第十章 海洋气象观测
海洋气象观测数据的空间插值与预测方法
海洋气象观测数据的空间插值与预测方法随着技术的发展和科学研究的进步，海洋气象观测数据的收集和分析变得越来越重要。
为了更好地理解和预测海洋气象变化对人类活动的影响，空间插值和预测方法成为海洋气象研究领域的焦点之一。
在海洋气象观测数据的处理中，空间插值是一种常用的技术，可以通过观测站点测得的局部数据推断未观测到的位置的数据。
空间插值的目的是填补不连续的观测数据，以生成连续的数据表面，从而更准确地了解海洋气象的空间分布。
常见的空间插值方法包括反距离权重插值（IDW），克里金插值和样条插值等。
反距离权重插值是一种简单而有效的插值方法，它基于点之间的距离和权重进行插值。
该方法假设离目标点越近的观测点权重越高，离目标点越远的观测点权重越低。
反距离权重插值的优点是计算简单，并且适用于点密度不均匀的情况。
然而，它的缺点是不考虑点之间的空间相关性，可能导致插值结果不够准确。
克里金插值是一种常用的空间插值方法，它考虑了点之间的空间相关性。
克里金插值基于统计模型，通过寻找最优的模型参数来拟合观测数据。
该方法利用已知点的值和空间关系进行插值，可以生成表面的变异性分布图。
克里金插值的优点是考虑了空间自相关性，适用于连续型数据。
但是，由于克里金插值依赖于数据的空间关联性，可能需要大量的观测点才能得到可靠的插值结果。
样条插值是一种基于多项式函数的插值方法，它通过在已知点之间绘制光滑的曲线或曲面来生成连续的数据表面。
样条插值方法可以根据数据的变化趋势进行插值，因此能够更好地拟合复杂的空间分布。
样条插值的优点是具有很高的插值精度，并且能够处理不规则的观测点分布。
然而，样条插值的计算复杂度较高，对计算资源要求较大。
除了空间插值，预测海洋气象数据的方法也是海洋气象研究的重点之一。
预测海洋气象数据可以帮助我们更好地理解未来的海洋气象变化，以便制定相应的措施应对。
常用的预测方法包括时间序列分析、回归分析和机器学习方法等。
时间序列分析是一种基于时间维度的预测方法，它假设未来的数据点与过去的数据点存在相关性。
第十章海洋气象观测
10.2 常规海洋气象观测项目
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一、能见度 二、云 三、天气现象
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四、风观测 1. 观测要求
•观测的风为水平方向分量 •观测一段时间内风速的均值 •定点观测还应观测日最大风速、相应风向及 出现时间
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2. 观测技术要求和记录
➢风速
•分辨率为0.1 m/s •风速<5 m/s，准确度为±0.5 m/s •风速>5 m/s，准确度为风速的±5%
➢风向：风吹来的方向
•分辨率1˚ Biblioteka 正北为0˚，顺时针计量，准确度为±10˚
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五、空气温度、湿度观测
舰船上通常采用百叶 箱内的干湿球温度表 或通风干湿表观测空 气温、湿度 ➢干湿球温度表观测 ：干球用来测定空气 温度；干湿球温差用 来计算湿度；空气越 干燥，干湿球温差越 大，空气越潮湿，干 湿球温差越小
➢太阳辐射 •长波辐射、短波辐射、总辐射
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四、观测次数和时间
➢台站观测 •按观测规范或特殊要求的观测方式定时观测
➢担任气象观测的调查船 •每日四次绘图天气观测，时间：02、08、14、20
➢连续站观测 •四次绘图天气观测、四次辅助绘图天气观测，时 间：05、11、17、23时
➢大面站观测 •到站后即进行一次气象观测，如到站时间在绘图 天气观测前后半小时内，则不进行观测
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10.3 三杯风向风速表使用说明
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一、仪器名称、结构
