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1、基 础 海 洋 学 Fundamental Oceanography 第八章 大气与海洋 第一节 地球大气的平均状态 一、地球大气的成分与气象要素 1、地球大气的成分 1)定常成分:各成分间大致保持固定的比例,主要 是氮(78.084%)、氧(20.946%)、氩(0.934%)和一些微 量惰性气体。 2)可变成分:在大气中的比例随时间、地点而变, 包括水汽(0.1-4%)、二氧化碳(0.035%)、臭氧和一些 碳、硫、氮的化合物。 干空气:通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气 ,简称干空气。 湿空气:含有水汽的空气。 第一节 地球大气的平均状态 由于大气运动和分子扩散的结果,干洁 大气中各
2、成分的比例得以维持常定,85km以 下的干空气可当作平均摩尔质量为28.9g/mol 的单一气体。 高层大气主要为氮和氧,其他气体含量 减少。臭氧主要分布在1040km高处,极大 值在2025km附近,可强烈吸收太阳紫外线 辐射。CO2占整个大气容积的万分之三。升高 趋势。 第一节 地球大气的平均状态 2、地球大气的铅直分层 按大气的温度结构分层,即根据铅直温度梯度 的方向,把大气分成: 1)对流层:大气的最低层,下界是地球表面 ,上界是对流层顶。15-20km(赤道),8- 12km(极地和温带) 主要特点:温度随高度降低;大气的铅直混合 强;气象要素水平分布不均匀。 对流层里集中了大气质量
3、的3/4和几乎全部 水汽,又有强烈的铅直运动,因此主要的天气 现象和天气过程如寒潮、台风、雷雨、闪电等 都发生在这一层。 第一节 地球大气的平均状态 2)平流层:由对流层顶向上到50km左右的气层称为 平流层。 主要特点:底层温度随高度无大变化,其上部的 温度随高度增加而明显增高(O3强烈吸收太阳辐 射)。这种温度随高度的逆增现象使平流层大气 很稳定,呈现出明显的成层结构,大气的铅直运 动很弱,多为平流运动并且尺度很大。 平流层中水汽含量很少,几乎没有在对流层中 经常出现的各种天气现象。此外,由于空气中的 尘埃很少,大气透明度很高。 臭氧层所在。 第一节 地球大气的平均状态 3)中层:从平流层
4、顶到8085km高度的气层称 中层。 主要特点:温度随高度升高而降低的很快,到 中层顶温度下降到180k(-93),是大气中 最冷的部分。水汽极少,大气有强烈的铅直运 动。 平流层和中层约包含了大气质量的1/4。 4)热成层:热成层亦称暖层,温度是随高度增 加的。温度随日变化和季节变化显著,也受太 阳活动的影响。 5)逸散层:热成层顶以上大气的边缘层。温度 极高,空气极稀薄,地球引力很小。 第一节 地球大气的平均状态 3、气象要素:表示大气中物理现象与物理过 程的物理量。 1)气温:气温是大气温度的简称,是表示大 气冷热程度的物理量。 2)气压:大气压强简称气压,指观测高度到 大气上界单位面积
5、上铅直空气柱的重量。 3)湿度:水汽压和饱和水汽压;相对湿度。 4)风:空气相对地面作水平运动即为风,即 有方向(风的来向,有别于风矢量方向)又 有大小,是个向量。 第一节 地球大气的平均状态 二、大尺度大气运动的基本特征 1、大气运动的尺度(大气运动的范围)特征: 把有天气意义的大气运动,按水平尺度粗略地分为: 大尺度系统:大气长波、大型气旋、反气旋(数千 km) 中尺度系统:小型气旋、反气旋、热带风暴(数百km) 小尺度系统:小型漩涡、雷暴(几十km) 微尺度系统:积云、浓积云(几km) 大气运动的水平尺度越大,生命史越长,铅直速度越 小;水平尺度越小,生命史越短,铅直速度越大。 大尺度的
