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冬季北太平洋的氣候特征與分析應用

時間:2017/12/27 12:59:27 點擊:

  內容提示:冬季北太平洋航行應關注氣象信息和整體氣候特點,保證船舶安全。...
冬季的北太平洋氣候著實惡劣,此間航行在北太平洋的船舶或多或少都會受到其負面影響。如果因為對氣象資料的掌握和分析不充分,選擇的航線不正確,不僅影響航速,耽擱船期,還會對船舶以及船員的生命構成威脅。如果要選擇一條最佳的大洋航線,首先要對北太平洋在每年10月份到次年3月份的氣候特征有一個全面的了解和有一定深度的經驗積累,再根據當時的氣象資料經過綜合分析,優中選優,選擇一條既經濟快捷又安全可靠的大洋航線。
 
1 冬季北太平洋氣候特征
  1.1 平均氣壓場
  要了解北太平洋氣候特征,首先要知道北太平洋有兩個永久性的大氣活動中心:即阿留神低壓和北太平洋副熱帶高壓,而冬季的北太平洋主要受阿留神低壓的影響。每年的10月份,阿留神低壓開始加深,其中心位置向南移至阿拉斯加灣附近,此時北太平洋副熱帶高壓迅速向東南撤退,其范圍也向東南收縮,30°N以北的洋面風速逐漸增大,進入冬季風時期。此后,歐亞大陸受強盛的西伯利亞高壓控制,冷空氣活動非常頻繁,低壓在海上迅速加深,在阿留神群島附近達到最強,等壓線密集,氣壓梯度大,其影響范圍也逐漸向南擴大到中低緯地區;已經向東南收縮的太平洋副高其強度逐漸減弱、范圍逐漸縮小。冬季的北太平洋迅速籠罩在阿留神低壓的強勢控制之下,隨著時間地推移,繼續加深,一直持續到次年的3月份,等北太平洋副高重新開始回歸,其強度逐漸增強、影響范圍逐漸向北推移擴大為止。

  既然冬季北太平洋的氣候主要受阿留神低壓的影響,首先需要對“低壓”這個天氣系統做一些比較全面地了解。在北半球,沿逆時針方向旋轉的大型空氣渦旋,由閉合等壓線圍成,中心氣壓比四周低的系統稱為低壓,也被稱為氣旋(Cyclone)。低壓和氣旋都是對同一天氣系統的描述,只不過氣旋是從流場的角度來定義,低壓則是從氣壓場的角度來定義的。在低層大氣中,風向與等壓線斜交,北半球的氣旋是一個按逆時針方向旋轉向中心輻合的氣流系統,由于氣流從四周向氣旋中心輻合,必然產生上升運動,氣流升至高空又向四周輻散,輻散的氣流產生下沉又回到低層大氣,這樣保證低層大氣不斷從四周向中心流入,氣旋就會存在和發展,所以氣旋的存在和發展必須有一個由水平運動和垂直運動所組成的環流系統。當低壓中心氣壓值隨時間降低時,稱低壓(氣旋)發展或加深(DEEPENING);反之,則稱低壓(氣旋)減弱或填塞(FILLING)。

  在分析鋒面氣旋之前,首先再介紹一下暖鋒和冷鋒這兩個概念,這對于理解鋒面氣旋有一定的幫助。

暖鋒:暖鋒是暖氣團推動冷氣團后退,暖鋒過境意味著后面的暖氣團取代前面的冷氣團,引起氣溫逐漸升高,氣壓逐漸降低,鋒前出現負的3小時變壓。北半球暖鋒多為西北—東南走向,鋒前吹E--SE風,鋒后吹S—SW風,鋒過境時,風向隨時間作順時針變化;

冷鋒:冷鋒是冷氣團推動暖氣團后退,冷鋒過境意味著后面的冷氣團取代前面的暖氣團,引起氣溫逐漸降低,氣壓逐漸升高,鋒后出現正的3小時變壓。若是急行冷鋒,氣溫迅速降低,氣壓迅速升高。北半球冷鋒多為東北—西南走向,鋒前吹S—SW風,鋒后吹N—NW風,鋒過境時,風向做順時針變化。

