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  • 航海气象学

    航海气象学(navigation meteorology)是研究与航海有关的气象学问题的学科。

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    (图)航海气象学航海气象学
    航海气象学(navigation meteorology)是研究与航海有关的气象学问题的学科。凡影响船舶航行的气象条件的形成和变化规律、与气象关系密切的海洋水文条件,以及这些条件对航海和船舶驾驶的影响和应用等,均属其研究范畴。航海气象学是海洋船舶驾驶专业的专业课之一。主要介绍与航海关系密切的海洋与气象知识。

    简史  /航海气象学 编辑

    (图)古代海航古代海航

    航海学的发展与气象学的发展和应用有极其密切的关系。远在独木舟航海时代,人类就注意到按气象条件(经验)选择出航时间和航行海域。至帆船时代,人们已能利用海上的风做为航行的动力。魏晋南北朝时(220~589),中国以风为动力的海船就经常来往于中国和波斯(即今伊朗)等国之间。海上狂风恶浪往往造成航海船队的覆没。15世纪末,航海者开始掌握东北信风知识,由于它有利于商业贸易船队的航行,又称贸易风。17世纪,航海中已开始使用实质上是测量气压变化的晴雨计,以预测风暴的来临。随着蒸汽机船舶的出现和发展,航海者不断总结航海中的各种环境资料,至1805年,英国人F.蒲福根据风对地面和海面物体影响程度拟定风力海况等级表,称为“蒲福风级表”(见气象要素)。

    从19世纪开始,主要依靠航海实践中积累的资料,开始编制用于大洋航行和局部海域使用的各种航海气候图。这个时期,海上风和海流图的出现,有助于航海家们据此设计出适用于不同季节横跨大洋航行的季节航路。1938年美国天气局出版了全球范围海洋上的《海洋气候图集》。但直到20世纪50年代,这种海洋气候图志才较为系统和完善并成为航海和航路设计的主要依据。此后,海上气象观测气象情报传输、海洋天气预报等,也都有了很大发展,海洋天气分析图表和预报产品,开始通报到海上,使其在航海上得以广泛应用。从50年代蓬勃发展起来的船舶最佳航线选择技术,是气象学结合海洋学在航海上的重要应用,也是航海气象学的重要发展。现代航海气象学所研究的课题,就是应用气象学,尤其是海洋气象情报和预报服务方面的成果,保障船舶安全经济航行,避免和减少由于海上环境条件给航海所带来的不利影响和损失。这些研究,同时也丰富了气象学的研究内容,促进了气象学的发展。

    (图)航海天气图航海天气图

    航海前辈十分重视收集海洋气象和水文资料,总结海洋上的天气和海况的变化规律。中国明代张一厚所著中国沿海的航路指南《海道经》一书,专辑有海上天气歌谣。内容分占天、占云、占风、占日、占虹、占雾、占电、占潮、占海9类,按征兆预测天气演变,阐明气候的特点和规律,至今仍有意义。1805年英国人F.蒲福根据海面征象拟定风力等级,自0到12共分13个等级,被称为“蒲福风级”。1847~1852年美国人M.莫利根据远洋船舶记录风和流的资料,绘制成《北大西洋风和海流图》,使船舶横越北大西洋的时间大为缩短,开现代航路图的先河。1857年白贝罗发现根据风向判断高压和低压的中心方位的法则,被称为白贝罗定律(又称风压定律):人背风站立,在北半球,低压中心在左前方,高压中心在右后方;在南半球,低压中心在右前方,高压中心在左后方。随着航海气象和水文研究工作的发展,各类航海图书中逐步充实了各种航海气象和水文资料。此外,详细论述现代航海气象和水文基本原理的专著,关于如何使用海洋天气和海况的报告、预报警报、传真航海天气图气象卫星云图等的著作,以及预报某些同航海有关的海洋天气和海况要素的著作,各航海国家相继出版。60年代以来,海洋气象和水文的观测技术不断改进。天气和海况在高速模拟计算机的实验,卫星气象数据释译的进展,天气与海况预报的完善,大西洋和太平洋中环境数据自动浮标的建立等等,都有力地促进航海气象和水文科学的发展。

    影响条件  /航海气象学 编辑

    对航海有影响的不仅有气象条件,而且还有海洋水文条件:

