1、,海洋气象知识简介,与海洋石油有关的海洋环境分为：一海洋水文：包括浪、流、潮、水位、水温、泥温、盐度等；二海洋气象：包括风、气温、气压、光照、湿度、降水、雾、雷暴等；三海冰；四地质地貌：包括海洋地貌和浅层地质等；五海洋地震；六腐蚀；七附着生物。,概 述,海洋气象知识简介,第一部分 风,第二部分 海 浪,第三部分 潮 汐,第四部分 海 流,第五部分 海 冰,第六部分 海洋钻井作业对气象和海况信息的要求,第一部分 风,跟地面大致平行的空气流动称作风。是由于气压分布不均匀而产生的。通常根据风力的大小，从零到十二共分为十三级（见下表）。,备注：1805年，英国人蒲福根据风对海面和陆地物体之影响所制订，
2、故名。,第一部分 风,台风：台风是发生在热带海洋上一种破坏性很强的猛烈低压涡旋。国际上统称为热带气旋。根据世界气象组织的规定，按近中心最大风速，将热带气旋分为以下四级：热带低压： 10.8-17.1m/s （6-7级）热带风暴： 17.2-24.4m/s （8-9级）强热带风暴：24.5-32.6m/s （10-11级）台风： 32.7m/s （12级以上）我国习惯上，把8级以上的热带气旋俗称为台风，每年都按其出现（或形成）时间先后，将8级以上的热带风暴-台风按顺序编号。例如：9711号台风，就是1997年出现于165E以西、赤道以北的第11个台风。,第一部分 风,全球平均每年有2万人死于热带
3、气旋，经济损失达60-70亿美元。死亡人数最多的是1970年11月热带气旋使孟加拉死亡27.5万人，损失最重的是1989年9月飓风Hugo使美国损失90亿美元。中国每年因台风死亡约500人，经济损失约50亿元人民币，且随着经济建设的发展而逐年增大。据15（1964-1978）年全球自然灾害统计资料表明，无论是死亡总人数，还是一次灾害造成的损失，台风都居首位。其灾害的主要表现为：在外海为台风所引起的风与浪造成的灾害；在近岸则表现为风、浪与风暴潮结合引起的灾害；在内陆则表现为风和暴雨灾害以及由暴雨引起的洪水和诱发的滑坡、塌方及泥石流等灾害。,第一部分 风,据统计，全球平均每年出现台风81个，其中西
4、北太平洋（即我国给予编号的海域）是出现台风最多的海域，平均28个，而且是生成台风最强、大风范围最大的海区，1979年10月12日在西北太平洋测得超级台风Tip的中心气压870hpa,中心最大风速80m/s，这是有记录以来最强的一次台风过程，而且这一天该台风7级大风半径为1100公里，具世界首位。在我国登陆的台风在世界各国中也具首位，年平均8个，其中进入渤海形成灾害的年平均0.3个。,第一部分 风,台风发生发展的必要条件至少有四个：暖洋面、一个原先存在的低层低压扰动、离赤道5个纬距以外和整层对流层风速切变小。高速旋转的台风得以维持和发展的主要能量来源是热带洋面上高温、高湿、层结不稳定的空气不断上
5、升，大量水汽凝结释放的潜能。台风的发生、发展和移动是一个非常复杂的过程，受多种因素的影响，所以每一个台风的出生地、强度、路径和移动速度都不一样，尽管台风预报专家使用多种预报技术，包括利用卫星云图这种最先进的监测技术，还是预报与实况误差比较大，并且预报时间短。针对台风这种破坏性极大，移动路径、速度极不规则，预报难度大等特点，我们总公司制定了周密的防台应急计划，以人为本，十防九空也要防，将台风损失减少到了最低限度。在渤海的冷空气是造成海难的主要因素之一，如2003年10月10日的强冷空气，风速达40米/秒，属于百年一遇的大风。,第二部分 海 浪,海浪是发生在海洋中的一种海水波动现象。一般指的海浪是