根據氣旋的熱力結構,氣旋分為鋒面氣旋和無鋒面氣旋,鋒面氣旋頻繁產生和活動于溫帶地區,發展強烈的鋒面氣旋可帶來強烈的降水、雷暴、大風等惡劣天氣。在海上還可引起大范圍的大風浪區,是影響中高緯度大洋航線天氣的主要風暴系統。一個成熟的鋒面系統由2-3個氣團組成,北半球的封面氣旋是一個逆時針方向旋轉的渦旋,中心氣壓最低,自中心向前方伸出一條暖鋒,向后方伸出一條冷鋒,冷、暖鋒之間是暖氣團,暖風前、冷鋒后是冷氣團。由于暖鋒前、暖區、冷鋒后這三個區域的風向、云系、氣壓、氣溫、降水等因素的變化明顯不同,所以通過仔細地觀測和了解掌握上述幾種因素的變化,基本就可以推測出船舶處在鋒面氣旋中的區域位置,這對船舶進一步避離惡劣天氣將有很大的幫助。

氣旋前部(暖風前):在氣旋前部的天氣主要為寬闊的暖鋒云系以及與之相伴隨的連續性降水天氣。云系向前伸展很遠,最前面的試卷云(Ci),其后依次為卷層云(Cs)、高層云(As)、雨層云(Ns)。降水區域位于地面暖鋒前200—400KM范圍內,靠近氣旋中心部分最寬,一般為連續性降水。隨著地面鋒線的接近,氣溫升高,氣壓明顯降低。北半球暖鋒前風向多為E—SE風,風力一般為4—6級。此外,在鋒前50—100海里范圍內常有鋒面霧出現。

暖區(暖鋒后冷鋒前):氣旋中部是暖氣團天氣,氣溫高,氣壓基本停止下降。在北半球風向多為S—SW風,陸地上風力一般為4—6級,海上風力可達7-8級。天氣特征主要取決于暖氣團的性質,如果暖氣團比較潮濕,靠近中心的地方會有層云(St)、層積云(Sc),有時可出現大片平流霧和毛毛雨,離中心較遠的地方通常是少云;如果暖氣團比較干燥,至多有一層薄云而不會出現降水。

氣旋后部(冷鋒后):冷鋒過后,氣溫急劇下降,氣壓迅速回升。在北半球風向多為N--NW風,風力一般為6—9級,最大可達11—12級,氣旋后是比較狹窄的冷鋒云系和降水天氣。如果是第一型冷鋒(緩行冷鋒),一般以層狀云為主,依次為雨層云(Ns)、高層云(As)、卷層云(Cs)、卷云(Ci),產生連續性降水和鋒面霧。如果是第二型冷鋒(急行冷鋒),則伴有積狀云(Cu、Cb)、陣性大風和雷陣雨。

綜上所述,在北太平洋,當鋒面氣旋運動路徑由西向東,船舶由東向西航行穿越鋒面氣旋時,通過觀測風向和云系變化,就可以推測出船舶在鋒面氣旋中所處的位置。
A. 當觀測到風向隨時間作順時針變化,并且出現的云系依次為:Ci-Cs-As-Ns-St-Cb時,說明船舶正在從鋒面氣旋中心的低緯一側通過。
B. 當觀測到風向隨時間作逆時針變化,并且出現的云系依次為:Ci-Cs-As-Ns-As時,說明船舶正在從鋒面氣旋中心的高緯一側通過

當船舶正在穿越鋒面氣旋,通過觀測到的氣象數據已經確定本船處在鋒面氣旋中的位置,如何正確迅速地避離更惡劣的天氣,就需要對鋒面氣旋中大風和海浪的分布以及該鋒面氣旋的移動規律要有充分的了解。

