海洋气象学

来自中文百科专业版
跳转至: 导航搜索

  海洋气象学汉语拼音:Haiyang Qixiangxue;英语:Marine Meteorology),研究海上大气的物理信息(尤其是天气气候现象)和海洋大气相互作用的学科。海洋气象学既涉及大气又涉及海洋,是大气科学海洋科学共同研究的领域。由于地球表面的绝大部分为海洋所覆盖,而海水又具有和陆地迥然不同的物理、化学性质,这就决定了海洋在海洋气象学研究中的重要地位。

简史

  海洋气象学与人类的生活和生产息息相关,它的早期发展渊源于航海事业的需要。

  远在公元前5至前4世纪,希腊人就已利用地中海特有的季风,往返于爱琴海埃及之间。后来,不仅利用季风张帆航海,而且把季风和陆上的天气变化联系起来。15世纪末,C.哥伦布几次横渡大西洋时,注意到大西洋上信风海流的存在。17世纪中叶,瑞士A.基歇尔绘制全球海流图,指出了大洋环流和信风的关系。英国W.丹皮尔观察太平洋台风,提出了台风为有静稳中心的旋转性风暴等见解。此后,他们整理了全球航海记录,编写出了有关海洋气象的专著。到了18世纪,英国G.哈得来提出南北两半球的信风理论。19世纪初,英国海军中将F.蒲福根据他长期航海的经验,总结出蒲氏风级表。随后美国M.F.莫里根据航海日志绘制了风和海流图,并写出《海洋自然地理学》一书,专论海洋气象诸问题,为海洋气象学勾画了初步轮廓。

  从19世纪中叶至20世纪中叶约 100年的工作,奠定了海洋气象学的基础。1853年在布鲁塞尔召开的国际气象会议决定,航行于海上的船只必须定时进行气象观测并作出报告,从此海洋气象资料有了保障。随后,英国“挑战者”号对大西洋和太平洋作了全面的海洋水文气象调查;德国汉堡的海洋气象台建立并发布了北海沿岸的暴风警报。20世纪初,挪威气象学家V.皮耶克尼斯等人提出气旋生成的极锋学说,形成气象学界独树一帜的学派。美国气象局编印的全球海洋气候图集,为研究海洋气候提供了便利。

  第二次世界大战以后,海洋气象观测技术和手段的不断进步,特别是卫星遥感技术和大型电子计算机问世并广为应用,开创了海洋气象学发展的新纪元。联合国还专为海洋气象设立了政府间海事协商组织(IMCO)和国际气象中心(IMC),世界气象组织也设立了海洋气象委员会。这些组织措施,有效地保证了国际间的大力协作,促使海洋气象学得到迅速的发展。

  自20世纪60年代以来,相继由一国和多国联合组织了多次大规模的海上立体观测实验,例如巴巴多斯海洋学和气象学实验(BOMEX)、全球大气研究计划 (GARP)、气团变性实验(AMTEX)、世界气候研究计划 (WCRP)等,并开展了海洋环流、大气环流和海洋与大气的相互作用的数值试验研究,使海洋气象学从以描述为主的定性阶段过渡到定量的试验研究阶段。

研究内容

  1.海洋气象的观测和试验。包括海洋气象观测方法的研究、海洋气象观测仪器和装置的研制、局部或大范围海域的海洋气象的调查研究。

  2.海洋天气分析和预报。研究海上的天气和天气系统及与其密切相关的海洋现象,包括海雾、海冰、海浪、风暴潮、海上龙卷、热带风暴、温带气旋的机理分析及其预报方法。

  3.海洋和大气的相互作用。在海洋气象学中所研究的海–气相互作用,主要是海洋和大气之间各种物理量,包括热量、动量(或动能)、水分、气体和电荷等的输送和交换的过程及其时空变异,海–气边界层的观测和理论,及大尺度海–气相互作用。见海面气层湍流输送、海–气关系。

  在大尺度海–气相互作用的范畴内,重点研究大气环流和海洋环流的生成及其对应关系,大洋西边界流动(湾流和黑潮)对于其邻近海区的天气,天气系统和气候的影响,热带海洋对局部乃至全球大气环流和气候的影响(例如厄尔尼诺现象),大气中二氧化碳含量的增加和海洋对此过程的作用及其对气候变迁的影响等。在上述领域内,已揭示了海洋和大气的某些现象之间的联系,取得了一批研究成果,这对于长期天气预报和气候预测有重要的价值。

派生学科

  海洋气象学是从生产活动中逐渐发展起来的一门学科,同时它又派生出如下的一些分支学科:

  • 航海气象学 研究航海中的气象问题,特别是海洋气象导航——优选航线的决定和跟踪导航,为航海事业提供气象服务。
  • 渔业气象学 研究水产资源的捕捞和养殖中的气象问题,为渔业生产提供气象服务。
  • 盐业气象学 研究纳潮、积卤和盐田蒸发、风及降水等有关盐业生产中的气象问题。
  • 港湾气象学 研究港湾设计和港湾生产作业中的天气和气候问题。

观测

  分常规观测和非常规观测两种。前者按国际统一规定的时间和内容进行观测并发布天气报告,后者包括海洋调查、海上观测实验和其他非特约船只的观测。常规观测中以商船气象观测数量最多,已积累了近百年的记录。据美国国家气候中心统计,20世纪70年代以来,每天可以从世界各大洋获得9,000多组的实时天气报告,但这种观测在时间上是不连续的,在空间上是分布不均匀的。第二次世界大战以后,在北大西洋和北太平洋先后设立了10多个定点天气船,加上日益增多的自动浮标气象站,可以获得较高质量的连续观测资料,但因站点稀少,还不能满足分析和预报的需要。

  20世纪60年代以来,随着气象卫星和海洋卫星的发射并投入业务使用,人们可以在(地球大气)外层空间的不同高度上对大气和海洋进行大范围的均匀的实时观测,直接或间接地获得海洋上空各层的大气温度、湿度、风速、云雾、降水、海面温度、海面风速、海浪、海流、水位和海冰等各种要素的观测值,对海上龙卷、热带风暴、温带气旋等灾害性天气系统进行严密的监测,为海洋气象的研究和业务工作提供了良好的条件。

展望

  20世纪60年代以来,海洋气象探测技术有了很大进步,进行了海上定点和非定点观测,开展了大规模的海洋气象现场实验。在此基础上,也进行了一些理论分析。虽然如此,仍然不能满足需要。例如:对大尺度海–气相互作用的研究,多半停留在揭露基本现象的阶段,缺乏完善的理论分析;今后一方面要继续改进探测系统,通过现场调查和实验,提高观测的精度,根据获得的信息资料,继续揭露海–气间尚未被发现的一些现象,进而从理论上阐明现象的本质,将结果应用到实际的海上天气和海况的分析及其预报之中。另一方面,从理论上基本弄清海洋和大气相互作用的物理过程。在此基础上,建立合适的海洋–大气的流体动力学模式,用以阐明海洋在大气环流的形成、演变和气候变迁过程中所起的重要作用,以及大气对海洋环流、海浪及其他诸海洋要素的形成和演变过程所起的重要作用。