海洋环境要素分析综述

1.影响海洋气候形成的主要因素

气候是指某一地区多年大气运动变化状态的综合情况。某地或寒或暖，或湿或干，或常年如一，或四季分明，这些特征在一个较长的时间跨度内保持稳定，就可认为是该地的气候特征。气候深刻地影响着地球上的物质运动和转化，稳定的气候是生物存在和发展的先决条件，而气候的变化，则往往决定各种生物的命运。

大千世界纷繁复杂，地球气候多种多样。造成气候差异的原因很多，影响气候的因素可分为四大类。

(1)太阳辐射

太阳辐射是大气运动的动力之源，能量通过辐射传递到地球表面，引起大气的变化。纬度位置是地球表面接收太阳辐射能量大小的最重要因素，纬度越高的地方，获得的热量越少，气温越低。

太阳辐射对海面的加热是通过发生在海—气界面上的辐射交换过程来完成的，它包括太阳短波辐射交换和海面与大气的长波辐射交换，而海面的净辐射收支主要取决于太阳总辐射。

(2)大气环流

大气环流形成的原因主要是大气运动——大气在接收能量过程中“受热不均”，导致空气从一地流向另一地。

(3)下垫面

下垫面主要是低层空气运动的边界面，海洋与陆地之间的气温、水分和环流有很大区别。大气中的臭氧层能够大幅度削弱太阳短波辐射，保护地球上的生物免受紫外线的辐射伤害。与此同时，臭氧层吸收太阳辐射也加热了大气。大气的中长波辐射能够被地面反射，地面温度越低，反射辐射越弱。因此，海、陆之间存在着较大的热力差异。

海、陆下垫面对气候形成的影响还表现在动力性质的差异。陆上，由于地形的起伏，粗糙度较大，摩擦力大，容易使风力减弱；海上则不同，海面比较光滑，粗糙度小，风在海面上运行时消耗于摩擦的能量也少，风速不易衰减。

(4)人类活动

人类活动对气候影响很大。人类向大气中排放大量二氧化碳，破坏臭氧层，导致全球气候变暖。海洋中的浮游生物和陆地的森林是吸收大气中二氧化碳的有效手段。人类砍伐树木、污染水源等活动都会影响到海洋和森林对二氧化碳的吸收，气候问题变得越来越严重。

2.海洋气候的主要要素特征

气候要素包括气温、气压、风、云、降水、湿度、蒸发、日照、雾、能见度以及各种天气现象等。

(1)气温

气温是表示空气冷、热程度的物理量。中国近海气温地理分布呈北冷南暖；气温随时间的变化有日变化、季节变化和年际变化。气温年较差的地理分布是由北往南逐渐递减的(表4-1)。

表4-1　各海区气温年较差

(2)气压

气压是气象观测中的基本要素之一，了解和分析气压场的时空分布和变化具有重要意义。

气压随时间的变化同样存在着日变化、季节变化和年际变化。表4-2显示中国近海海面气压的日变化情况。由表4-1可以看出，气压的日变化十分复杂，随纬度、海区、月份的不同而异。以1月为例，北黄海日最高气压出现在08时，最低气压出现在02时，日较差为4hPa。黄海西部，日最高气压发生在08时和20时，日最低气压发生在17时、23时和05时，日较差为1hPa。黄海东南部、东海中部、台湾以东海域、南海北部、中部、南部，日最高气压出现在08时，日最低气压出现时间随地区而异，日较差分别为3hPa和2hPa。

表4-2　黄海、东海、南海部分海域气压的日变化

续表

注：引自孙湘平.中国近海区域海洋[M].北京：海洋出版社，2006.(www.xing528.com)

(3)风

空气从高压区向低压区的水平流动就是风。作为一种重要的天气因素，风对海洋环境有着重要的影响。海面风场对海水的运动有着巨大的影响，特别与表层海流的变化、海浪的发生和传播以及风暴水位涨落的程度等有密切关系。风还加速海面水的蒸发，影响海面的平整度，进而影响光的传播。风能使干冷空气和潮湿空气发生交换，是天气变化的重要因素之一。大风是海上最主要的灾害性天气之一，大风和巨浪对航运交通、港口建筑、海上作业等带来巨大的危害。大风如遇上天文大潮，通常形成风暴潮，引起海水倒灌，淹没大片土地，造成巨大损失。

空气做水平运动有风向和风速两个方面，所以它是矢量。风向指风的来向，用16个方位或8个方位表示。以北向为起始方位，每隔22.5°确定一个风向，方向为北(N)、东(E)、南(S)、西(W)；东北(NE)、东南(SE)、西南(SW)、西北(NW)；东北偏北(NNE)、东北偏东(ENE)、东南偏东(ESE)、东南偏南(SSE)、西南偏南(SSW)、西南偏西(WSW)，如图4-5所示。