通過已經掌握的研究資料表明,冬季在北太平洋上的形成的鋒面氣旋,其大風和波浪的分布并不對稱,氣旋南側的強風大浪大于北側,最大的強風中心和大浪中心出現在氣旋中心西南偏南方向上。低壓中心南側強風、大浪比北側顯著,而且不對稱性在冬季表現特別強;在鋒面氣旋中心西南側相當遠處仍有強風和大浪,特別是波高7m的大浪中心區域出現在低壓中心SSW 300-600海里處,因此,如有可能,船舶應盡量避開這一區域。其實,船舶從收到的氣象傳真圖以及收到的EGC氣象預報上,都能看出該現象的不對稱性,其表現特別顯著。
鋒面氣旋是由鋒面上發生的波動發展而成。其先后經歷初生階段、發展階段、錮囚階段、消亡階段。當鋒面氣旋形成以后,其移動方向主要受西風帶基本氣流引導,總趨勢都是自西向東移動。具體表現為以下三種路徑:一是自西向東;二是自西南向東北;三是先自西北向東南,然后再折向東北。東北亞的氣旋若在移動中不消失,最終都將進入阿留神群島附近的海域錮囚消失。而且,鋒面氣旋的移動快慢、鋒面走向還影響著其自身的發展、消亡。初生和發展階段移動快,錮囚和消亡階段移動慢;氣旋強度減弱時移動快,加強時移動慢;春季移動最快,夏季移動最慢;鋒面呈南北向時的氣旋移動快,鋒面呈東西向時的氣旋移動慢。

1.2 風場

北太平洋是世界最明顯的季風氣候區之一。10月至次年3月為冬節季風時期,在西伯利亞高壓和阿留神低壓控制之下,北部洋面盛行北――東北風,在大洋中央是以阿留神群島為中心呈逆時針方向旋轉的風場。而低緯海域全年盛行東――東北風。冬季風穩定而強盛,持續時間長,范圍大。

冬季平均風速一般在7-12m/s,6級以上大風頻率在15%-55%之間,8級以上大風頻率在0%-15%之間。在30°N以北的部分海域,6級以上大風頻率大于40%,8級以上大風頻率在5%-15%之間。尤其在36°-42°N 、162°-176°E之間海域,大風頻率最高。

1.3 海霧

北太平洋上主要是平流霧,具有范圍廣、持續時間長的特點。北太平洋上的霧大多集中在30°N以北。春、夏季較多,秋、冬季較少。從冬季到夏季,多霧區逐漸由東往西移動。每年10-12月份,北太平洋洋面霧頻率為5%,次年1-3月份,東北太平洋阿拉斯加南部洋面為頻率大于10%的多霧區。

1.4 海浪

北太平洋海浪場以菲律賓至加利福尼亞連線為界,北大南小,資料數據顯示,這比以往以30°N為界更符合實際情況。這是因為北太平洋東部風小,西部風大。
冬季北太平洋整個北部洋面受阿留神低壓控制,盛行浪向以阿留神群島為中心呈逆時針方向旋轉,大洋西部邊緣海域受西伯利亞高壓影響盛行偏北浪向,東南部則受到北太平洋副高影響。從全年各月的海浪場分析得出,不論冬季或夏季,菲律賓至加利福尼亞連線以南的低緯海域常年盛行E-NE浪,海浪小;連線以北的高緯海域則冬夏風向變化較大,海浪高。季風時期浪向、涌向基本一致。

冬季北太平洋海浪為全年最大,轉換季節次之,夏季為全年最小。同一時期的平均涌高、大涌頻率要比平均浪高、大浪頻率大的多。冬季最大平均浪高大于2m,最大平均涌高大于3.5m,大浪頻率為0%-20%,大涌頻率為10%-50%;
 
2 氣象資料的分析與應用
 
遠洋船舶在橫渡大洋時,總希望能夠選擇出一條既安全可靠又經濟快捷的最佳航線,以便在保證安全的條件下贏得經濟效益。但狂風、巨浪、暴雨、濃霧等惡劣天氣和海況,常常嚴重威脅船舶安全航行。因此,最大限度地保障船舶安全是船舶航行的基本要求,這也是船舶選擇航線時必須考慮的首要問題。