6、大气运动受到科氏力的影响。 L/m H/mU/(ms-1)W/( ms-1)/s 大尺度系统统 106 104 101 10-2 105 中尺度系统统 105 104 101 10-2 105 小尺度系统统 104 102104 101102 10-1 104 微尺度系统统 103 103 100101 10-1100 102104 特征量 系统量 大气运动分类及特征量 L:水平尺度,H:垂直尺度,U:水平速度,W:垂直速度,:生命史 第一节 地球大气的平均状态 2、自由大气的地转平衡运动 在11.5km以上的大气中,摩擦力很小, 可以忽略不计,通常称为自由大气。 在自由大气中,大尺度水平运动
7、基本上是 在水平气压梯度力和科氏力相平衡的条件下维 持的地转平衡运动。 受科氏力影响,在北半球背风向而立,高 压在右,低压在左;南半球相反。 第一节 地球大气的平均状态 三、平均大气环流 一般说来,凡是大范围的、半球的、或 全球、对流层、平流层或整层大气长期的 平均运动状态,或某一时段的变化过程, 都可以称为大气环流。 水平大气环流 铅直大气环流:北半球有3个闭合环流圈 第一节 地球大气的平均状态 四、季风 季风是大范围盛行风向随季节有显著变化的风 系。主要是由于海陆温度对比的季节性变化和地 球上行星风系的季节性南北移动所致。 特点: 盛行风向随季节的变化而有很大的不同,甚至 接近于相反方向
8、两种季节的风各有不同的源地,因而其气团性 质有着本质的差异 能够给天气现象造成明显不同的各种季节 第一节 地球大气的平均状态 全球三个季风区: 1)印度季风区 2)东亚季风区 3)西非季风区。 影响季风形成和维持的因素: 1)海陆影响-季节性气压变化 2)行星环流影响 3)青藏高原大地形影响 第二节 海洋上的天气系统 一、锋面与温带气旋 1、锋面 长期的大范围的天气观测发现,在地球大气的低 层存在着物理属性相对比较均匀的大规模空气集团, 其水平尺度数千米,铅直尺度可达对流层顶,这种大 规模的空气集团称之为气团。 根据温度不同,气团分为冷气团和暖气团。性质 不同的两种气团之间有一狭窄的过渡区域称
9、为锋区。 由于锋区的宽度比长度小得多,故可看作一个面,即 为锋面,锋面与地面的交线称为锋。被冷气团推动移 向暖气团的锋面称为冷锋,反之为暖锋。 锋面附近的云雨现象成为锋面天气的主要特征。 第二节 海洋上的天气系统 2、温带气旋 依流场的观点称低压系统为气旋,带有 锋面的气旋称为锋面气旋。锋面气旋多产 生于温带,亦称温带气旋。 锋面气旋天气是由各方面因素决定的。 云雨天气是其主要特征。 第二节 海洋上的天气系统 3、爆发性气旋 在中纬度海洋上常发生一种急速发展的气旋, 其中心气压在24小时内下降达24hPa以上,引起海 上强风,风速可达2030m/s,成为海上严重的灾 害性天气。当24小时内气旋
10、加深率至少每小时 1hPa时,称为气旋的爆发性发展,这种气旋称爆 发性气旋-海洋气象“炸弹”。 爆发性气旋主要发生在大陆东岸,太平洋和大西 洋的西部,尤其是黑潮流域和湾流流域。 第二节 海洋上的天气系统 二、热带气旋与台风 1、一般说明 台风(Typhoon)是发生在热带海洋上的一 种具有暖心结构的气旋性涡旋,是达到一 定强度的热带气旋。台风伴有狂风暴雨, 是一种灾害性天气系统。 世界各地对台风的称谓不同,在东太平洋 和大西洋称飓风(Hurricane),在印度洋称 热带风暴(Storm),在南半球称热带气旋 (Cyclone)。 现在西北太平洋及南中国海台风的名字,由台风委员会的14个成员(
11、中 国、朝鲜、韩国、日本、柬埔寨、越南等)各提供10个名字,分为5组列表。 台风 第一列第二列第三列第四列第五列备注 英文名中文名英文名中文名英文名中文名英文名中文名英文名中文名名字来源 Damrey达维Kong-rey康妮Nakri娜基莉Krovanh科罗旺Sarika莎莉嘉柬埔寨 Haikui 海葵Yutu玉兔Fengshen风神Dujuan杜鹃Haima海马中国 Kirogi鸿雁Toraji桃芝Kalmaegi海鸥Mujigea彩虹Meari米雷朝鲜 Kai-tak启德Man-yi万宜Fung-wong凤凰Choi-wan彩云Ma-on马鞍中国香港 Tembin天秤Usagi天兔Kamm
