
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1、 第一章第一章 海洋水文气象要素海洋水文气象要素1 1 大气和海洋概况大气和海洋概况2 2 气温和海温气温和海温3 3 大气压大气压4 4 风和浪风和浪5 5 大气湿度和海水盐度大气湿度和海水盐度6 6 云和降水云和降水7 7 海面能见度和海水透明度海面能见度和海水透明度8 8 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(AtmosphereAtmosphere):包围地球表面的整个大包围地球表面的整个大气层。气层。n气象要素(气象要素(MeteorologyMeteorologyelements)elements):反映:反映大气状态的物理量或物
2、理现象,主要有:气温、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。气压、风、湿度、云、能见度和天气现象。n天气天气 (Weather)(Weather):指:指一定区一定区域在较短时间内各域在较短时间内各种气象要素的综合表现。种气象要素的综合表现。天气表示大气运动的天气表示大气运动的瞬时状态。瞬时状态。几个重要的专业术语几个重要的专业术语n气候气候 (Climate):指某一区域天气的多年平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均特征,其中包括各种气象要素的多年平均及及极值极值。气候表示长时间的统计平均结果气候表示长时间的统计平均结果.
3、n海洋要素(海洋要素(Marine elementsMarine elements):反映海洋:反映海洋状态的物理量或物理现象。如海温、盐度、状态的物理量或物理现象。如海温、盐度、海浪、海流和海冰等。海浪、海流和海冰等。大大 气气 成成 分分n大气大气:主要由多种气体:主要由多种气体、水汽、水汽和悬浮的杂质构和悬浮的杂质构成。成。n干空气(干空气(Dry airDry air):(除水汽和杂质以外的空(除水汽和杂质以外的空气)主要成分为氮(气)主要成分为氮(78.09%78.09%)、氧)、氧(20.95%(20.95%)、)、氩(氩(0.93%0.93%)、二氧化碳(二氧化碳(0.030.0
4、3)。n稀有气体稀有气体:氢、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧等。氢、氖、氦、氪、氙、氡、臭氧等。大大 气气 成成 分分n大气是可压缩气体,大气密度随高度增加而大气是可压缩气体,大气密度随高度增加而迅速减少。观测表明,迅速减少。观测表明,1010公里以内集中了公里以内集中了75%75%的大气质量,的大气质量,3535公里以下则达公里以下则达99%99%,近地面空,近地面空气标准密度为气标准密度为1.2931.293千克千克/立方米。影响天气立方米。影响天气气候变化的主要大气成分为二氧化碳、臭氧气候变化的主要大气成分为二氧化碳、臭氧和水汽。和水汽。大气大气中的易变中的易变成分成分1.1.二氧化碳(二氧化
5、碳(carbon dioxidecarbon dioxide):平均含量平均含量0.03%,0.03%,若达到若达到0.2-0.60.2-0.6,就对人体有害。二氧化碳能,就对人体有害。二氧化碳能强烈地吸收和放射长波辐射,强烈地吸收和放射长波辐射,对地面和大气的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。含量城市多于农村,夏季多于冬季,气候变迁。含量城市多于农村,夏季多于冬季,室内多于室外。室内多于室外。大气大气中的易变中的易变成成分分2.2.臭氧(臭氧(ozoneozone):主要存在于:主要存在于20-4020-40公里公里气
6、层中,又称臭氧层(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,臭氧是吸收太阳紫外线的唯一大气成分,若没有臭氧层,人类和动物、若没有臭氧层,人类和动物、植物将受植物将受到紫外线的伤害。到紫外线的伤害。大气大气中的易变中的易变成分成分3.3.水汽(水汽(vapourvapour):含水汽的空气叫做湿空气(含水汽的空气叫做湿空气(wet airwet air)。)。空气中的水汽含量随纬度空气中的水汽含量随纬度、时间、地点而变化。、时间、地点而变化。湿空气在同一气压和湿空气在同一气压和温温度下,只有干空气度下,只有干空气密度密度的的62.26