    ①风是帆船前进的基本动力,但对各类机动船舶,风则主要影响其航向和航速。风对船体形成风压,造成船舶偏航,偏航的大小与风向、风速和船舶性能等有关。

    (图)相关书籍相关书籍

    ②海浪是风作用于海面产生的一种海水运动。长时间的强风,会造成巨大的波浪,引起船舶横摇、纵摇和垂直运动。横摇的最大危险在于船舶自由摇摆周期与波浪周期相近时,会出现共振现象,使船舶的横摇振幅骤增,从而导致船舶的倾覆。剧烈的纵摇会使螺旋桨露出水面,引起机器不正常工作和速度的损失。船舶在波浪中的垂直运动,还容易造成浅水域船舶触底。海浪引起船舶的各种运动,都会造成船舶减速。例如,无浪时的航速为 17.2节(海里/小时)的船只,在 6级风的海浪中航行时,在顺浪、横浪及顶浪情况下,通常航速分别可降至15.5、13.5和11.2节;如在 8级风的海浪中航行,航速分别降至13.5、9.7和7.4节;在10级以上的浪中顶浪航行,船只几乎不能前进,且有翻沉的巨大危险。

    ③海造成能见度降低,对船舶驾驶有很大影响。在雾区航行,即使有雷达导航,船舶碰撞情况仍有发生。

    ④海流会形成对船体的流压,使其偏航,造成危险。海面风是引起表层海流的重要原因。船舶正确使用海流资料,能使船舶增加速度、节省燃料。

    ⑤海冰和冰山是高纬区航行的巨大威胁。历史上曾经发生许多次冰海沉船的海难事件。1912年英轮蒂坦尼克号就因冰山撞裂船体而沉没,使船上千余人丧生。海冰和冰山都会随风和海流而漂移,大西洋的南极冰山,可漂移至南纬36°~40°。上述各种影响航海的重要水文气象条件的多年特征,是选择确定航线(气候航线)和制定航海计划的重要依据。这些资料都刊于海洋水文气象图集和各类航路指南及航海手册中。而实时海洋水文气象情报和预报服务,则按世界气象组织协调的海洋气象服务计划,由国家级、区域级,乃至世界气象中心、海洋中心发布。 

    海上气象条件/航海气象学 编辑

    各类天气系统如热带气旋温带气旋等都有各自的天气结构,在其范围内的海面气象要素值的分布也有各自的规律性。根据这种规律性,运用船舶沿途的气象观测值与海洋气象和水文部门提供的广大海洋上天气系统配置及其动态,可以确定船舶在各类天气系统中所处的部位,判断海上雾的生消趋势等,从而采取相应的航行方法;而且还可检验与订正海洋气象和水文部门的报告、预报、警报和传真图等。

    热带气旋
    根据对船舶威胁的程度分为危险半圆、可航半圆和危险半圆中的危险象限。按照一定的方法判断船舶所处部位(见船舶防台)。

    温带气旋
    可分为前部、暖区、后部。在前部,由远及近常见的情况是,天空中出现卷云,然后变为卷层云,以后成高层云,开始有小雨小雪,接着变成雨层云,落下连续性中雨大雨中雪大雪。当大气不稳定时,也会出现积云和阵性降水,此时气压逐渐下降,风向偏东,离中心越近,风力越强。在暖区中,离中心稍远的部位通常是少云天气,靠近中心处为层云、层积云;越靠近中心,云越低,云层越厚,并下毛毛雨,有时还有雾出现。当气旋加深很快时,空气上升作用加强,暖区中心附近有连续性降水。暖区中的风向在北半球偏南,在南半球偏北。在后部,由近及远,风向转为偏西。有时云雨区比较宽广,有时对流性云及阵性降水区较窄,然后天气迅速晴朗,气压逐渐呈现稳定上升。在北半球,中心北部的风向从前部往后部作反时针变化,中心南部作顺时针变化。南半球温带气旋的暖区顶端指向南方,其北部风向从前部往后部也作反时针变化,南部风向作顺时针变化。根据上述温带气旋区中的气象要素值的分布规律,运用沿途各气象要素观测值的变化,即可确定船舶在温带气旋区中的部位。

    (图)平流雾奇观平流雾奇观

    海上雾生消趋势
    航海上将雾分平流雾降水雾蒸发雾辐射雾四种。各种雾各有其生消规律。将船舶沿途不同时刻所测得的露点温度和水温资料,分别以不同符号或采取不同的颜色,填绘在以纵坐标表示温度、横坐标表示时间的方格纸上,然后将同符号或同颜色诸点联结起来,便得两条曲线。根据这两条曲线之间的距离变化可判断海上雾生消趋势。无雾时,水温高于露点温度;当这两条曲线的间距越来越窄,遇雾的可能性就越来越大;当露点温度高于水温时,就出现雾。反之,当露点温度低于水温的间距越来越大,就不可能遇雾,如果有雾,它是雾消的迹象。

    参考资料/航海气象学 编辑

    [1] 航海教育研究网 http://www.lunwentianxia.com/qikan_detail_qis/470369/

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