6、由风产生的波动，其周期为0.5-25秒，波长为几十厘米到几百米，一般波高为几厘米到20米，在罕见的情况下，波高可达30米以上。海浪包括风浪、涌浪和近岸浪三种。风浪是在风的直接作用下产生的水面波动，风浪中同时出现许多高低长短不等的波，波面粗糙，波峰附近有浪花和大片泡沫，波峰线短，其方向和风向大致相同，其成长与风速大小、风时长短和风区长度有关。涌浪是风停后或风向风速改变区域内尚存的海浪和传出风区的海浪，具有较规则的外形，排列整齐，波面较平滑，波峰线长。近岸浪是由外海的风浪或涌浪传到海岸附近时，受地形作用而改变波动性质的海浪，随着海水变浅，波速和波长减小，致使波峰线弯折而渐渐地和等深线平行，同时海浪
7、遇到障碍会引起折射、绕射和反射而使波高发生变化，使波峰前侧陡，后侧平，波面随水深变浅而变得不对称，甚至倒卷破碎。此外，在海洋上还经常遇到不同来源的波系（如风浪与涌浪或另一系统的涌浪）叠加而形成的海浪，称为混合浪。,第二部分 海 浪,海浪在海上主要给航海、海上施工、渔业捕捞和海上军事活动等带来灾害。其表现形式是引起船舶横摇、纵摇和垂直运动。横摇的最大危险在于船舶自由摇摆周期与海浪周期相近时，会出现共振现象，使船舶倾覆；剧烈的纵摇使螺旋桨露出水面，使机器不能正常工作而引起失控，当海浪波长与船长相近时，由于船舶的自重能使巨轮拦腰折断；船舶在海浪中的垂直运动还会造成在浅水中航行的船舶触底碰礁；有时，当
8、海浪周期和海上平台等建筑物自振周期接近时，也可造成建筑物毁灭性的破坏。海浪到了近海和岸边，不仅冲击摧毁沿海的堤岸、海塘、港口码头和各类建筑物，还伴随风暴潮，沉损船只、席卷人畜，并致使大片农作物受淹和各种水产养殖受损，海浪所致的泥沙运动使海港和航道淤塞。海浪到了近海和岸边，对海岸的压力可达到每平方米30-50吨，巨浪冲击海岸能激起60-70米高的水柱。据记载，一次大风暴曾把1370吨重的混凝土块移动十米。,第二部分 海 浪,海浪是海难事故的最主要原因，是海上经济开发的最大障碍之一。近代研究表明，海上破坏力的90%来自海浪，仅10%的破坏力来自于风。我们平常说的所谓“避风”，实际上是“避浪”，因为
9、任何避风港和锚地都是避不住风的，而只能是避浪。我国海域位于亚洲大陆东侧，南北冷暖气流交换异常活跃，冬季受寒潮的影响，夏季常受台风袭击，春秋季则多受温带气旋的影响，大浪（3米）以上出现频率为27.6%（相当于100天/年）。据统计，我国近海由海浪引起的海难每年平均有70次，损失约1亿元，死亡约500人。近年来，随着海洋油气开发的蓬勃发展，海上作业船只和石油钻井平台与日俱增，海浪造成的损失也不断增加。其中我们渤海的“渤海2号”钻井平台（1979年11月25日）和“滨海107”起重船（1983年4月26日）就是分别由于寒潮和温带气旋引起的海浪而翻沉的。另外，美国ACT石油公司的“爪哇海号”钻井平台在
