第二章 海洋学基本知识-海洋仪器网资料库

第二章 海洋学基本知识 §1 海洋概况
§2 海流
* ~: k3 ?) f# j% ~$ w; M- }4 v' |§3 海浪
* |0 H; n7 l$ c$ |$ Z2 X§4 海温和海冰
! ^( M0 M& B/ U2 c  o6 f! {" K                               第一节、海洋概况
% E1 p" W* S; E3 J* M+ V# l8 |n一、地表海陆分布
n地球表面总面积约5.1×10 8 km 2 ,分属于陆地和海洋。 陆地面积为1.49×10 8 km 2 ，占29.2%；海洋面积为 3.61×10 8 km 2 ，占70.8%.
n二、海洋的划分
/ w0 q$ b- ~, D$ P: gn根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
* S$ }4 U5 H$ d- en主要部分为洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋
n附属部分分为：海、海湾和海峡
% }' k5 w  P$ H**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
                               各大洋的基本形态数据
! \4 N% ~) j7 b+ V; ^$ N( R) P大洋名称
面 积 （万平方公里） 体 积 （万立方公里） 平均深度 （米） 最大深度 （米） 太平洋
17868.4 70710 3957 11034 大西洋
9165.5 32970 3597 9218 印度洋
7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
! x/ s3 v! L2 L5449 合 计 36130.1 133610
3698 11034
                               n洋 (Ocean)：面积广，约占海洋总面积的89%，洋的深度 大、水色高、透明度大，水文要素相对比较稳定，季节变 化小，有独自的潮波和强大的洋流系统。
' R, \6 V; G+ S+ S% }% `n海 (Sea):大洋靠近大陆边缘部分，海的面积只占海洋总面 积的11%，一般深度浅，水色低（浑浊），透明度小，季
" a$ y3 D& f" y节变化显著。没有独立的海流系统和潮波系统，多数受大 洋影响。
, [+ u5 ?( n  ]( [+ r# b9 sn海湾 (Gulf、Bay): 洋或海的一部分延伸入大陆，其深度和 宽度逐渐减小的水域称为湾。湾内潮差大。
n海峡 (Strait、Channel): 海洋中相邻海区之间宽度较窄的 水道称为海峡。海峡的特点是流急、速大、多涡旋。
6 Y! n5 @: z, X6 h                               我国近海概况
n我国东南海岸面临四海。渤海：为我国的内陆海，自老 铁山经庙岛与蓬莱角联线，分割黄海，面积约9万7千平
2 k( w. E$ c) _方公里，平均水深18米。黄海：北起鸭绿江口，南从长
! l; d2 E8 |2 j1 {3 _8 i% L" d2 V江口北岸至济州岛与东海分开，面积42万平方公里，平
均水深44米。东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔
( g9 d' t4 H- d' \, ^3 D9 F% K/ L南海，面积75万平方公里，平均水深349米。南海：南
3 s  \$ r2 n/ H( O  o) d" a靠加里曼丹岛，东临菲律宾，西接印支半岛，面积350
多万平方公里，平均深度1000米以上。我国拥有300万
平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
                               我国海域的基本形态数据
海的名称 面积
4 S/ C* a* B0 N2 d# }（万平方公里） 平均深度
' O" H; n; N! s3 ^7 Q（米）
最大深度
2 ~1 U: [0 n8 B2 e  [（米）
渤海 7.7 18 83 黄海 38.03 44 140 东海 77 370 2179 南海 350 1212 5377 合 计 472.73
/ v) ?# V4 y0 a  K! @                               第二节 海 流
# ~- S# t0 g0 [6 B" L海流:海水因受气象因素和热效应作用而沿着一定途 径的、具有相对稳定速度和方向的流动。是较大尺 度范围内的海水沿水平方向的非周期性流动。它是 海水运动的形式之一。
  r4 \& ?3 u8 X+ e8 O' ^' t" C) E流向: 海流的方向是指去向，常用8个方位或以度 为单位表示。例如，由西向东的流，流向为90 0 ，称 为东流。海流的主轴是指海流流动方向上流速最大 点的连线。海流的规模常用流幅来表示，流幅是指 垂于主轴的水平宽度和上下厚度。海流的强弱常用 平均流速或平均流量表示。
流速: 流速的单位常用Kn（节）和n mile/d（海里 /日）表示。
