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海洋氣象學是研究海上大氣的物理信息(尤其是天氣、氣候現象)和海洋與大氣相互作用的學科。海洋氣象學既涉及大氣又涉及海洋,因此它是大氣科學和海洋科學共同研究的領域。

海洋氣象學海洋氣象學

1 海洋氣象學 -簡介

海洋氣象學是研究海上大氣的物理信息(尤其是天氣、氣候現象)和海洋與大氣相互作用的學科。海洋氣象學既涉及大氣又涉及海洋,因此它是大氣科學和海洋科學共同研究的領域。由於地球表面的絕大部分為海洋所覆蓋,而海水又具有和陸地迥然不同的物理、化學性質,這就決定了海洋在海洋氣象學研究中的重要地位。

2 海洋氣象學 -發展簡史

海洋氣象學海洋氣象學

海洋氣象學與人類的生活和生產息息相關,它的早期發展淵源於航海事業的需要。 遠在公元前4~5世紀,希臘人就已利用地中海特有的季風,往返於愛琴海和埃及之間。後來,不僅利用季風張帆航海,而且把季風和陸上的天氣變化聯繫起來。15世紀末,哥倫布幾次橫渡大西洋時,注意到大西洋上信風和海流的存在。17世紀中葉,瑞士A.基歇爾繪製全球海流圖,指出了大洋環流和信風的關係。英國W.丹皮爾觀察太平洋颱風,提出了颱風為有靜穩中心的旋轉性風暴等見解。此後,他們整理了全球航海記錄,編寫出了有關海洋氣象的專書。到了18世紀,英國G.哈得來提出南北兩半球的信風理論。19世紀初,英國海軍中將F.蒲福根據他長期航海的經驗,總結出蒲氏風級表。隨後美國M.F.莫里根據航海日誌繪製了風和海流圖,並寫出《海洋自然地理學》一書,專論海洋氣象諸問題,為本門科學勾劃了初步輪廓。

從19世紀中葉至20世紀中葉約 100年的工作,奠定了海洋氣象學的基礎。1853年在布魯塞爾召開的國際氣象會議決定,航行於海上的船隻必須定時進行氣象觀測並作出報告,從此海洋氣象資料有了保障。隨後,英國「挑戰者」號對大西洋和太平洋作了全面的海洋水文氣象調查;德國漢堡的海洋氣象台,建立併發布了北海沿岸的暴風警報。20世紀初,挪威氣象學家V.皮耶克尼斯等人提出氣旋生成的極鋒學說,形成氣象學界獨樹一幟的學派。美國氣象局編印的全球海洋氣候圖集。為研究海洋氣候提供了便利。

第二次世界大戰以後,海洋氣象觀測技術和手段的不斷進步,特別是衛星遙感技術和大型電子計算機問世並廣為應用,開創了海洋氣象學發展的新紀元。聯合國還專為海洋氣象設立了政府間的協商機構(IMCO)和國際氣象中心(IMC),世界氣象組織也設立了海洋氣象委員會。這些組織措施,有效地保證了國際間的大力協作,促使海洋氣象學得到迅速的發展。

自60年代以來,相繼由一國和多國聯合組織了多次大規模的海上立體觀測實驗,例如巴貝多海洋學和氣象學實驗(BOMEX)、全球大氣研究計劃 (GARP)、氣團變性實驗(AMTEX)、世界氣候研究計劃 (WCRP)等,並開展了海洋環流、大氣環流和海洋與大氣的相互作用的數值試驗研究,使海洋氣象學從以描述為主的定性階段過渡到定量的試驗研究階段。

3 海洋氣象學 -觀測

海洋氣象學海洋氣象學

分常規觀測和非常規觀測兩種。前者按國際統一規定的時間和內容進行觀測併發布天氣報告,後者包括海洋調查、海上觀測實驗和其他非特約船隻的觀測。常規觀測中以商船氣象觀測數量最多,已積累了近百年的記錄。據美國國家氣候中心統計,70年代以來,每天可以從世界各大洋獲得9000多組的實時天氣報告,但這種觀測在時間上是不連續的,在空間上是分佈不均勻的。第二次世界大戰以後,在北大西洋和北太平洋先後設立了十多個定點天氣船,加上日益增多的自動浮標氣象站,可以獲得較高質量的連續觀測資料,但因站點稀少,還不能滿足分析和預報的需要(見地面氣象觀測)海洋觀測台站網。