10、南海于1983年10月6日被8316号台风浪袭击沉没；同一个公司的大型铺管船“DB29”号在南海于1991年8月15日躲避9111号台风的航行中被台风冲击为两段沉没。,第二部分 海 浪,海浪的预报和气象预报一样是建立在广泛而实时的资料来源基础上的，所以我国在沿海建立了多个海洋站、近海抛设了海洋遥测浮标，在远海则依赖于航行的船舶。同时，各国都积极参加联合国政府间海洋学委员会和世界气象组织联合筹建的“全球海洋环境监测网”的活动，资源共享。制作海浪预报首先需要获得当天海浪实况资料，其次根据天气预报方法预报出未来的海上风场，然后应用多种海浪预报方法计算海浪波高，最后还需根据不同海区海洋状况和影响海浪成
11、长、发展、消衰的各种因子和经验进行综合分析和订正，得出预报结论。,第三部分 潮 汐,由于月亮和太阳的吸引力而产生的水位定时涨落的现象称为潮汐。正常的潮涨潮落非常有规律，对人类并不造成危害。造成危害的是没有规律，预报又非常困难的风暴潮。风暴潮是指由于强烈的大气扰动如台风、热带气旋、温带气旋等引起的海面异常升高现象。如果风暴潮恰好与天文高潮相重迭，加之风暴潮往往夹拌狂风恶浪，必然致使海滨地区潮水暴涨甚至潮水冲毁海堤，淹没沿海江岸码头、工厂、城镇、村庄，使物资来不及转移、人畜来不及逃生，从而造成巨大灾害。人们通常称之为风暴潮灾害或潮灾，亦有人称为风暴海啸、海溢或海侵。相反，背离开阔海岸方向的大风长时
12、间吹刮，致使岸边水位急剧下降，暴露出大片海滩，严重影响船只的正常航行和锚泊，人们称之为“负风暴潮”。,第三部分 潮 汐,若按诱发风暴潮的天气系统特征来分类，可把风暴潮分为温带风暴潮和台风风暴潮。一温带风暴潮又可分为冷锋配合低压类、冷锋类和强孤立温带气旋类。1冷锋配合低压类风暴潮多发生于春、秋季的渤海湾、莱州湾。其地面气压场的一般特点是：渤海中南部和黄海北部处于北方冷高压的南缘、南方低压或气旋的北缘。其表现为辽东湾到莱州湾吹刮一致的东北大风，黄海北边和渤海海峡为偏东大风所控制。在这样的风场作用下，大量海水涌向莱州湾和渤海湾，导致强烈的风暴潮。莱州湾西岸位于小清河口的羊角沟站，1969年4月23日
13、记录到温带风暴潮值3.55米，居世界首位。,第三部分 潮 汐,2冷锋类风暴潮多发生于冬季、初春和深秋，当西伯利亚或蒙古等地的冷高压东移南下，而我国南方又无明显的低压活动与之配合，造成渤海偏东大风，致使渤海西岸（渤海湾沿岸）和西南岸（黄河三角洲）发生风暴潮。此类风暴增水幅度一般在1-2米之间，比前一类低。3强孤立温带气旋类风暴潮是指无明显冷高压与之配合的、暖湿气流活跃的那种气旋引起的风暴潮，往往在春、秋季和初夏期间发生。渤海有验潮记录以来的这类风暴潮的最大值是2.19米。据统计，莱州湾年均50厘米以上的温带风暴潮过程有36次，渤海湾有27次，足见其频率之高。,第三部分 潮 汐,二台风风暴潮是由台
14、风引起的风暴潮，多发生在夏秋两季，其强度和持续时间取决于台风的强度、尺度和移速。风暴潮能否成灾，在很大程度上取决于其最高风暴潮位是否与天文潮高潮相重叠，另一方面也决定于受灾地区的地理位置、海岸形状、沿岸及海底地形，尤其是海滨地区的社会及经济防御潮灾的能力。风暴潮专家把风暴潮灾害分为特大潮灾、严重潮灾、较大潮灾和轻度潮灾（见下表）,风暴潮灾害等级表,第三部分 潮 汐,强台风引起的风暴潮所形成的灾害具所有灾害之首。1970年11月13日在孟加拉湾发生了一次震惊世界的特大风暴潮灾害，超过6米的潮灾夺走了恒河三角洲27.5万人的性命，溺死牲畜50万头，使100多万人无家可归。1991年4月30日又一次