➢仪器名称：三杯风向风速表 ✓用于测量风向和一分钟时 间内平均风速
➢仪器结构：风向仪、风速表
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二、工作原理、使用说明
➢风速表工作原理 ➢旋杯(5)是风速表的感应元 件，其转速与风速有一个固 定关系 ➢当按下风速按钮启动风速表 后，风杯随风转动即带动风 速表主机体内的齿轮组，指 针即在刻度盘上指示出风速
海洋气象监测
海洋气象监测
随着海洋经济的快速发展，各种海上生产活动对气象服务的需求越来越迫切。
海洋气象观测是海洋气象工作的基础，对提高海洋天气预报准确率、了解海洋气象环境、开发海洋资源具有重要意义。
为了有效提高海洋气象观测能力，海启星推出了自主设计研发的“自动气象观测系统”，适用于船只、岸基、岛基等多种工作环境。
该系统由硬件和软件模块组成，应用物联网技术，将采集到的风速、风向、气温、湿度等数据传送到云端服务器，通过后期数据分析处理，为用户提供气象数据支撑服务。
海启星自动气象观测系统
该系统作为海洋气象观测手段之一，可以对气象要素进行长期、稳定、连续的观测，为海洋气象预报和气候变化监测提供高密度观测数据，为海洋交通运输、渔业生产、海洋工程和海洋资源开发提供气象保障。
目前，海启星已为多个沿海城市建设自动气象观测系统,且稳定运行多年，发挥了良好的防灾减灾效果。
自动气象观测系统的联网运行可以大大降低单独建设海洋气象观测站的成本，是有效获取海洋气象资料的重要手段，也是提高重点海域气象预报服务质量的有力支撑。
以最便捷的操作方式、最全面的管理平台、最及时的响应速度，获取全方位的海洋气象信息，为政府、涉海企业和公众提供高效准确的气象服务。
海洋气象观测数据的收集与处理技术
海洋气象观测数据的收集与处理技术随着现代科技的快速发展，海洋气象观测数据的收集与处理技术也得到了长足的进步与改善。
海洋气象观测数据对于预测海洋气象状况、保障海上交通安全以及海洋环境保护起着重要的作用。
本文将重点讨论海洋气象观测数据的收集与处理技术。
海洋气象观测数据的收集是指通过各种观测方法和设备获取海洋气象相关的数据。
目前，主要采用以下几种方式进行海洋气象观测数据的收集：1. 卫星观测技术：利用卫星在轨运行，通过遥感仪器获取海洋气象数据。
颗粒物浓度、海洋表面温度、海洋风场等数据通过卫星可以实时观测和记录。
这种观测方法可以覆盖广阔的海域，实现对大范围海域的监测。
2. 浮标观测技术：通过在海上布设浮标，利用浮标上的各种传感器获取海洋气象数据。
这些传感器可以测量海洋表面温度、盐度、气压、风速、风向等数据。
浮标观测技术相对较便宜且易于维护，适用于海上长期观测。
3. 岸基观测技术：在海岸线上布设气象站，通过气象站上的各种气象仪器获取海洋气象数据。
岸基观测技术可以提供更加详细和准确的数据，适用于对特定区域进行深入观测。
除了上述常用的观测技术外，还有其他一些新兴的观测方法，例如无人机观测技术和水下观测技术等，这些技术的不断发展进一步拓宽了海洋气象观测数据的收集范围和准确性。
海洋气象观测数据的处理技术是指对收集到的数据进行整理、分析和应用的过程。
数据处理技术的发展使得研究人员能够更加深入地理解海洋气象的变化规律和趋势。
1. 数据质量控制：数据质量控制是对原始观测数据进行校验和筛选，以确保数据的准确性和可靠性。
数据质量控制过程包括对异常数据的排除、数据的插补以及数据的校正等步骤。
2. 数据分析方法：为了更好地利用海洋气象观测数据，需要运用各种数据分析方法来发掘数据中的信息。
常用的数据分析方法包括时间序列分析、空间插值分析、聚类分析等。
这些方法有助于研究人员理解海洋气象现象的变化规律和内在关系。
3. 数据可视化：数据可视化是将处理后的数据用图表、图像等形式展示出来，使得研究人员能够直观地理解数据中的信息。
海洋气象观测服务的监测与预警系统建设
海洋气象观测服务的监测与预警系统建设海洋气象观测服务的监测与预警系统建设对于保障海洋安全、发展海洋经济、保护生态环境至关重要。
随着我国海洋事业的发展与海洋资源的开发利用，海洋气象观测服务的监测与预警系统建设已经成为急需解决的问题。
本文将从以下几个方面展开讨论：海洋气象观测服务的重要性、监测与预警系统的建设需求、建设所面临的挑战以及建设对于国家发展的意义。