7、2.2。大气中水汽含量大气中水汽含量范围在范围在0 04 4,具有固、气、液三态,是,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、常温下发生相变的唯一大气成分,它也是造成云、雨、雪、雾等现象的主要物质条件。雾等现象的主要物质条件。n水汽能强烈地吸收和放出长波辐射,并在相变过程中吸收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。和放出潜热能,对地面和空气的温度影响很大。大气大气中的易变中的易变成成分成成分4.4.杂质杂质:悬浮在空气中的固体或液体微粒,主:悬浮在空气中的固体或液体微粒,主要要包括尘埃、烟粒、细菌、病毒、花
8、粉和微包括尘埃、烟粒、细菌、病毒、花粉和微小盐粒等。它们小盐粒等。它们主要集中在大气的低层,主要集中在大气的低层,影影响能见度,响能见度,能吸收部分辐射,并对太阳辐射能吸收部分辐射,并对太阳辐射具有散射作用。在水汽相变过程中,杂质可具有散射作用。在水汽相变过程中,杂质可以作为凝结核。以作为凝结核。大气的垂直分层大气的垂直分层n根根据气温、水汽据气温、水汽的垂直分布、的垂直分布、大气扰动和电离现象等要大气扰动和电离现象等要素的变化规律,可以将大气分为五个层次。素的变化规律,可以将大气分为五个层次。(P5P5)1.1.对流层(对流层(TroposphereTroposphere):下界为地面,上界
9、随纬度和:下界为地面,上界随纬度和季节变化,平均厚度季节变化,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。夏季对流层的厚度比冬季高。对流层集中了大气质量的冬季高。对流层集中了大气质量的8080和全部水汽,与和全部水汽,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。都发生在该层。对流层具有三个主要特征。对流层对流层中中三个主要特征三个主要特征 气温随高度而降低气
10、温随高度而降低。平均幅度为平均幅度为-0.65/100m-0.65/100m。n 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运动具有强烈的对流和湍流运动。是引起大气上下。是引起大气上下层动量、热量、能量和水汽等交换的主要方式。层动量、热量、能量和水汽等交换的主要方式。气象要素沿水平方向分布不均匀气象要素沿水平方向分布不均匀。如温度、湿。如温度、湿度等。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根据大气运动的不同特征通常通常将对流层分为将对流层分为:n摩擦层摩擦层(friction layer)(friction
11、 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,其厚度夏季高于冬季,白天高于夜间。湍流输送高度,其厚度夏季高于冬季,白天高于夜间。湍流输送是该层的基本运动特点。是该层的基本运动特点。n自由大气自由大气(free atmosphere)(free atmosphere):自由大气的基本运动形式自由大气的基本运动形式是是波动波动,地面摩擦作用减小,地面摩擦作用减小,可忽略不计,这样大可忽略不计,这样大气气的运的运动显得比较简单和清楚。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,温度随高度呈等等温或逆温状态。温
12、或逆温状态。大气的垂直分层大气的垂直分层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:左右;特点:空气的垂直运动比较弱,主要是水空气的垂直运动比较弱,主要是水平运动。平运动。水汽含量少。水汽含量少。气温随高度递增(最初等气温随高度递增(最初等温,到温,到20-25Km20-25Km气温突增,主要是臭氧吸收太阳紫外线)。气温突增,主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:
13、自平流层顶到85Km85Km左右左右特点:特点:温度随高度迅速下降(无臭氧,有强烈垂直运温度随高度迅速下降(无臭氧,有强烈垂直运动)。动)。大约在大约在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,又称电离又称电离层。层。电离层的程度也有差别,比较强的为电离层的程度也有差别,比较强的为E E层(层(100-100-120Km120Km)和)和F