15、特大风暴潮袭击孟加拉湾，在有了台风和风暴潮警报的情况下，仍夺去了13万人的生命。,第三部分 潮 汐,我国历史上也发生过多次特大风暴潮灾害，造成的生命财产损失触目惊心，最早的潮灾记录可以追溯到公元前48年。1696年6月1日，上海、宝山、崇明一带被淹死十万余人；1922年8月2日，汕头地区有7个县市受灾，死亡7万余人。渤海也是风暴潮的多发海域，1782年发生的一次温带风暴潮，曾使山东无棣至潍县一带的7个县受灾，1895年4月28日，渤海湾发生风暴潮，使天津大沽口地区变成一片“泽国”，海防兵营死亡2000余人。1985年因8号台风引起的风暴潮高5.45米，致使滨海家属区等低洼地段一片汪洋，损失惨重
16、；1992年9月1日因9216号台风引起的风暴潮高达5.93米，是塘沽地区有记录以来的最高潮位。由于海底地震、火山爆发和海底滑坡、塌陷所产生的具有超大波长和周期的大洋行波则称海啸，是一种危害极大的一种潮波。,第四部分 海 流,海流是具有相对稳定速度的海水的流动，它是海水的基本运动形式之一。按成因可分为四类：梯度流、风海流、补偿流和潮流。梯度流是由于海水密度的水平差异（从而导致水平压强梯度力）而引起的流动；风海流是在风的作用下所产生的海流；补偿流是由于海水的流失，使另一个地方的海水流来补充所形成的海流；潮流是在天体引潮力作用下，海水在水平方向上的流动。对我们海洋石油作业影响大的主要是风海流和潮流
17、。而风海流往往是和风、浪共同作用的，并且其作用力合在一起，很难将这三种细分，若形成灾害，往往也归咎于风，,第四部分 海 流,潮汐是海水在月球和太阳引潮力作用下发生的周期性运动，它包括海面周期性的垂直涨落和海水周期性的水平流动，习惯上将前者称为潮汐（另章介绍），后者称为潮流。潮流若不考虑海底摩擦力和其他因素的影响，就是简单的往复流。但实际情况要复杂得多，大多海区都是具有往复主流方向的旋转流。潮流具有极规律的周期性，有关海洋环境预报部门可以提前做出预报，这就为克服海流给我们带来的影响奠定了基础。,第四部分 海 流,海流使我们的船舶在海上靠离平台困难，要稳住更困难，并因此造成事故；海流还会使抛锚船舶
18、移位，挂坏海底管线或海底电缆，或者与其他船舶、海上建筑物相碰撞，造成事故；当风、流方向不一致时船舶的摇摆会加剧，使晕船严重并容易造成事故；流动的海水还会冲刷海上建筑物的基础，造成事故隐患或直接造成事故；海流因地理环境的不同而流速变化也比较大，海峡流速急常使船舶航行困难。海流是客观存在的，带给人们的负面影响也是多方面的。我们要摸清其规律、掌握其特性，变害为利，将海流所造成的损失减少到最低程度。,第五部分 海 冰,我国渤海和黄海北部，每年冬季都有不同程度的结冰现象，是北半球纬度最低的结冰海区。因而，中国海冰为一年冰，轻冰年与重冰年的冰情差异很大。国家海洋局于1973年制定了中国海冰情预报等级。共划
19、分为五个级别，即轻冰年、偏轻冰年、常年、偏重冰年和重冰年。各等级在结冰严重时期相对应的结冰范围和冰厚见下表。,根据历年的统计资料，常年渤海沿岸有关测点冰期统计如下表：,第五部分 海 冰,中国海冰情等级、结冰范围和冰厚表,第五部分 海 冰,纯淡水在0时结冰，而海水的冰点则随其盐度的变化而变化，当盐度为10时，其结冰温度为-0.53，盐度20时，-1.07结冰，30时，-1.63，40时，-2.20。海冰在形成的过程中，部分盐分将被析出，但含有较多的气泡，其密度一般为0.914-0.915，根据理论推算和实际观测，海冰的水上部分约占水下部分的1/6。海冰大致可分为流冰和固定冰两大类。流冰是指浮在海