图4-5　风向的方位

风速的大小划分为13级，用风级表表示。

海、陆之间热量的差异影响近地面和近海面的气温和气压，导致冬季风从陆地吹向海洋，而夏季风从海洋吹向陆地，称为季风。

中国近海及其邻近地区，是季风最发达的地区之一。季风不仅盛行，而且范围大、势力强。

(4)云

云是大气中水汽凝结或凝华所造成的一种自然现象，是由飘浮在空气中大量的小水滴、冰晶或两者共同组成的。按云的高度和外貌特征分为三族十属：高云族，云底距地面高度6 000m以上，包括卷云(Ci)、卷层云(Cs)、卷积云(Cc)；中云族，云底高度为2 000～6 000m，包括高层云(As)、高积云(Ac)；低云族，云底高度在2 000m以下，包括层积云(Sc)、层云(St)、雨层云(Ns)、积云(Cu)、积雨云(Cb)。

云与降水、温度、能见度、日照等关系密切，它能影响这些要素的变化。云在辐射平衡中占有重要地位，它能影响海面或地面吸收的太阳辐射量。同时，云对长波辐射有吸收效应。云的形成与演变，还能预示未来天气的变化。因此，云是大气中最引人注目的重要现象之一，也是一个重要的气象要素。

云量是指云遮蔽天空的份数，一般用目测估计。讨论天空中云量时，陆地气象台站采用10份(成)制，将天空划分为10等份。但海上船舶观测云量是用8份(成)制。总云量不考虑云族、云属和云底高度，而将高云、中云、低云共同遮蔽天空的份数称总云量。中国近海总云量的分布特点是：冬季，渤海、黄海自岸边向远岸云量变化较大。东海全年大部分时间有一条多云带存在。南海在冬季、春、夏季之间云量差异较大；南海南部赤道附近，常年云量偏多，且相对稳定。

(5)降水

降水是一个重要的天气现象，也是水量平衡的重要组成部分。降水可使海上能见度恶化，也会使空气中水汽含量增大，不仅影响航行视线，对海上作业和生活均带来一定程度的影响。通常，除岛屿站及定点天气船或海上平台外，在海上没有进行降水量的观测。欲了解海上降水情况，多采用降水频率来表示。降水频率指观测到的降水的次数占总观测次数的百分比，它只是在一定程度上反映降水次数的多少，并不能代表降水量的多少。

中国近海四周岸边降水量的地区差异很大，分布极不均匀，从渤海沿岸的500mm到南海沿岸的3 000mm，相差6倍。降水量的分布形势是：南部多北部少，东岸多于西岸，沿岸又多于海域中央。降水量的多少取决于诸多因素：如地理位置，纬度高低，地形、迎风面与背风面，季风，冷、暖锋面以及热带气旋等天气系统。季风是中国近海海区气候的一个重要特征，也是影响该海区降水的一个重要因素。冬、夏季风的进退变化，与降水的时空分布关系密切，使雨季和雨带出现规律的北进、南退现象。冬季风来自中、高纬度的干燥寒冷空气，夏季风则来自低纬度的海洋暖湿空气。大雨带的位移与夏季风来临日期是对应的。夏季风在某一地带或海域盛行时，基本上也是大雨带在该地带建立的日期；夏季风南退时，大体上是我国东部地区和海上雨季终了的时候。通常，每年的4～5月，西南风和东南风带来的暖湿空气开始在华南沿海一带登陆，与冷空气交汇的锋面在华南珠江流域，停留时间为20～30d，形成华南沿海及南海北部的第一次雨带停滞。6月上旬，锋面向北推进至南岭以北，6月中旬雨带迅速北移，跳跃而至长江流域的中、下游地带。这便是大雨带的第一次跳跃。6月中旬至7月上、中旬，雨带在长江中、下游及东海中、北部停留一个月左右时间，形成那里的雨季(梅雨天气)，成为雨带的第二次停滞。6～7月间，随着东南季风和西南季风势力的增强，冷空气节节后退，锋面北移至江淮流域。7月中旬，雨带发生第二次跳跃，越过淮河流域而到达黄河中、下游。到8月，雨带再次北上进入华北、东北地区，构成华北和东北地区的雨季，这便是雨带的第三次停滞。到了秋天，东南季风势力减弱，北方冷空气开始增强而南下，使冷、暖空气交汇的锋面，又从北方向南方撤退。9月底，雨带很快退缩到东南沿海一带。10月以后雨带退出中国大陆。这就是我国东部沿海和海上锋面移动和降水的基本情况。降水量除在地区分布上存在显著差异外，在日变化、季节分配、年际变化方面也有很大差异。

(6)海雾

雾是水汽在近地面层大气中的凝结现象。凡大气中小水滴或小冰晶悬浮在空气中，致使近地面层的水平能见度降至1km以下的这种现象称雾。海雾是出现在海上、沿岸、岛屿附近的雾的总称。它包括平流雾、锋面雾、辐射雾、蒸发雾等。其中，平流雾雾滴浓、范围广、持续时间长、影响面广。