# O8 y' d/ q  t6 M. P, r9 ^                               按海流的成因分类
n风海流：包括风生流和漂流，是由风对海水的牵引作用而产 生的海流。风生流是短暂风力引起的暂时性的海流，其流速 和流向随风向、风速而变化。漂流是由信风或盛行风的长期 作用而引起的海流，流向和流速比较稳定，又叫定海流。
n梯度流(地转流)：由于等压面倾斜于等势面，海水在水平压 强梯度力与地转偏向力相互平衡作用下而产生的海流。分： 密度流和倾斜流
n补偿流：由于海水的连续性，一处海水流失，它处海水将流 来补充，形成补偿流。
n潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
n实际上由单一原因产生的海流极少，往往是几个因子共同作 用的结果，但有主次，近海以潮流为主，外海多风海流和梯 度流。
                               按海流的物理属性(温度)分类
! L0 z' i4 W+ `5 Z8 m/ N" U' m8 ln暖流(Warm Current)：温度比它所经过海区的水温高的海流称暖流。一般从 低纬向高纬流动的海流为暖流。
; Q+ c1 ]& i# y# q& Q. |/ fn冷流(Cold Current)：温度比它所经过海区的水温低的海流称冷流。一般从 高纬向低纬流动的海流为冷流。
n中性流(Neutral Current)：流动水的温度与它所经过海区的水温相差不大 称中性流，一般东西向的流。
1 f, ]  `; J5 E2 \7 o) ?n暖流和冷流是一相对概念，要比较必须是相对同一海区而言，两者区别有：温度 盐度 水色 透明度 含氧量 营养盐 生产力 暖流 高 高 高 大 低 少 低
5 i3 o0 c8 G9 `+ W8 c( \寒流 低 低 低 小 高 多 高
8 Y+ A$ {+ G: {% l/ e                               风海流(Wind Current)
n风海流主要是由风对海面的切应力、地转偏向力、粘滞 摩擦力达到平衡时形成的稳定表层风海流。
# C& t9 Z% I" r8 v# ]n风海流是海洋上最主要的海流，其强度较强。通常将大 范围盛行风所引起的流向、流速常年都比较稳定的风海 流称为定海流，或漂流。而将某一短期天气过程或阵风 形成的海流称为风生流。
: t7 }4 g: t3 u( Z* yn在大洋中，海底对运动没有影响。称无限深海风海流 （又称埃克曼漂流。简称漂流）
n在近海水域中，海底对运动产生一定影响。称有限深海 （或浅海）风海流。
                               表层风海流的方向和大小 对无限深海风海流而言：
; ]( o  F( O0 W! R9 r/ v* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
45°，在南半球则偏于风去向之左约45°。
5 x  F- J7 Q1 k- R% XV 0
0 N  R' |  b/ p( ~0 u  F=0.0247w/(sinφ) 1/2 表层以下风海流流向：随深度增加在表层流向基
础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
半球流向向左偏转
在水深z= π /a 处，流向与表面流向完全相反，
' k  ^! G" |9 [# ^5 R+ s* o流速V D =0.05 V 0
8 a+ W, u' p# w- x4 F**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
践中，将D称为风海流存在或影响的最大水深。
经验公式：D=7.6w/(sinφ)
1/2 对浅海风海流而言：表面流向与风去向的交角比
2 k8 Y9 d+ _9 y4 O7 d) `+ ]8 [无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
- x; P# |  u) U' l3 T, D- }变化也比较缓慢，当海区水深z ￡0.1D时，表 面流向几乎与风去向一致
                               地转流
n 倾斜流与密度流的相同点：都是由于海面倾斜后，在海水水 平压强梯度力与地转偏向力相互平衡作用下而产生的海流 n 倾斜流与密度流的不同点：
n 倾斜流(Slope Current)：海面倾斜是由于不均匀的外压场作 用造成的。若不考虑底摩擦作用影响，倾斜流的大小和方向 ，从海面到海底都一样；倾斜度越大、水平压力梯度越大， 流速就越大。测者背流而立（北半球），右侧压力高，左侧 压力低。测者背流而立（南半球），右侧压力低，左侧压力 高。
n 密度流(Density Current)：海面倾斜是由于海水密度分布不 均匀引起的。密度流只存在于密度分布不均匀的水层，且密 度越不均匀，流越大；反之，流越小。当密度恢复均匀分布 时，密度流消失。 北半球:测者背流而立，右侧压力高，密 度小、温度大、盐度低；左侧压力低，密度大、温度小、盐 度高。南半球:测者背流而立，右侧压力低，密度大、温度小、 盐度高；左侧压力高，密度小、温度大、盐度低。