20、面，随风、浪、流的作用而流动的海冰，又可分为初生冰、冰皮、尼罗冰、莲叶冰、灰冰、灰白冰、白冰、堆积冰和脊冰9种。,第五部分 海 冰,初生冰是由海水直接冻结或者降雪至低温海面后生成的，呈针状、薄片状、糊状或绵状，无一定的形状。冰皮为5厘米左右海冰，由平静海面直接冻结而成或初生冰冻结而成的冰壳层，易碎、有光泽。尼罗冰是冰厚小于10厘米的海冰，具有弹性，在涌浪或外力作用下易弯曲，并能产生重叠现象，表面无光泽。莲叶冰是直径30-300厘米、厚度小于10厘米的圆形冰块，由于彼此相互碰撞而具有隆起的边缘，它可以由初生冰冻结而成，也可以由冰皮或尼罗冰破碎而成。灰冰为10-15厘米厚的冰盖层，由冰皮、尼罗冰、
21、莲叶冰分别或混合冻结而成，表面平坦湿润，多呈灰色，比尼罗冰的弹性小，易被涌浪折断，受到挤压时多发生重叠。灰白冰的厚度为15-30厘米，由灰冰继续发展或莲叶冰、冰皮和灰冰混合冻结而成，表面比较粗糙，呈灰白色，受到挤压时大多形成脊冰。,第五部分 海 冰,白冰厚度大于30厘米，由灰白冰进一步加厚或在风、浪和流的作用下，多次重叠冻结而成，表面凹凸不平，堆积现象显著，形状复杂，分层明显，多呈白色。堆积冰是指碎冰块杂乱地重叠堆积在较大的冰面上，使冰面呈高低不平的状态，有时某些冰块可垂直侧立在冰面上，有时碎冰被冻结成一体，很象“冰山”。脊冰是由于外力作用相互挤压，沿交界线或边缘破碎形成条状隆起，被抬升到水面
22、以上部分构成脊高，也称为帆高，同时也有大部分被嵌压在水面以下也沿交界线或边缘倒着堆积构成脊深，也称为龙骨，脊高愈高，则脊深愈深，一般为1：7。固定冰是指与海岸、岛屿或海底冻结在一起，不能做水平运动的海冰，但可以随海面的升降做垂直运动。又可分为沿岸冰、冰脚和搁浅冰。,第五部分 海 冰,沿岸冰是指与海岸冻结在一起的冰层，从海岸向海上延伸，其宽度可以相差很大，在潮汐的影响下，可做垂直的升降运动。冰脚是指附在海岸上狭窄的固定冰带，不随潮汐做垂直升降运动，是沿岸冰的残余部分。搁浅冰是指退潮时留在潮间带的流冰。海冰的破坏力是巨大的，危害是多方面的，包括封锁港口、航道、使船舶靠离困难、堵塞船只海底门、使锚泊
23、船只走锚、挤压损坏船只、破坏海洋工程建筑物和各种海上建筑、船舶积冰等。,第五部分 海 冰,海冰对我们渤海石油的影响也是巨大的，我们海上平台的设计必须要能抵御海冰的推力，否则，就有被推倒的危险，如老二号平台和四号平台的烽火台就是教训，它们分别在1969年和1977年被海冰推倒。海冰还会使海上平台晃动严重，使人极度不适应，同时，还会影响海上原油外输，威胁浮式储油装置的安全等等。为了使海冰对我们的影响减少到最低程度，公司成立了海冰管理小组，派人到平台专门对海冰进行监测、预报，同时利用直升机、船舶进行海上冰情调查和沿岸冰情调查，及时掌握海冰动态，为生产指挥决策提供了依据。,第六部分 海洋钻井作业对气象
24、和海况信息的要求,由于海洋环境的恶劣，海洋钻井作业风险极大，重则造成船毁人亡，轻则直接影响钻井作业的速度和质量。因恶劣的天气和海况，每年要损失近10%的作业时间。为避免海难和减少损失，及时准确地掌握气象和海况预报，做好对付恶劣天气和海况的准备，合理地安排好作业，是海上钻井作业中至关重要的一项工作。不同的海区和不同的季节，气象和海况有不同的特点，如南方海区主要是夏秋两季的台风，冬天和春初寒流造成的大风大浪；北方海区则是风浪和冰冻等。钻井作业对气象和海况预报的要求，首先是要准确。因此，发布预报的气象服务承包商，应具有先进的设备、经验丰富的技术人员和良好的工作作风。气象和海况预报在钻井作业期间可分两