長時間以來,隨著氣象資料的不斷積累、完善以及現代科學技術的飛躍發展,氣象航線與氣候航線便完美地結合起來,為船舶選擇最佳航線提供了技術和資料基礎。氣候航線是以氣候資料為基礎,結合航海經驗而制定的航線。它是建立在長期氣候資料統計的基礎上,它是前人寶貴經驗的總結,它經歷了不斷豐富、發展、完善的過程,在相當長的時期內,它對大洋航行的船舶安全和船長的決策工作都起到很大的指導作用。氣象航線(又稱天氣航線)是根據較準確的短、中期及有效的長期天氣和海洋預報,結合船舶的性能、裝載特點、技術條件、航行任務等,為航行大洋的船舶選擇最佳天氣航線。

氣象航線與氣候航線既有區別又有聯系,氣象航線是氣候航線的發展,氣候航線是氣象航線的基礎。氣候航線是建立在氣候學的統計方法上的,它是根據各個洋區在各個不同季節的大氣環流、世界風帶、季風和洋流等方面統計資料和航海人員的經驗制定出來的。不同季節航線差別很大,它是某種氣候條件下的較優航線,“世界大洋航路”中所推薦的航線均屬氣候航線。然而當船舶在氣候航線上航行時,常常會遇到意想不到的惡劣天氣和海況,而給船舶帶來困難和威脅,甚至有一定的危險性。這樣,在氣候航線的基礎上,根據準確的短、中期和有效的長期天氣和海浪預報,融合了氣象航線的現代技術特點,制定出一條適合當時氣候條件的最佳大洋航線,才是對氣候分析研究的最終目的之所在。

冬季,當船舶要穿越北太平洋時,通常會選擇35°N以南的中低緯度穿越,這就是經過對北太平洋在冬季的氣壓、風場、海浪、洋流等氣候特征的分析研究所選擇的較優的氣候航線。這是因為根據氣候資料介紹,冬季北太平洋中、高緯度海域完全控制在以阿留神低壓為主的惡劣天氣之下,該海域風浪很大,低壓此起彼伏,一個連著一個,不利于航行。中、低緯度相對遠離了低壓的影響范圍,而此時的北太平洋副高位于大洋的東南部,強度弱,范圍小,對船舶航行影響不大。避開了中、高緯度大風浪區而選擇35°N以南的中低緯度,雖然比走大圓航線要遠幾百海里,但這樣可以保證航行安全,保證了船舶、人員、貨物的安全,減少了海難事故的發生,還相對提高了航速,其綜合效益并不會受到損失。這也是現在氣導最常推薦的穿越北太平洋的大洋航線。

即使綜合了大量的氣候、氣象資料,也采用了較準確的短、中期和有效的長期天氣、海浪預報,但目前國際上天氣預報的水平只能提供較準確的5天預報,無法完全滿足跨洋航線的需求。當船舶在冬季執行已選擇的航線穿越北太平洋時,常常會遇到意想不到的強低壓、大風浪區等惡劣天氣。這就需要船舶臨時改變原航線,避開惡劣天氣,保證船舶安全。船長可以根據當時船舶所觀測到的氣象數據,通過分析和研究低壓的強度、風力的大小、風向的變化、移動的速度、移動的方向、中心氣壓的變化以及它的發展趨勢,掌握規律,來決定船舶為避開不利因素而需要進一步采取的措施,這就是對以上氣象資料分析研究后的實際應用。

以上是根據有關北太平洋冬季的氣候資料,經過分析和梳理,整理出來的。對于已經習慣于執行氣導而不再需要為制定一條盡可能完美的大洋航線而絞盡腦汁地去查閱各種資料的航海者來說,它會有一些幫助的。因為大海并不是溫順的,當它發怒的時候,需要我們有足夠的知識和智慧去降服它。

作者:王忠顯 來源:青島遠洋

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