7 E/ K7 |  }* a2 C  t+ E4 Rn p g v D D - = j rw sin 2 1 '
1 Z# [; M# R/ F, J* U                               地形对海流的影响
n一、海底凸地形
n在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
6 W6 l9 s+ U; g, ]) u0 J下坡时，流速减少,流向左转。
  Z: w; u) o' s" s, \$ Yn在南半球：上坡时，流速增大,流向左转；
下坡时，流速减少,流向右转。
n二、海底凹地形
9 B& Q  s6 i; t; yn?
- [" u' L; i! r( x0 z                               大洋环流
一、定义：大洋环流是指海水在海面风力和热盐效应等作用下，
2 @3 l) D  ~& A- t/ b" q; K海水从某海域向另一海域流动而形成的首尾相接的独立循环 系统或流涡。
: O9 O$ i& l  L- r' m7 J' F**组成：风生环流、热盐环流
**风生环流形成的主要原因：盛行风带、地转偏向力、海陆分布 二、大洋表面环流的一般模式
*在北半球，绕副热带高压中心而流动的是一顺时针方向的环流 ；绕副极地低压（中纬低压）流动的是一逆时针方向的环流；
7 l0 T5 T! |3 E4 f*在南半球，绕副热带高压中心而流动的是一逆时针方向的环流 ；在高纬,由于陆地少,三大洋在西风带里相互连接,西风强劲,形 成自西向东的西风漂流,而没有出现小循环,仅在南极陆地周围受 极地东风影响产生自东向西的极地海流.
                               Distribution of Current in the world Ocean
                               中国近海的环流
6 C+ R( F+ w( k/ x  B! V3 J' \n组成：外海流系和沿岸流系
n一、外海流系：主要指黑潮及其分支（台湾暖 流、对马暖流和黄海暖流）
n **特征：高温、高盐
n二、沿岸流系：大陆江河径流入海后沿海岸的 流动以及盛行季风引起的风海流。
n **特征：低温（冬季）、低盐
: O# {! q3 O" c2 x( bn高温（夏季）、低盐
' m1 q$ ~" [2 V; J0 U                               中国近海海流
n渤海、黄海和东海海流： 外海暖流：台湾暖流、对 马暖流、黄海暖流。
沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
流。
' O0 A- W; \. ]$ x                               中国近海海流 n南海海流：
主要受季风影响，
1 L; H: p6 l' E1 U2 [" S. Q在东北季风期间大
部分地区为西南流。
" ]. u' h0 j* J) c- M在西南季风期间大
/ v& }' u0 e+ M# ?# T部分地区为东北流。
5 H* w0 I. g. |; A! L3 D                               第三节、波 浪
# u# h: P' _1 g, n                               n波浪的基本特点及研究方法
n海洋中的波动是海水的基本运 动形式之一。从海面到海底处处
都可能出现波动。
n海洋波动的基本特点是：在外力 与重力的作用下，水质点离开其
平衡位置作周期或准周期性的运
动。
n实际海洋中的波动并不是真 正的周期性变化，而是可以近似
视为许多周期不同的简单波动叠
! g1 |0 l$ m2 `6 a6 h, K5 L0 p! T8 {8 }加而成的复杂波动。
' w& \; W, [( Q- u$ zn研究方法:从简单波动入手，利用 不同周期的简单波动的特性以及
# G2 P9 _2 V# A5 ]# }9 Z其在复杂波动中所具有的能量大
小，综合分析海洋波动的特性.
) \" f2 I) w  G0 z; Q1 @8 B                               海浪对航海的主要影响
1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
8 r1 L9 d' Q/ Z; H: p* a8 G损坏，甚至船体断裂.
3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
3 u6 A# _3 {* P- H& Y4 v的机动性能、操纵性和稳性下降；导航仪 器受干扰或损坏；晕船导致船上人员工作 效率下降.
4、货物、特别是颗粒状货物可能移动，甲板
. p, {$ V3 w1 Z+ g+ Y3 s. U; R- }货物淋湿和吃水增加稳性可能恶化.
5、能见度恶化，在开阔的锚地作业发生困难.
6、船在港内停靠复杂化，港口装备的使用效
率降低，在港内进行装卸作业发生困难.
9 H$ V2 C* X) E7 b# a/ [7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
! ]2 Z) b  b" M) J位置.
