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
3 R: g5 E  }$ X9 b; {1 F( i§3 海浪
9 w& G0 n+ O8 c% P! [! P§4 海温和海冰
! j: L2 c% t0 N4 n8 q" P                               第一节、海洋概况
: p# |. u: c. A; f& o$ F1 E( Nn一、地表海陆分布
, z. M. p5 w- U9 r/ q+ V, f& vn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
% H6 P7 Q( J0 |) a1 |: ]. In根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
n主要部分为洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋
( o& Y' s+ F  P5 r* in附属部分分为：海、海湾和海峡
( {: }' U5 u, Y* J8 D**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
! O- }5 U* a" Z% t- x                               各大洋的基本形态数据
! b9 k: l7 N) ?# ]1 U+ K1 P) M大洋名称
" a$ r8 U( N2 F  [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
+ v& m5 _( B/ U# I9 _5 b; N9165.5 32970 3597 9218 印度洋
7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
, ^. z) |. \; I5449 合 计 36130.1 133610
$ V( d( O7 x. O1 y  L3698 11034
! g/ ~) _. s. `9 D: }: B* E$ B1 S                               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。
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
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。
/ f/ w0 E3 m6 E3 y( r% {% ?n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。
                               我国近海概况
1 W; y6 D  p% u7 f' N" bn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
方公里，平均水深18米。黄海：北起鸭绿江口，南从长
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
) j+ @2 d8 J4 }7 _南海，面积75万平方公里，平均水深349米。南海：南
靠加里曼丹岛，东临菲律宾，西接印支半岛，面积350
% W' U7 s- `; ]5 J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。
' x& @; v$ ]1 ^7 B                               我国海域的基本形态数据
海的名称 面积
（万平方公里） 平均深度
（米）
最大深度
（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
6 G5 W8 d& x, G: i- ~) I8 ^                               第二节 海 流
% r2 a5 e% P5 g, a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。
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。
0 v. w* n1 E: ?& i8 C5 j流速: 流速的单位常用Kn（节）和n mile/d（海里 /日）表示。
                               按海流的成因分类
- m" F! M6 E1 I; an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。
! q& P( F. Y+ c8 `8 t( F8 w3 Gn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
: @! M( {: q; u( p% On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
n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。
n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。
1 Z& I$ x5 Y( j1 Cn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。
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 |, f" q/ b/ R- d* T8 p寒流 低 低 低 小 高 多 高
, }. e: g1 ~" z( j% S+ `4 b                               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。
5 J8 V  e1 G. s9 f2 D) ln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。
$ p; J) n# w5 D  Cn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）
; f" `1 e" F( f; g' z4 L0 jn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。
0 o6 @% e7 K: D                               表层风海流的方向和大小 对无限深海风海流而言：
* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
! W* {. b5 r" }# y45°，在南半球则偏于风去向之左约45°。
V 0
9 g% Z; e* b4 p+ x6 x) b: [! H=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
! a, l1 ]. S2 v% e加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
2 s5 m/ e0 E6 ^9 Y- g: V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，
流速V D =0.05 V 0
**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。
) p9 z! `. u/ ]; w经验公式：D=7.6w/(sinφ)
+ @0 m7 a  Q: c( F1/2 对浅海风海流而言：表面流向与风去向的交角比
" P/ N/ p' M' o# b. N9 R; h' H' t无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
" j3 a8 w' r! _% F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
0 `, ~, `' _8 P- t3 x$ o                               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。
4 G/ ]0 u  g: L& s' cn 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。
) J5 D3 Z/ @0 [/ y1 zn p g v D D - = j rw sin 2 1 '
                               地形对海流的影响
  O, w1 F( ]' }" n# J# Rn一、海底凸地形
3 Y3 C* A$ @, I/ {  o& yn在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
下坡时，流速减少,流向左转。
' `* D2 j( f; Fn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。
, @, Y1 ^; c( M# l5 pn二、海底凹地形
n?
- Q7 N+ m) F7 ~3 X! E2 H; Q                               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，
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。
**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
( s+ f# i- O0 n( o6 w*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；
*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.