20世紀60年代以來,隨著氣象和海洋衛星的發射並投入業務使用,人們可以在(地球大氣)外層空間的不同高度上對大氣和海洋進行大範圍的均勻的實時觀測,直接或間接地獲得海洋上空各層的大氣溫度、濕度、風速、雲霧、降水、海面溫度、海面風速、海浪、海流、水位和海冰等各種要素的觀測值,對海上龍捲、熱帶風暴、溫帶氣旋等災害性天氣系統進行嚴密的監測,為海洋氣象的研究和業務工作提供了良好的條件(見氣象衛星、衛星氣象學)。

4 海洋氣象學 -研究內容

海洋氣象學海洋氣象公報

① 海洋氣象的觀測和試驗。包括海洋氣象觀測方法的研究、海洋氣象觀測儀器和裝置的研製、局部或大範圍海域的海洋氣象的調查研究。

② 海洋天氣分析和預報。研究海上的天氣和天氣系統及與其密切相關的海洋現象,包括海霧、海冰、海浪、風暴潮、海上龍捲、熱帶風暴、溫帶氣旋的機理分析及其預報方法(見海洋水文氣象預報、天氣分析、天氣預報)。

③ 海洋和大氣的相互作用。在海洋氣象學中所研究的海-氣相互作用,主要是海洋和大氣之間各種物理量,包括熱量、動量(或動能)、水分、氣體和電荷等的輸送和交換的過程及其時空變異,海-氣邊界層的觀測和理論,及大尺度海-氣相互作用(見海面氣層湍流輸送、海-氣關係)。

在大尺度海-氣相互作用的範疇內,重點研究大氣環流和海洋環流的生成及其對應關係,大洋西邊界流動(灣流和黑潮)對於其鄰近海區的天氣,天氣系統和氣候的影響,熱帶海洋對局部乃至全球大氣環球和氣候的影響(例如埃爾尼諾現象),大氣中二氧化碳含量的增加和海洋對此過程的作用及其對氣候變遷的影響等。在上述領域內,已揭示了海洋和大氣的某些現象之間的聯繫,取得了一批研究成果,這對於長期天氣預報和氣候預測有重要的價值。

5 海洋氣象學 -派生學科

海洋氣象學是從生產活動中逐漸發展起來的一門學科,同時它又派生出如下的一些分支學科:
① 航海氣象學。研究航海中的氣象問題,特別是海洋氣象導航──優選航線的決定和跟蹤導航,為航海事業提供氣象服務。
② 漁業氣象學。研究水產資源的捕撈和養殖中的氣象問題,為漁業生產提供氣象服務。
③ 鹽業氣象學。研究納潮、積鹵和鹽田蒸發、風及降水等有關鹽業生產中的氣象問題。
④ 港灣氣象學。研究港灣設計和港灣生產作業中的天氣和氣候問題。

6 海洋氣象學 -展望

20世紀60年代以來,海洋氣象探測技術有了很大進步,進行了海上定點和非定點觀測,開展了大規模的海洋氣象現場實驗。雖然如此,仍然不能滿足需要。例如:對大尺度海-氣相互作用的研究,多半停留在揭露基本現象的階段,缺乏完善的理論分析;今後一方面要繼續改進探測系統,通過現場調查和實驗,提高觀測的精度,根據獲得的信息資料,繼續揭露海-氣間尚未被發現的一些現象,進而從理論上闡明現象的本質,將結果應用到實際的海上天氣和海況的分析及其預報。另一方面,在從理論上基本弄清海洋和大氣相互作用的物理過程的基礎上,建立合適的海洋-大氣的流體動力學模式,旨在闡明海洋在大氣環流的形成、演變和氣候變遷過程中所起的重要作用,大氣對海洋環流和海浪的形成和演變及其他諸海洋要素的影響。

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