12、uri北冕Koppu巨爵Tokage蝎虎日本 Bolaven布拉万Pabuk帕布Phanfone巴蓬Ketsana凯萨娜Nock-ten洛坦老挝 Sanba三巴Wutip蝴蝶Vongfong黄蜂Parma芭玛Muifa梅花中国澳门 Jelawat杰拉华Sepat圣帕Nuri鹦鹉Melor茉莉Merbok苗柏马来西亚 Ewiniar艾云尼Fitow菲特Sinlaku森拉克Nepartak尼伯特Nanmadol南玛都密克罗尼西亚 Maliksi马力斯Danas丹娜丝Hagupit黑格比Lupit卢碧Talas塔拉斯菲律宾 Kaemi格美Nari百合Changmi蔷薇Mirinae银河Noru奥鹿韩
13、国 Prapiroon派比安Wipha韦帕Mekkhala米克拉Nida妮妲Kulap玫瑰泰国 Maria玛莉亚Francisco范斯高Higos海高斯Omais奥麦斯Roke洛克美国 Son Tinh山神Lekima利奇马Bavi巴威Conson康森Sonca桑卡越南 Bopha宝霞Krosa罗莎Maysak美莎克Chanthu灿都Nesat纳沙柬埔寨 Wukong悟空Haiyan海燕Haishen海神Dianmu电母Haitang海棠中国 Sonamu清松Podul杨柳Noul红霞Mindulle蒲公英Nalgae尼格朝鲜 Shanshan珊珊Lingling玲玲Dolphin白海豚Lio
14、nrock狮子山Banyan榕树中国香港 Yagi摩羯Kajiki剑鱼Kujira鲸鱼Kompasu圆规Washi天鹰日本 Leepi丽琵Faxai法茜Chan-hom灿鸿Namtheun南川Pakhar帕卡老挝 Bebinca贝碧嘉Peipah琵琶Linfa莲花Malou玛瑙Sanvu珊瑚中国澳门 Rumbia温比亚Tapah塔巴Nangka浪卡Meranti莫兰蒂Mawar玛娃马来西亚 Soulik苏力Mitag米娜Soudelor苏迪罗Fanapi凡亚比Guchol古超密克罗尼西亚 Cimaron西马仑Hagibis海贝思Molave莫拉菲Malakas马勒卡Talim泰利菲律宾 Che
15、bi飞燕Noguri浣熊Koni天鹅Megi鲇鱼13Doksuri杜苏芮韩国 Mangkhut山竹Rammasun威马逊Morakot莫拉克Chaba暹芭Khanun卡努泰国 Utor尤特Matmo麦德姆Etau艾涛Aere艾利Vicente韦森特美国 Trami潭美Halong夏浪Vamco环高Songda桑达Saola苏拉越南 第二节 海洋上的天气系统 2、台风的结构 台风是一种天气尺度、暖中心的强气旋性 涡旋,在北半球呈逆时针旋转。发展成熟 的台风及其要素值多呈圆形对称分布,台 风涡旋半径一般为5001000km,铅直范围 一般到对流层顶。 3、台风的移动 台风的移动受自身旋转、环境流场
16、、西 风带天气系统和热带天气系统等影响。 第二节 海洋上的天气系统 三、副热带高压 在南北半球的副热带地区,存在着副热带高压 带,它是由若干高压单体组成的,这些单体统 称为副热带高压。 1、太平洋副热带高压的结构 太平洋副热带高压常年存在,是一个深厚的 暖性高压系统。其范围和强度,夏季远超过冬 季。太平洋副热带高压呈东西向扁平状,其长 轴多呈西西南东东北走向。 第二节 海洋上的天气系统 2、西太平洋副热带高压的活动 在对流层中上层,太平洋副热带高压的主体一 般位于海上,但其西端的高压脊在夏季可升入 中国大陆。 西太平洋副热带高压的活动主要表现为季节变 化和长期变化。从5月到8月西太平洋副高从南 向北推进,8月达到最北,8月后南退。 第二节 海洋上的天气系统 四、热带辐合带 热带辐合带(ITCZ)又称赤道辐合带,是赤道低 压带两侧南北半球信风形成的气流辐合带。它构 成Hadley环流的上升支。 热带辐合带是热带地区热量