海洋气象观测服务在海洋事业中起到至关重要的作用。
海洋气象数据是开展海洋预报与预警的重要基础，可以有效地预测海洋灾害（如台风、风暴潮、海啸等）的发生，提前采取措施减少损失。
此外，海洋气象数据还可以为海上航行、渔业、沿海工程等提供可靠的气象信息，确保安全生产和人员安全。
因此，建设海洋气象观测服务的监测与预警系统对于国家的经济发展、人民生活和社会稳定具有重要意义。
在建设海洋气象观测服务的监测与预警系统时，需要满足以下几方面的建设需求。
首先，需要建立完善的气象观测网络。
这包括加强陆地气象观测站点的建设，提高观测设备的精度和覆盖范围，增加海洋气象观测站点，特别是在海上建设浮标和浮标气象站，以实时获取海洋气象数据。
其次，需要加强海洋气象数据的收集、处理和分析能力。
这包括建立完善的数据采集与传输系统，提高数据的质量和时效性，同时建立专业的数据库和专家团队，对数据进行系统分析和预测。
第三，建设监测与预警系统需要加强技术研发和人才培养。
这包括加强海洋气象监测仪器设备的研发与推广，提高预警技术和预报模型的准确性，培养专业人才，提高整体技术水平。
然而，海洋气象观测服务的监测与预警系统建设面临着一些挑战。
首先，技术挑战。
海洋环境的复杂性和不确定性给数据采集、处理和预测带来了巨大困难，需要不断探索和改进技术手段。
其次，设施挑战。
海上监测设备的建设和维护成本较高，加之恶劣的海洋环境给设施带来巨大压力，需要加强设备维护和更新。
再次，人才挑战。
海洋气象观测服务需要技术精湛的专业人才，但目前我国在该领域的人才储备相对不足，需要加强人才培养和引进。
海洋气象观测数据在气象预测中的应用
海洋气象观测数据在气象预测中的应用海洋气象观测数据是指通过各种观测手段和设备获取的与海洋气象现象相关的数据。
这些数据对于气象预测具有重要的应用价值，可以帮助气象学家和气象预报员更准确地预测天气变化和海洋气象灾害，为人们的生产生活提供可靠的气象服务。
首先，海洋气象观测数据可以提供海洋表面温度、盐度、海流和海洋高度等信息，这些信息对于海洋和大气之间的相互作用非常重要。
海洋表面温度是影响天气系统形成和演变的关键因素之一，它对冷暖气团的形成、热带气旋的生成和发展等都有重要影响。
而海洋盐度和海洋高度等参数则可以反映海洋环流的状况，对于天气系统的形成和移动路径的预测有着重要的作用。
通过对这些海洋气象观测数据的分析和应用，气象预报员可以更准确地预测天气系统的演变和路径，提供更可靠的天气预报服务。
其次，海洋气象观测数据还可以提供海洋表面风速和风向、波浪高度和周期等信息，这些信息对于气象预测尤为重要。
风是气候系统的重要驱动力之一，海洋表面风速和风向的观测可以帮助气象学家和气象预报员更好地理解和分析风力场的变化规律，从而准确预测风暴、台风等气象灾害的发生和发展。
同时，波浪高度和周期的观测对于海洋航行、渔业作业等具有重要的指导意义。
通过对这些海洋气象观测数据的分析和应用，气象预报员可以更准确地预测海洋气象灾害的发生和发展趋势，提供更可靠的防灾减灾预警服务。
此外，海洋气象观测数据还可以提供海洋中的水汽含量和云量等信息，这些信息对于天气的变化和演变也有着重要的影响。
水汽是构成云和降水的主要成分之一，海洋中的水汽含量对于降水的形成和分布有着重要的影响。
云量的观测可以帮助气象学家和气象预报员更准确地判断天气系统的稳定性和云的形成，从而提高天气预报的准确性。
通过对这些海洋气象观测数据的分析和应用，气象预报员可以更准确地预测降水的强度和分布，提供更可靠的降水预报服务。
综上所述，海洋气象观测数据在气象预测中具有不可替代的重要作用。
海洋调查方法 第十章 海洋气象、海洋化学、海洋生物调查
10.1 海洋气象观测概述 10.2 常规海洋气象观测项目 10.3 海洋化学调查概述 10.4 海洋生物调查概述
10.1 海洋气象观测概述
海洋气象观测的目的 海洋气象观测平台 观测的项目 观测的方式、次数和时间
海洋气象观测的目的
服务于海洋气象预报 服务于海洋水文预报 海洋科学的需要
海面最小能见度：测站四周各方向海面能见度不一致 时所能看到的最小水平距离。
能见度的区别
能见度的观测方法
（1）能见度的观测大都还是以人工目测为主，规范性、客观性相对 较差。