平流雾是海上最常见的雾，主要指暖湿空气平流到冷海面时，由于气温高于水温，海面与大气之间热量交换的净输送由大气指向海洋，使水汽冷却达过饱和而凝结成雾——暖平流雾。相反，当冷空气平流到暖海面时，气温低于水温，热量交换的净输送由海洋指向大气，使气温升高、水温降低，则冷平流不利于雾的形成，但在海、气温差大时，由于强烈的蒸发作用，大量增加了空气中的水汽含量，也可达到饱和而凝结成所谓的冷平流雾。

习惯上，把暖平流雾称平流雾，冷平流雾称蒸发雾。平流雾的生成条件，主要是暖湿空气流到冷海面，这就需要具备适宜的风向、风速、海面温度、汽水温差、大气稳定度、水汽含量等条件。

海雾的消散条件，主要是环流形势发生变化，以致引起风向、风速的变化，或者降水、增温等使海雾维持的条件遭到破坏而消散。海雾生成以后，随风飘移，当移到不利于海雾的环境中，雾即消散。海雾移到岸边时，太阳升起，地面很快升温，雾也很快消散。

在海洋观测中，并不严格地按雾的成因分类来记录，而将出现雾的日数记录为雾日。因此，海雾的频率统计，仅指观测到的海雾次数占总观测次数的百分比，它仅反映出海雾出现次数的多少。

海雾对海上航行、海上作业、海洋开发工程中金属腐蚀等均有重要影响，是海上重要的灾害性天气现象之一。

中国近海海雾频率分布具有明显的季节性和区域性。从季节性来讲，海雾主要出现在1～8月。南海北部1月开始有雾，台湾海峡推迟到2月中旬，东海到3月有雾，黄、渤海见雾推迟到3月中旬以后。海雾南方来得早，北方来得晚，前后相差两个多月。海雾来临是随纬度增高而逐渐推迟的。从区域来看，海雾并不是满海全是一样的雾，而是有明显的强度差异。多雾区(自南而北)有：北部湾、琼州海峡、台湾海峡西侧、长江口—舟山群岛一带、大黑山岛附近、青岛外海、江华湾、成山角外海、西朝鲜湾。黄海是中国近海海雾最严重的海区，然后依次是东海、南海、渤海。雾区范围和宽度：南海北部分别为2×105km2和100～200km；东海分别为4×105km2和300～400km；黄海几乎整个海区皆有海雾出现。除渤海外，海雾雾区宽度也是随纬度增高而扩大的。渤海的海雾有些不同，雾主要集中在渤海海峡附近，渤海雾区面积为1×104km2，年雾日在20～40d之间。深河口至南堡一带，年雾日也在20d左右。渤海三大海湾内的年雾日为5～10d。

中国沿岸雾日分布的地区性很强，各地雾日差异较大，最少的3d，最多的超过80d。如果以年雾日在30d左右作为多雾的标志，那么我国沿岸的多雾区有：辽南大鹿岛至大连一带，山东半岛成山角至青岛一带，浙江蝶山至大陈一带，福建崇武和东山沿岸以及海南的海口附近。

(7)能见度

能见度是指正常人的视力，在当时的天气条件下，所能看到目标物的最大水平距离。影响能见度的因素很多，如雾、降水、低云、烟、霾、扬沙、沙尘暴等。能见度在应用和统计上分四个等级：一级指能见距离不大于1km，称恶劣能见度，属于航海危险气象条件；二级指能见距离不大于4km，称低能见度；三级指能见距离不大于10km，称良好能见度，是海上航行、飞机起落的基本条件；四级指能见距离不大于20km，称最佳能见度。

我国沿岸的能见度地理分布，以海区而言，渤海沿岸能见度最好，南海沿岸其次，东海沿岸较差，黄海沿岸最差。海上能见度与海雾关系密切。渤海沿岸因海雾最少，所以能见度最好。渤海沿岸一级能见度(不大于1km)的年日数为5～15d，二级能见度(不大于4km)即低能见度的天数一年为6d以下。黄海沿岸是我国沿岸海雾最多的地段，因而能见度也最差。我国黄海沿岸有两个低能见度地段：一个是出现在石岛至成山头一带，一级能见度日数为80d/a，二级能见度日数为38d/a；另一个是出现在大鹿岛至大连一带，一级能见度日数为30～45d/a，二级能见度日数为30d/a。我国东海沿岸也是多雾地段之一，能见度也比较差。一级能见度的日数为30d/a以上，二级能见度日数为20～25d/a。我国南海沿岸的情况是：在琼州海峡及雷州半岛附近，因受海雾及阴雨天气的影响，一级能见度的日数为10～40d/a，二级能见度日数约为10d/a；其余沿岸地段，一级能见度日数为5～25d/a，二级能见度日数为10d/a以下。