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冬季北太平洋的气候特征与分析应用

时间:2017/12/27 12:59:27 点击:

  内容提示:冬季北太平洋航行应关注气象信息和整体气候特点,保证船舶安全。...
冬季的北太平洋气候着实恶劣,此间航行在北太平洋的船舶或多或少都会受到其负面影响。如果因为对气象资料的掌握和分析不充分,选择的航线不正确,不仅影响航速,耽搁船期,还会对船舶以及船员的生命构成威胁。如果要选择一条最佳的大洋航线,首先要对北太平洋在每年10月份到次年3月份的气候特征有一个全面的了解和有一定深度的经验积累,再根据当时的气象资料经过综合分析,优中选优,选择一条既经济快捷又安全可靠的大洋航线。
 
1 冬季北太平洋气候特征
  1.1 平均气压场
  要了解北太平洋气候特征,首先要知道北太平洋有两个永久性的大气活动中心:即阿留神低压和北太平洋副热带高压,而冬季的北太平洋主要受阿留神低压的影响。每年的10月份,阿留神低压开始加深,其中心位置向南移至阿拉斯加湾附近,此时北太平洋副热带高压迅速向东南撤退,其范围也向东南收缩,30°N以北的洋面风速逐渐增大,进入冬季风时期。此后,欧亚大陆受强盛的西伯利亚高压控制,冷空气活动非常频繁,低压在海上迅速加深,在阿留神群岛附近达到最强,等压线密集,气压梯度大,其影响范围也逐渐向南扩大到中低纬地区;已经向东南收缩的太平洋副高其强度逐渐减弱、范围逐渐缩小。冬季的北太平洋迅速笼罩在阿留神低压的强势控制之下,随着时间地推移,继续加深,一直持续到次年的3月份,等北太平洋副高重新开始回归,其强度逐渐增强、影响范围逐渐向北推移扩大为止。

  既然冬季北太平洋的气候主要受阿留神低压的影响,首先需要对“低压”这个天气系统做一些比较全面地了解。在北半球,沿逆时针方向旋转的大型空气涡旋,由闭合等压线围成,中心气压比四周低的系统称为低压,也被称为气旋(Cyclone)。低压和气旋都是对同一天气系统的描述,只不过气旋是从流场的角度来定义,低压则是从气压场的角度来定义的。在低层大气中,风向与等压线斜交,北半球的气旋是一个按逆时针方向旋转向中心辐合的气流系统,由于气流从四周向气旋中心辐合,必然产生上升运动,气流升至高空又向四周辐散,辐散的气流产生下沉又回到低层大气,这样保证低层大气不断从四周向中心流入,气旋就会存在和发展,所以气旋的存在和发展必须有一个由水平运动和垂直运动所组成的环流系统。当低压中心气压值随时间降低时,称低压(气旋)发展或加深(DEEPENING);反之,则称低压(气旋)减弱或填塞(FILLING)。

  在分析锋面气旋之前,首先再介绍一下暖锋和冷锋这两个概念,这对于理解锋面气旋有一定的帮助。

暖锋:暖锋是暖气团推动冷气团后退,暖锋过境意味着后面的暖气团取代前面的冷气团,引起气温逐渐升高,气压逐渐降低,锋前出现负的3小时变压。北半球暖锋多为西北—东南走向,锋前吹E--SE风,锋后吹S—SW风,锋过境时,风向随时间作顺时针变化;

冷锋:冷锋是冷气团推动暖气团后退,冷锋过境意味着后面的冷气团取代前面的暖气团,引起气温逐渐降低,气压逐渐升高,锋后出现正的3小时变压。若是急行冷锋,气温迅速降低,气压迅速升高。北半球冷锋多为东北—西南走向,锋前吹S—SW风,锋后吹N—NW风,锋过境时,风向做顺时针变化。

根据气旋的热力结构,气旋分为锋面气旋和无锋面气旋,锋面气旋频繁产生和活动于温带地区,发展强烈的锋面气旋可带来强烈的降水、雷暴、大风等恶劣天气。在海上还可引起大范围的大风浪区,是影响中高纬度大洋航线天气的主要风暴系统。一个成熟的锋面系统由2-3个气团组成,北半球的封面气旋是一个逆时针方向旋转的涡旋,中心气压最低,自中心向前方伸出一条暖锋,向后方伸出一条冷锋,冷、暖锋之间是暖气团,暖风前、冷锋后是冷气团。由于暖锋前、暖区、冷锋后这三个区域的风向、云系、气压、气温、降水等因素的变化明显不同,所以通过仔细地观测和了解掌握上述几种因素的变化,基本就可以推测出船舶处在锋面气旋中的区域位置,这对船舶进一步避离恶劣天气将有很大的帮助。