14、 F层(层(200-240Km)200-240Km),反射无线电波,对通信,反射无线电波,对通信有重要意义。有重要意义。5.5.逸散层(逸散层(ExosphereExosphere):厚度:厚度:800Km800Km以上。以上。特点:气温也随高度增加,大气质点摆脱地球引力的束特点:气温也随高度增加,大气质点摆脱地球引力的束缚缚,向星际空间散逸。,向星际空间散逸。大气的垂直分层大气的垂直分层n按着大气的化学成分来划分。这种划分是以距海平面按着大气的化学成分来划分。这种划分是以距海平面90公公里的高度为界限的。里的高度为界限的。n均质层均质层:在在90公里高度以下,大气是均匀地混合的,组成大公里高
15、度以下,大气是均匀地混合的,组成大气的各种成分相对比例不随高度而变化,这一层称均质层。气的各种成分相对比例不随高度而变化,这一层称均质层。n非均质层非均质层:在在90公里高度以上,组成大气的各种成分的相对公里高度以上,组成大气的各种成分的相对比例,是随高度的升高而发生变化的,比较轻的气体如氧比例,是随高度的升高而发生变化的,比较轻的气体如氧原子、氦原子、氢原子等越来越多,大气就不再是均匀的原子、氦原子、氢原子等越来越多,大气就不再是均匀的混合了,因此,把这一层叫做非均质层。混合了,因此,把这一层叫做非均质层。大气的垂直分层大气的垂直分层n按着大气被电离的状态来划分,可分为:按着大气被电离的状态
16、来划分,可分为:n非电离层非电离层:在海平面以上:在海平面以上60公里以内的大气,基本上没公里以内的大气,基本上没有被电离处于中性状态,所以这一层叫非电离层。有被电离处于中性状态,所以这一层叫非电离层。n电离层电离层:在:在60公里以上至公里以上至1000公里的高度,这一层大公里的高度,这一层大气在太阳紫外线的作用下,大气成分开始电离,形成大气在太阳紫外线的作用下,大气成分开始电离,形成大量的正、负离子和自由电子,故这一层叫做电离层。量的正、负离子和自由电子,故这一层叫做电离层。大气的垂直大气的垂直高度高度n大气上界:大气上界:大气很难定大气很难定出上界,一般以物理现出上界,一般以物理现象发生
17、的最高高度为上象发生的最高高度为上界。极光发生在高纬度界。极光发生在高纬度不同高度上,但最高达不同高度上,但最高达到到1000-1200Km1000-1200Km作为大气作为大气的的物理上界物理上界.但由卫星但由卫星探测的大气上界为探测的大气上界为2000-2000-3000Km3000Km。极光极光海洋概况海洋概况n洋洋(Ocean):面积广,约占海洋总面积的:面积广,约占海洋总面积的89%,洋的深,洋的深度大、水色高、透明度大,水文要素相对比较稳定,季节度大、水色高、透明度大,水文要素相对比较稳定,季节变化小,有独自的潮波和强大的洋流系统。变化小,有独自的潮波和强大的洋流系统。(P6)n海
18、海(Sea):n海湾海湾(Gulf、Bay):洋或海的一部分延伸入大陆,其深度洋或海的一部分延伸入大陆,其深度和宽度逐渐减小的水域称为湾。湾内潮差大。和宽度逐渐减小的水域称为湾。湾内潮差大。n海峡海峡(Strait、Channel):海洋中相邻海区之间宽度较窄海洋中相邻海区之间宽度较窄的水道称为海峡。海峡的特点是流急、速大、多涡旋。的水道称为海峡。海峡的特点是流急、速大、多涡旋。海洋概况海洋概况n海海:大洋靠近大陆边缘部分,海的面积只占海洋总面积的大洋靠近大陆边缘部分,海的面积只占海洋总面积的11%,一般深度浅,水色低,透明度小,季节变化显著。没有独立的海一般深度浅,水色低,透明度小,季节变化
19、显著。没有独立的海流系统和潮波系统,多数受大洋影响。我国东南海岸面临四海。流系统和潮波系统,多数受大洋影响。我国东南海岸面临四海。渤海:渤海:为我国的内陆海,自老铁山经庙岛与蓬莱角,分割黄海,为我国的内陆海,自老铁山经庙岛与蓬莱角,分割黄海,面积约面积约9万万7千平方公里,平均水深千平方公里,平均水深18米。米。黄海:黄海:北起鸭绿江口,北起鸭绿江口,南从长江口北岸至济州岛与东海分开,面积南从长江口北岸至济州岛与东海分开,面积42万平方公里,平均万平方公里,平均水深水深44米。米。东海东海:南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔南海,面积:南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔南海,面积75万平方公里,平均水