（2）大气透射仪是通过光束透过两固定点之间的大气柱直接测量气 柱透射率，以此来推算能见度的值，这种方法要求光束通过足够长 的大气柱，测量的可靠性受光源及其他硬件系统工作稳定性的影响， 一般只适用于中等以下能见度的观测，而在雨、雾等低能见度天气， 会因水汽吸收等复杂条件造成较大误差。
天基观测系统
海洋一号，HY-1
海洋二号，HY-2
海洋动力环境探测卫星 HY-2 载荷雷达高度计和微波辐射计获取的数 据，可提供海上航行风、浪、流、潮汐和海冰等海洋和气象保障信息。
我国现已组建起由海洋站网、海洋资料浮标 网、海洋断面监测、船舶和平台辅助观测、 沿岸雷达站、航空遥感飞机、海洋卫星等多 种遥感系统组成的“地-海-空-天”立体海 洋观测网，成为全球海洋观测系统的重要组 成部分海洋观测系统，已实现多层次、多要 素的海洋环境信息分钟级采集与传输。
云可以预示天气的变化
云的观测 云状 （1）定义：云的外形。 （2）分类：按云底高度可分为低云、中云、高云。
淡积云
浓积云 碎积云
秃积雨云
鬃积雨云
透光层积云
海洋管理事业单位的海洋气象观测与预报
海洋管理事业单位的海洋气象观测与预报海洋气象观测与预报是海洋管理事业单位中至关重要的一环。
根据《海洋法》规定，各国有责任合理利用和管理海洋资源，而准确的气象观测与预报数据则为海洋管理决策提供了重要的科学依据。
本文将探讨海洋管理事业单位在海洋气象观测与预报方面的重要性以及在实践中所需应掌握的核心技术。
一、海洋气象观测的重要性1.1 提高海洋安全性海洋管理事业单位通过收集和分析气象观测数据，能够准确预测海域的风暴、大浪等极端天气，及时发布预警，为海上航行、渔业作业等活动提供重要的安全保障。
同时，及时获取气象观测数据还能帮助避免船只与灾害性气象事件的碰撞，减少人员伤亡和财产损失。
1.2 保障海洋生态环境海洋气象观测数据不仅能够准确判断海洋中的风向、水温等参数，还能对浮游植物、海洋鱼类等海洋生态环境进行观测和预测。
通过及时掌握海洋生态环境的变化情况，海洋管理事业单位可以采取相应的措施保护和修复海洋生态系统，维护海洋生物多样性，保障生态平衡。
1.3 促进海洋经济发展海洋气象观测与预报数据对于海洋经济的发展具有重要意义。
通过掌握海洋气象信息，海洋管理事业单位可以合理安排航运、渔业、沿海旅游等活动，提高资源利用效率，促进海洋产业的可持续发展。
此外，准确的气象预报数据还为海洋能源开发、海上风电等新兴产业提供科学依据。
二、海洋管理事业单位需掌握的核心技术2.1 气象观测技术海洋管理事业单位需要运用一系列的气象观测技术监测海洋中的气象参数。
包括使用自动气象站、浮标和气象卫星等设备进行实时观测，采集气象数据。
同时，利用气象雷达、超短波雷达等设备监测降水、风暴等灾害性天气的形成和发展趋势，提高风暴预警的准确性。
2.2 气候模式预测技术海洋管理事业单位需要运用气候模式预测技术对未来一段时间内的海洋气象变化进行预测。
通过建立数值模型，模拟大气环流和海洋表面温度等参数，预测出未来的气象变化趋势。
同时，结合历史数据和实时观测数据对模型进行校正，提高预测的准确性。
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空气温度以摄氏度(˚C)为单位，分辨率0.1˚C ，准 确度±0.3˚C 相对湿度以百分率(%)表示，分辨率1% 相对湿度>80%时，准确度为±8%；相对湿度 <=80%时，准确度为±4%；
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六、气压观测
海平面气压以百帕(hPa)为单位 舰船上主要用空盒气压表观测 观测海面上1 min(3 s/次，取平均，高度订正) 的海平面气压，定点连续观测还应包含日最高 和最低海平面气压 用整点前1 min的平均值作为改整点的气压值 观测分辨率0.1 hPa，准确度±1.0 hPa
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10.3 三杯风向风速表使用说明
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一、仪器名称、结构
仪器名称：三杯风向风速表 用于测量风向和一分钟时 间内平均风速 二、工作原理、使用说明