气旋前部(暖风前):在气旋前部的天气主要为宽阔的暖锋云系以及与之相伴随的连续性降水天气。云系向前伸展很远,最前面的试卷云(Ci),其后依次为卷层云(Cs)、高层云(As)、雨层云(Ns)。降水区域位于地面暖锋前200—400KM范围内,靠近气旋中心部分最宽,一般为连续性降水。随着地面锋线的接近,气温升高,气压明显降低。北半球暖锋前风向多为E—SE风,风力一般为4—6级。此外,在锋前50—100海里范围内常有锋面雾出现。

暖区(暖锋后冷锋前):气旋中部是暖气团天气,气温高,气压基本停止下降。在北半球风向多为S—SW风,陆地上风力一般为4—6级,海上风力可达7-8级。天气特征主要取决于暖气团的性质,如果暖气团比较潮湿,靠近中心的地方会有层云(St)、层积云(Sc),有时可出现大片平流雾和毛毛雨,离中心较远的地方通常是少云;如果暖气团比较干燥,至多有一层薄云而不会出现降水。

气旋后部(冷锋后):冷锋过后,气温急剧下降,气压迅速回升。在北半球风向多为N--NW风,风力一般为6—9级,最大可达11—12级,气旋后是比较狭窄的冷锋云系和降水天气。如果是第一型冷锋(缓行冷锋),一般以层状云为主,依次为雨层云(Ns)、高层云(As)、卷层云(Cs)、卷云(Ci),产生连续性降水和锋面雾。如果是第二型冷锋(急行冷锋),则伴有积状云(Cu、Cb)、阵性大风和雷阵雨。

综上所述,在北太平洋,当锋面气旋运动路径由西向东,船舶由东向西航行穿越锋面气旋时,通过观测风向和云系变化,就可以推测出船舶在锋面气旋中所处的位置。
A. 当观测到风向随时间作顺时针变化,并且出现的云系依次为:Ci-Cs-As-Ns-St-Cb时,说明船舶正在从锋面气旋中心的低纬一侧通过。
B. 当观测到风向随时间作逆时针变化,并且出现的云系依次为:Ci-Cs-As-Ns-As时,说明船舶正在从锋面气旋中心的高纬一侧通过

当船舶正在穿越锋面气旋,通过观测到的气象数据已经确定本船处在锋面气旋中的位置,如何正确迅速地避离更恶劣的天气,就需要对锋面气旋中大风和海浪的分布以及该锋面气旋的移动规律要有充分的了解。

通过已经掌握的研究资料表明,冬季在北太平洋上的形成的锋面气旋,其大风和波浪的分布并不对称,气旋南侧的强风大浪大于北侧,最大的强风中心和大浪中心出现在气旋中心西南偏南方向上。低压中心南侧强风、大浪比北侧显著,而且不对称性在冬季表现特别强;在锋面气旋中心西南侧相当远处仍有强风和大浪,特别是波高7m的大浪中心区域出现在低压中心SSW 300-600海里处,因此,如有可能,船舶应尽量避开这一区域。其实,船舶从收到的气象传真图以及收到的EGC气象预报上,都能看出该现象的不对称性,其表现特别显著。
锋面气旋是由锋面上发生的波动发展而成。其先后经历初生阶段、发展阶段、锢囚阶段、消亡阶段。当锋面气旋形成以后,其移动方向主要受西风带基本气流引导,总趋势都是自西向东移动。具体表现为以下三种路径:一是自西向东;二是自西南向东北;三是先自西北向东南,然后再折向东北。东北亚的气旋若在移动中不消失,最终都将进入阿留神群岛附近的海域锢囚消失。而且,锋面气旋的移动快慢、锋面走向还影响着其自身的发展、消亡。初生和发展阶段移动快,锢囚和消亡阶段移动慢;气旋强度减弱时移动快,加强时移动慢;春季移动最快,夏季移动最慢;锋面呈南北向时的气旋移动快,锋面呈东西向时的气旋移动慢。

1.2 风场

北太平洋是世界最明显的季风气候区之一。10月至次年3月为冬节季风时期,在西伯利亚高压和阿留神低压控制之下,北部洋面盛行北――东北风,在大洋中央是以阿留神群岛为中心呈逆时针方向旋转的风场。而低纬海域全年盛行东――东北风。冬季风稳定而强盛,持续时间长,范围大。

冬季平均风速一般在7-12m/s,6级以上大风频率在15%-55%之间,8级以上大风频率在0%-15%之间。在30°N以北的部分海域,6级以上大风频率大于40%,8级以上大风频率在5%-15%之间。尤其在36°-42°N 、162°-176°E之间海域,大风频率最高。

1.3 海雾

北太平洋上主要是平流雾,具有范围广、持续时间长的特点。北太平洋上的雾大多集中在30°N以北。春、夏季较多,秋、冬季较少。从冬季到夏季,多雾区逐渐由东往西移动。每年10-12月份,北太平洋洋面雾频率为5%,次年1-3月份,东北太平洋阿拉斯加南部洋面为频率大于10%的多雾区。