. r* R" L- J$ i  V                               Distribution of Current in the world Ocean
2 H0 A3 Z8 D! S5 y, i/ c* o# c                               中国近海的环流
5 |5 U) D1 f! U$ ~9 a. Vn组成：外海流系和沿岸流系
) A5 w$ q4 P* `; m8 Hn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）
3 s: x! K# O0 G6 B( F8 W' v! fn **特征：高温、高盐
4 v# m" S; G% q5 m' w' {8 H. F7 Vn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。
3 A) Y* W6 z4 O9 B4 fn **特征：低温（冬季）、低盐
, C1 y+ D" m/ @n高温（夏季）、低盐
                               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
4 F% |% w! C' a, }  @8 p流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
流。
: W4 n$ Z7 s6 d                               中国近海海流 n南海海流：
主要受季风影响，
; R% G( G0 K- _. t$ H2 D在东北季风期间大
部分地区为西南流。
8 W8 f7 |7 r7 E6 h" o: d6 x) b在西南季风期间大
部分地区为东北流。
                               第三节、波 浪
                               n波浪的基本特点及研究方法
- e4 W6 J* }0 ]/ }# on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
- ~( d) h" S% |. R* q" m: A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
+ S2 u% P4 t% [% l视为许多周期不同的简单波动叠
加而成的复杂波动。
n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
2 C1 ~% \" p9 H. x3 e1 g, P2 n$ L其在复杂波动中所具有的能量大
6 A* I$ Y( q* T! C: A3 u( a2 H% o  v小，综合分析海洋波动的特性.
                               海浪对航海的主要影响
9 C, X5 L  n7 [/ z: X" k1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
9 ^0 t( N: p( T8 f. n5 t损坏，甚至船体断裂.
1 ]& Y% a, D' ?- Z3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
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
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
: h  v. ?  X; S5 f' W" s0 q率降低，在港内进行装卸作业发生困难.
7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
$ l0 c( l. w- Z; n% p% {位置.
                               波浪要素和分类
* J9 P% p8 c, m* g, B; \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。
- [/ J' o6 s3 n% X1 }                               波浪要素
3 u7 s% @4 ]6 A' i- n/ r6 a  m/ en
波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
' ^$ T$ j9 z* R3 r% P% D/ b波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
* D6 y" F1 L$ ~9 g! S) }5 w! K9 k波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
" X  z; S- z+ x  h  ~+ d' [) l波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
1 f1 v! [6 n' k6 Y$ Q波幅a：波高的一半称为波幅； n
: L: s; x2 v' H' Z" U5 i% q4 k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
; i6 `0 t7 \. W0 |3 X# l% p波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
0 P  {) D4 N2 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
5 f  v2 F( H4 Y# w4 I= l
                               波浪的表示法
9 K$ I6 x, r& p' pn (一)、波高表示方法
n 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
& l* O9 J5 F7 E6 ~" D; k* m/ l又称有效波高 ，是波浪预报的一个重要指标。
, Y+ i# |% J# k, In 关系:* H 1/1000 ?H 1/100 ? H 1/10 ? H 1/3 ?Hp
3 p+ P1 W' t2 Y/ K% En
**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
( ?( x4 f4 C/ x# O3 Jn 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
$ A9 i1 q9 c! r; T' ^$ L2 2
S W E H H H + =
; H1 m3 z' `3 H5 F% t                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
n
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
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
: P4 r1 K( ^/ Y) x* Y4 c% {+ ^0 u全年波高波向玫瑰
图
3 E4 B8 t  a% M  ~8 _累
$ I4 t2 f3 h* [6 m- J年
, R% N, G0 d( ?2 a* A1 m( t) d& u波
& h+ W0 O& P1 v/ ~& P! S高
最
% H& e% g9 ?2 V) `大
值
: O, _$ q7 P7 c6 ~玫
瑰
+ k/ _! m; j4 N图
4 b! V8 X" P: i$ Z# Z                               波浪的分类
（一）、按成因分类
n风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
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。
n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。
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
n潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
( [# U6 h/ z1 p) U1 J% b2 |n内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
, [8 {. Q9 y  ~0 G5 L' @  w0 t/ ^                               (二) 按水深（h）相对于波长（l）的比值大小分类
2 _4 r+ h6 s+ i- D, _n浅水波：波长远大于海深的波，浅水波的波长至少
- r6 ^  z  S* V3 a# O: u, x/ p8 ?7 fn是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。
. d! X$ O! U/ Q% q/ ?( a5 y
2 x/ ?* }0 @9 T( U- It过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h