基本簡介
大氣運動的能量來源於太陽,太陽對地球的輻射是不均勻的。赤道附近空氣受熱上升並向低緯度地區流動;在北半球高空,受科氏力影響,氣流逐漸偏東,並在北緯附近形成西風。西風形成一堵牆,阻擋了南來的氣流繼續向北流動。空氣在此堆積、冷卻、下沉,形成地面上的副熱帶高壓帶。在地面上,空氣由此處向南流動,去補充赤道帶上升的空氣,受科氏力影響,逐漸右偏,形成穩定的東北風。古代商船都是帆船,它們就是靠著這種方向常年不變的風航行於海上,故名貿易風(Trad wind )。
信風,或又稱為貿易風,指的是在低空從副熱帶高壓帶吹向赤道低氣壓帶的風,這些風年年反覆穩定出現,猶如潮汐有信,因此稱為“信風”。古代商人們也利用信風的規律性往來於海上進行貿易,因此信風又被稱做“貿易風”。
信風受地轉偏向力的影響,北半球成為東北風,叫“東北信風”,南半球成為東南風,稱“東南信風”。
歷史傳說
在18世紀產業革命前,人們還沒有發明蒸汽機,那時航海家們只能靠風力在海洋上航行。但是,他們的航行並不是一帆風順,有時連續多日乘風破浪;有時卻風平浪靜。在無風時,他們只能將船停泊下來,等候風的降臨,甚至幾天乃至幾十天。航海家們經過多次航行,發現30°緯度附近總是無風,帆船進入該海區無法航行,在海上的貿易中受到很大影響。那時,帆船除裝載一般貨物外,還裝運許多馬匹到美洲大陸。對一般貨物,早點遲點沒問題,但對馬,事就大了。由於草料和淡水不足,馬匹相繼死掉,投到大海里餵魚。後來人們就把這個無風的30°緯度叫做“馬緯度”。
既然有無風帶,自然就有風帶。在赤道以南和以北附近兩側,常年吹著一個方向的風,風向不變很守“信用”,海員們稱之為“信風”。古代的航海家和商人,在多年的航海生涯中,逐漸掌握了這個規律。他們在信風的幫助下,往來於大西洋和太平洋,在各大洲進行貿易往來,因此,這種信風又有“貿易風”之稱。
科學研究
當地球上的南、北兩個副熱帶高氣壓帶內的下沉氣流在低空分別向赤道低氣壓帶移動時,由於受了地轉偏向力的影響,風向發生了偏轉:北半球的北風向右偏轉成為東北風;南半球的南風向左偏轉為東南風。這兩股風的風向穩定,全年少變,一向極守“信用”,常年朝一個方向吹送,因此被人稱為“信風”。在這一帶海島上的樹,被定向風吹得像倒插的掃帚一樣,形成一種絕妙的“風向標”。
“信風”對新大陸時代東西雙方海上貿易往來的船舶(絕大部分是篷帆)航行極為有利,深受人們的歡迎。於是,航海家們就送它一個雅號,叫做“貿易風”。意思是“有利於貿易往來的風”。
航海氣象學
航海氣象學是研究與航海有關的氣象學問題的學科。凡影響船舶航行的氣象條件的形成和變化規律、與氣象關係密切的海洋水文條件,以及這些條件對航海和船舶駕駛的影響和套用等,均屬其研究範疇。航海學的發展與氣象學的發展和套用有極其密切的關係。遠在獨木舟航海時代,人類就注意到按氣象條件選擇出航時間和航行海域。至帆船時代,人們已能利用海上的風做為航行的動力。魏晉南北朝時,中國以風為動力的海船就經常來往於中國和波斯(即今伊朗)等國之間。
15世紀末,航海者開始掌握東北信風知識,由於它有利於商業貿易船隊的航行,又稱貿易風。17世紀,航海中已開始使用實質上是測量氣壓變化的晴雨計,以預測風暴的來臨。隨著蒸汽機船舶的出現和發展,航海者不斷總結航海中的各種環境資料,至1805年,英國人蒲福根據風對地面和海面物體影響程度,擬定風力海況等級表,稱為“蒲福風級表”。
從19紀開始,人們主要依靠航海實踐中積累的資料,開始編制用於大洋航行和局部海域使用的各種航海氣候圖。這個時期,海上風和海流圖的出現,有助於航海家們據此設計出適用於不同季節航行的季節航路。1938年美國天氣局出版了全球範圍的《海洋氣候圖集》。但直到20世紀50年代,這種海洋氣候圖志才較為系統和完善,並成為航海和航路設計的主要依據。此後,海上氣象觀測、氣象情報傳輸、海洋天氣預報等,也都有了很大發展,海洋天氣分析圖表和預報產品,開始通報到海上,使其在航海上得以廣泛套用。
從50年代蓬勃發展起來的船舶最佳航線選擇技術,是氣象學結合海洋學在航海上的重要套用,也是航海氣象學的重要發展。現代航海氣象學所研究的課題,就是套用氣象學,尤其是海洋氣象情報和預報服務方面的成果,保障船舶安全經濟航行,避免和減少由於海上環境條件給航誨所帶來的不利影響和損失。這些研究,同時也豐富了氣象學的研究內容,促進了氣象學的發展。
海浪是風作用於海面產生的一種海水運動。長時間的強風,會造成巨大的波浪,引起船舶橫搖、縱搖和垂直運動。橫搖的最大危險在於船舶自由搖擺周期與波浪周期相近時,會出現共振現象,使船舶的橫搖振幅驟增,從而導致船舶的傾覆。劇烈的縱搖會使螺鏇槳露出水面,引起機器不正常工作和速度的損失。船舶在波浪中的垂直運動,還容易造成淺水域船舶觸底。海浪引起船舶的各種運動,都會造成船舶減速。在10級以上的浪中頂浪航行,船隻幾乎不能前進,且有翻沉的巨大危險。
海霧造成能見度降低,對船舶駕駛有很大影響。在霧區航行,即使有雷達導航,船舶碰撞情況仍有發生。海流會形成對船體的流壓,使其偏航,造成危險。海面風是引起表層海流的重要原因。船船正確使用海流資料,能使船舶增加速度、節省燃料。
海冰和冰山是高緯區航行的巨大威脅。歷史上曾經發生許多次冰海沉船的海難事件。1912年英輪鐵達尼號就因冰山撞裂船體而沉沒,使船上千餘人喪生。海冰和冰山都會隨風和海流而漂移,大西洋的南極冰山,可漂移至南緯36°~40°。
上述各種影響航海的重要水文氣象條件的多年特徵,是選擇確定航線(氣候航線)和制定航海計畫的重要依據。這些資料都刊于海洋水文氣象圖集和各類航路指南及航海手冊中。而實時海洋水文氣象情報和預報服務,則按世界氣象組織協調的誨洋氣象服務計畫,由國家級、區域級,乃至世界氣象中心、海洋中心發布。