1.4 海浪

北太平洋海浪场以菲律宾至加利福尼亚连线为界,北大南小,资料数据显示,这比以往以30°N为界更符合实际情况。这是因为北太平洋东部风小,西部风大。
冬季北太平洋整个北部洋面受阿留神低压控制,盛行浪向以阿留神群岛为中心呈逆时针方向旋转,大洋西部边缘海域受西伯利亚高压影响盛行偏北浪向,东南部则受到北太平洋副高影响。从全年各月的海浪场分析得出,不论冬季或夏季,菲律宾至加利福尼亚连线以南的低纬海域常年盛行E-NE浪,海浪小;连线以北的高纬海域则冬夏风向变化较大,海浪高。季风时期浪向、涌向基本一致。

冬季北太平洋海浪为全年最大,转换季节次之,夏季为全年最小。同一时期的平均涌高、大涌频率要比平均浪高、大浪频率大的多。冬季最大平均浪高大于2m,最大平均涌高大于3.5m,大浪频率为0%-20%,大涌频率为10%-50%;
 
2 气象资料的分析与应用
 
远洋船舶在横渡大洋时,总希望能够选择出一条既安全可靠又经济快捷的最佳航线,以便在保证安全的条件下赢得经济效益。但狂风、巨浪、暴雨、浓雾等恶劣天气和海况,常常严重威胁船舶安全航行。因此,最大限度地保障船舶安全是船舶航行的基本要求,这也是船舶选择航线时必须考虑的首要问题。

长时间以来,随着气象资料的不断积累、完善以及现代科学技术的飞跃发展,气象航线与气候航线便完美地结合起来,为船舶选择最佳航线提供了技术和资料基础。气候航线是以气候资料为基础,结合航海经验而制定的航线。它是建立在长期气候资料统计的基础上,它是前人宝贵经验的总结,它经历了不断丰富、发展、完善的过程,在相当长的时期内,它对大洋航行的船舶安全和船长的决策工作都起到很大的指导作用。气象航线(又称天气航线)是根据较准确的短、中期及有效的长期天气和海洋预报,结合船舶的性能、装载特点、技术条件、航行任务等,为航行大洋的船舶选择最佳天气航线。

气象航线与气候航线既有区别又有联系,气象航线是气候航线的发展,气候航线是气象航线的基础。气候航线是建立在气候学的统计方法上的,它是根据各个洋区在各个不同季节的大气环流、世界风带、季风和洋流等方面统计资料和航海人员的经验制定出来的。不同季节航线差别很大,它是某种气候条件下的较优航线,“世界大洋航路”中所推荐的航线均属气候航线。然而当船舶在气候航线上航行时,常常会遇到意想不到的恶劣天气和海况,而给船舶带来困难和威胁,甚至有一定的危险性。这样,在气候航线的基础上,根据准确的短、中期和有效的长期天气和海浪预报,融合了气象航线的现代技术特点,制定出一条适合当时气候条件的最佳大洋航线,才是对气候分析研究的最终目的之所在。

冬季,当船舶要穿越北太平洋时,通常会选择35°N以南的中低纬度穿越,这就是经过对北太平洋在冬季的气压、风场、海浪、洋流等气候特征的分析研究所选择的较优的气候航线。这是因为根据气候资料介绍,冬季北太平洋中、高纬度海域完全控制在以阿留神低压为主的恶劣天气之下,该海域风浪很大,低压此起彼伏,一个连着一个,不利于航行。中、低纬度相对远离了低压的影响范围,而此时的北太平洋副高位于大洋的东南部,强度弱,范围小,对船舶航行影响不大。避开了中、高纬度大风浪区而选择35°N以南的中低纬度,虽然比走大圆航线要远几百海里,但这样可以保证航行安全,保证了船舶、人员、货物的安全,减少了海难事故的发生,还相对提高了航速,其综合效益并不会受到损失。这也是现在气导最常推荐的穿越北太平洋的大洋航线。

即使综合了大量的气候、气象资料,也采用了较准确的短、中期和有效的长期天气、海浪预报,但目前国际上天气预报的水平只能提供较准确的5天预报,无法完全满足跨洋航线的需求。当船舶在冬季执行已选择的航线穿越北太平洋时,常常会遇到意想不到的强低压、大风浪区等恶劣天气。这就需要船舶临时改变原航线,避开恶劣天气,保证船舶安全。船长可以根据当时船舶所观测到的气象数据,通过分析和研究低压的强度、风力的大小、风向的变化、移动的速度、移动的方向、中心气压的变化以及它的发展趋势,掌握规律,来决定船舶为避开不利因素而需要进一步采取的措施,这就是对以上气象资料分析研究后的实际应用。

以上是根据有关北太平洋冬季的气候资料,经过分析和梳理,整理出来的。对于已经习惯于执行气导而不再需要为制定一条尽可能完美的大洋航线而绞尽脑汁地去查阅各种资料的航海者来说,它会有一些帮助的。因为大海并不是温顺的,当它发怒的时候,需要我们有足够的知识和智慧去降服它。

作者:王忠显 来源:青岛远洋

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