20、深万平方公里,平均水深349米。米。南海:南海:南靠加里曼丹岛,东临南靠加里曼丹岛,东临菲律宾,西接印支半岛,面积菲律宾,西接印支半岛,面积350多万平方公里,平均深度多万平方公里,平均深度1000米以上。我国拥有米以上。我国拥有300万平方公里的海洋国土和万平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸万公里的海岸线。线。大气和海洋污染大气和海洋污染n大气污染:大气污染:二氧化碳的逐年增多将导致地球变暖并引起全二氧化碳的逐年增多将导致地球变暖并引起全球天气和气候的异常变化。导致极冰融化、海面上升、一球天气和气候的异常变化。导致极冰融化、海面上升、一些陆地和港口将被淹没。些陆地和港口将被淹没。n另外,
21、大气中的粉尘、二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、另外,大气中的粉尘、二氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、硫化氢、碳氢化合物和氨等。严重污染大气,对人类造成硫化氢、碳氢化合物和氨等。严重污染大气,对人类造成极大危害。极大危害。n海洋污染:海洋污染:污染途经是降水、江河经流、大气环流、涨落污染途经是降水、江河经流、大气环流、涨落潮、污水排放、海上采油采矿和船舶排污。其污染具有污潮、污水排放、海上采油采矿和船舶排污。其污染具有污染源广、持续性强、扩散范围大、危害严重等特点。染源广、持续性强、扩散范围大、危害严重等特点。n必须严格遵守必须严格遵守防止船舶污染海洋的国际公约防止船舶污染海洋的国际公约。否则,。否则
22、,制裁是相当严厉的。制裁是相当严厉的。气温和海温气温和海温气温气温(Air TemperatureAir Temperature)n气温是大气的重要状态参数之一,是天气预报气温是大气的重要状态参数之一,是天气预报的直接对象。的直接对象。气气温的分布和变化与气压场、风温的分布和变化与气压场、风场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现象场、大气稳定度以及云、雾、降水等天气现象密切相关。密切相关。1.1.定义定义:气温:气温是是表示空气冷热程度的物理量。可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以通过温度表或温度计直接测得得。温标温标2 2温标温标:温度的数值表示法称温标。常用的温标有三
23、种。:温度的数值表示法称温标。常用的温标有三种。n 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,沸点为100100,多数非英语国家使用。多数非英语国家使用。n 华氏温标华氏温标 :水的冰点温度定为:水的冰点温度定为3232 F F,沸点,沸点212212 F F。一。一些英语国家些英语国家多多使用。使用。n 摄氏与华氏的关系:摄氏与华氏的关系:n 绝对温标绝对温标(K(K氏氏温标温标)K)K:水的冰点温度定为:水的冰点温度定为273K273K,沸点为,沸点为373K373K(由英国物理学家(由英国物理学家KelvinKelvin提出)。提出)。多多用于理论计算用于理
24、论计算。n 关系:关系:K K273273C C)32(95FC3259CF太阳、地面和大气辐射太阳、地面和大气辐射1 1辐射的基本特性辐射的基本特性n在自然界中在自然界中凡凡高于绝对零度的物体均发出电磁波高于绝对零度的物体均发出电磁波,电磁电磁波按其波长分为波按其波长分为射线、射线、X X射线、可见光、红外线和无射线、可见光、红外线和无线电波。温度高,辐射强,多为短波;温度低,辐射弱,线电波。温度高,辐射强,多为短波;温度低,辐射弱,多为长波。不同波长的辐射具有不同的吸收,反射和透多为长波。不同波长的辐射具有不同的吸收,反射和透射特性。物体因放射辐射消耗内能而使本身的温度降低,射特性。物体因
25、放射辐射消耗内能而使本身的温度降低,同时又因吸收其它物体放射的辐射能并转变为内能而使同时又因吸收其它物体放射的辐射能并转变为内能而使本身的温度增高。本身的温度增高。n太阳(表面温度约为太阳(表面温度约为6000K6000K)放出短波辐射()放出短波辐射(0.150.154m)4m)。地面和大气(温度约为。地面和大气(温度约为300K300K)放出长波辐射)放出长波辐射(3(3120m)120m)。太阳辐射是地球。太阳辐射是地球和大气和大气的唯一能的唯一能量来量来源。源。太阳、地面和大气辐射太阳、地面和大气辐射n若将太阳对地球大气系统的辐射作为若将太阳对地球大气系统的辐射作为100100份,其中
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