25、个阶段，即:1）钻井平台移位期间；2）钻井平台定位后的作业期间。,第六部分 海洋钻井作业对气象和海况信息的要求,一. 钻井平台移位期间钻井平台的移位可以是自航式的，也可以是拖带式的。无论是自航或拖带移动，钻井平台都处于吃水浅、重心相对升高、稳心相对下降和复位力矩相对小的状况，因此外界的风和浪对其影响相对于作业状态时要大。所以移位时应有全航线的气象、海况预报，以避免强风和台风的袭击。长距离移位时要求气象预报的内容:1.若干天内的天气形势；2.所经航线中24小时的风向、风速、阵风和能见度；天气、浪和涌的高度、方向和周期。3.云高；4.气温；5.航线中可能出现的异常气候；6.在北方海域的冬季，要考虑
26、冰层及流冰。除非另有协议，长距离移位都由承包商自己负责气象预报，油公司不负气象预报的责任。,第六部分 海洋钻井作业对气象和海况信息的要求,二.钻井平台定位后的作业期间浮式钻井平台在此期间，虽然吃水较大，且有锚链的张力作用，稳性增高了，但由于甲板负荷增大，钻井平台的升沉、纵横摇都与海况和风浪有密切的关系。当升沉或纵横摇达到一定程度时，钻井作业就可能受到影响;当升沉或纵横摇达到一定限度时，还会影响到钻井作业的继续进行和平台的安全。自升式钻井平台的稳性也会因风大浪大受到影响，而且连供应船和直升飞机安全地运送人员和物资也要受到影响。更重要的是，灾害性天气（如台风）将威胁到井眼、平台和人员的安全。所以，
27、钻井期间必须有井位的气象预报和可能对钻井作业地点产生影响的5天内的气候形势预报。通常钻井平台作业期间的气象预报，应包括天气综述、每日预报、大风警报、热带气旋、低温、高温及冰区等预报。以下为作业期间气象海况预报的项目和内容要求:1.井位气象海况日报一般每日2次，每次要报3天的气象和海况。其内容是:（1）综述作业区及其周围海区或陆地的天气控制系统和概况;（2）预报的要素应包括气温、海面上10米及30米处的风速、风向和阵风、天气和能见度、云高、浪和涌的高度、方向和周期。,第六部分 海洋钻井作业对气象和海况信息的要求,2.大风及热带气旋警报当作业海区在未来24-36小时内平均风速可能超过30节以上时，
28、应作预报，预报次数每日2次，并要报出30节以上大风出现的时段。当有热带气旋出现时，应按照作业海区所处的位置和可能对井位产生影响的气旋的距离定出开始预报的范围区（根据防台风要求）。一旦热带气旋将在此区内形成，或将从区外移入此区时，就要开始预报。预报的主要内容为:气旋中心的位置、气压、中心附近最大风速、30节和50节风速的半径、前12小时的移向和移速以及未来3天内的发展趋势(包括:强度、中心位置、移速、移向、中心附近最大风速、对作业井位的影响程度等)。在作业期间应当尽可能地把作业井位所测得和收集到的风速、风向、海流、海浪、涌、气温、能见度等气象海况，反馈给气象服务承包商，以便于他们提供更准确的预报。尽管气候对作业的危害和影响很大，但只要能利用好一切可利用的气象服务及观测设备，还是可以做到有计划地进行安全防御，降低气候所造成的损失，减少气候所引起的事故的。,Click to edit title style,