                               波浪要素和分类
实际海洋中的波动是一种十分复杂的现象，严格 说，它们都不是真正的周期性变化，但是，作为最 低近似可以把实际的海洋波动看作是简单波动或简 单波动的叠加，从研究简单波动入手来研究实际海 洋的波动是一种可行的方法，而且简单波动的许多 性质可以直接应用于解释海洋波动的性质。
" P3 f9 F9 i6 s% r- I% X                               波浪要素
n
6 f5 @9 S4 ?, u: `. l8 I6 N# c- L4 Y波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
; W6 K( l  H* J6 ?( W8 u# Z+ X波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
5 j/ Q/ W% W) t# e0 p6 D- x波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
波幅a：波高的一半称为波幅； n
周期T：两相邻的波峰（或波谷）相继通过一固定点所需时间，单位为秒； n
波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线； n
波向线：垂直于波峰线的波浪传播方向线； n 波长、波速、周期三者关系： cT
  ?, z& D6 U3 d* X/ l/ X= l
                               波浪的表示法
n (一)、波高表示方法
& A' i9 P/ L% A: Y, Hn 1、平均波高：所有波高的平均值，Hp=（H1+H2+H3+…Hn ）/n ， 其中n 为观测到的波的总个数，H1，H2，...Hn 为各实测波的波高。反映海面 波高的平均状态
2、部分大波的平均波高：将观测到的波高按大小排列起来 ，取最高的一部分波的波高计算平均值，称为部分大波的平均波高 。常用的有： H 1/3 、H 1/10 、H 1/100 、 H 1/1000 ，其中H 1/3
7 G& y% ~* L. _7 t0 s# `6 t7 t又称有效波高 ，是波浪预报的一个重要指标。
  R( }( g5 {9 p+ \; j: K; ^n 关系:* H 1/1000 ?H 1/100 ? H 1/10 ? H 1/3 ?Hp
n
% r" B! o$ S2 V( y* O, l  y**换算经验关系：H 1/3 =1m→Hp=0.63m;H 1/10 =1.27m; H 1/100 =1.61m; n H 1/1000 =1.94m
, X3 x1 U- G) x$ O# dn 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
2 2
. |, I! l3 n; L3 M1 U- GS W E H H H + =
6 z9 \- X, R7 ], ~, D& k/ ?                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
n
! F; J4 j+ z2 q. A波向是指波浪传播的来向，波向频率是统计累年、各季或各月的 n
& p9 D9 a2 F) X& m4 j各向波浪出现回数n 与相应统计时限内总回数N 之比的百分数。即波向频率 P （P=n/N ）. n 以相应比例在同方向上标出波浪出现的频率数的图，叫波向玫瑰图
0 L* u9 ]8 V8 _2 h$ v) H/ H1 V全年波高波向玫瑰
  m% m9 E1 \" F+ {& W3 ^图
累
年
" A# a3 u0 w  F/ o波
高
最
0 F1 N  k$ B' U( f' g2 Y, S* E" z/ v% G大
5 Q& e" c" o0 i" u) v值
玫
* b  n  H; @1 O7 O, e" X! D瑰
5 O9 y' i7 z6 @7 a% [& y! F图
                               波浪的分类
) K: b3 j* w! C- T) v* O5 l, m8 z3 }（一）、按成因分类
8 A1 i1 ]* \' D+ j: h- r, L0 X) n( In风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
' A1 M# U+ C5 s" N( ^n涌浪：风浪离开风区传至远处或者风区中风停息后所留下来的波浪，称为涌浪。 n近岸浪：风浪或涌浪传至浅水或近岸区后，因受地形影响而发生一系列变化后， n形成的浪。
' W! u2 K7 K! {) an海啸：由于海底或海岸附近发生的地震或火山爆发所形成的波动。
# ~7 N9 p$ v" R0 p1 _n风暴潮：由于气象原因，如台风，强风暴等引起的海面异常升高现象称风暴潮， n亦称风暴海啸。下载的PPT、SWF\水文.swf
- m* U# Y6 s, M9 O, \- H. L1 b/ t6 kn潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
- K' T* s  e! T" v3 gn内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
                               (二) 按水深（h）相对于波长（l）的比值大小分类
n浅水波：波长远大于海深的波，浅水波的波长至少
n是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。
7 z' a; g+ b  H) Q- X
: Z9 d4 U- t& D/ n0 d# c. Y) `% Ot过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h