风速表工作原理 旋杯(5)是风速表的感应元 件，其转速与风速有一个固 定关系 当按下风速按钮启动风速表 后，风杯随风转动即带动风 速表主机体内的齿轮组，指 针即在刻度盘上指示出风速
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四、观测次数和时间
台站观测 •按观测规范或特殊要求的观测方式定时观测 担任气象观测的调查船 •每日四次绘图天气观测，时间：02、08、14、20 连续站观测 •四次绘图天气观测、四次辅助绘图天气观测，时 间：05、11、17、23时 大面站观测 •到站后即进行一次气象观测，如到站时间在绘图 天气观测前后半小时内，则不进行观测
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10.2 常规海洋气象观测项目
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一、能见度 二、云 三、天气现象
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四、风观测 1. 观测要求
•观测的风为水平方向分量 •观测一段时间内风速的均值 •定点观测还应观测日最大风速、相应风向及 出现时间
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2. 观测技术要求和记录 风速
•分辨率为0.1 m/s •风速<5 m/s，准确度为±0.5 m/s •风速>5 m/s，准确度为风速的±5%
风向：风吹来的方向
•分辨率1˚ •正北为0˚，顺时针计量，准确度为±10˚
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五、空气温度、湿度观测
舰船上通常采用百叶 箱内的干湿球温度表 或通风干湿表观测空 气温、湿度 干湿球温度表观测 ：干球用来测定空气 温度；干湿球温差用 来计算湿度；空气越 干燥，干湿球温差越 大，空气越潮湿，干 湿球温差越小
同时，时间控制系统也开始工作，待一分钟后自动停止 计时，风速指针也停止转动
风向仪工作原理 指示风向的方位盘，系一磁 罗盘，当制动小套管(3)打开 后，罗盘按地磁子午线的方 向稳定下来，0˚指向北方 风向标随风向摆动，其指针 即指出当时风向
当小套管(7)将空心套管(6)由上拉 下时，方向盘(4)即落在方向盘顶针 上，方向盘周围有方位刻度和度数， 内装有磁棒，方向盘在顶针上自由 摆动，最后稳定下来，其南北刻度 线与磁子午线重合 将小套管(7)放开时，由于弹簧(9) 的作用空心套管上移，将方向盘(4) 顶在外壳(3)上，使存放和运输时顶 针支撑不致损坏
第十章 海洋气象观测
主要内容
海洋气象观测概述 常规海洋气象观测项目 三杯风向风速表使用说明 气象观测仪器
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10.1 海洋气象观测概述
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一、海洋气象观测目的
服务于海洋气象预报 •为海上天气预报提供背景或实时气象资料，对海 上天气特别是灾害性天气作出准确预报 服务于海洋水文预报 •观测结果结合专门研制的物理模型和数学模型， 对未来的海洋环境特征值作出预测 •预报内容：海浪、风暴潮、潮位、海流、水温、 盐度、海冰、台风、环境污染等 海洋科学的需要 •大气运动是海洋上边界和海洋重要驱动力之一
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二、海洋气象观测平台
海洋水文气象台 海洋水文气象站 商用船 专用调查船 水文气象观测浮标
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三、观测项目
海洋气象 •云、能见度、天气现象、风速、风向、气 温、气压、相对湿度 海气边界层 •海气界面的动量、热量、水气通量、海气 界面的风速、温度、湿度梯度、大气压、 温、湿和风廓线 太阳辐射 •长波辐射、短波辐射、总辐射