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
- E7 u" L, [0 h4 A: F  k§3 海浪
§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
4 t- V0 U4 @- `5 f! n/ m3 b2 }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
) T3 ~8 h0 {( c* x% K* Ln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
9 C* H" G6 C( |5 Dn附属部分分为：海、海湾和海峡
**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
3 e9 A, b% i1 U9 ?! r0 `                               各大洋的基本形态数据
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
: Y; w. _& u+ N8 @% ?' F6 r17868.4 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
5449 合 计 36130.1 133610
' I* I: _% Y: u7 `% i* m# \* C# b3698 11034
- ~4 s7 i) d4 a6 v                               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。
9 n! B+ I' I$ c' T, d! D8 @5 `' Jn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
+ M* x4 @2 q( y; p# W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。
4 A$ t# S9 ~4 |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
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
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
+ N* O2 P) o8 ]/ C3 C均水深44米。东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔
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
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。
9 G) [. ?. b9 D                               我国海域的基本形态数据
6 [  w5 o1 H4 ?& l海的名称 面积
; V5 [6 z1 h+ T& W2 X（万平方公里） 平均深度
（米）
最大深度
' W% {) H" S4 p6 a: h& i. N, U  e（米）
6 C4 |, C: T& e4 a6 K% F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
                               第二节 海 流
9 n, u# {0 x4 }5 Q8 p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。
/ ~. X4 [- X/ M7 a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。
8 k& i7 R+ z6 a& R6 }0 `  B& ^                               按海流的成因分类
3 Q  H# K! k/ ^5 F2 wn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。
; ]2 L9 A5 C6 k; n6 g: [; ^% s6 dn潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
. v$ X0 N- ^- h) zn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。
. p  X5 Q% K% G9 t8 O                               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。
5 S+ @6 m) }1 [9 q0 U) nn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。
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
3 G( f% B4 d! _# L寒流 低 低 低 小 高 多 高
) i7 I- ~. U# @& C2 N! y                               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。
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。
n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：
; v& _! v; S% t  m7 Q6 M* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
$ l7 ]) X) C* n  F" p$ v45°，在南半球则偏于风去向之左约45°。
V 0
=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，
' f, V8 Z$ Q2 ~. I( L& u流速V D =0.05 V 0
; D  |: b  [& G6 x5 D**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
+ F+ `2 ^0 B% u践中，将D称为风海流存在或影响的最大水深。
8 [5 Y$ @2 |' b& w' l. Q* y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
4 E/ _* `" [) |  p4 N: a, @0 s无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
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
, M, m1 A  ^' Q9 T2 gn 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。
0 M3 G* R' j* }( Xn 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。
n p g v D D - = j rw sin 2 1 '
: s9 r) s6 D( X3 C/ E6 ?1 N" {1 x                               地形对海流的影响
n一、海底凸地形
. q2 W* ]. L& sn在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
) k& Z2 j7 F8 G! K/ N6 P5 Q下坡时，流速减少,流向左转。
n在南半球：上坡时，流速增大,流向左转；
" l+ q- X6 P1 R( _$ G下坡时，流速减少,流向右转。
n二、海底凹地形
* P$ t3 C! Q7 w6 K& K9 Mn?
% \0 P" m" m1 X- ]+ v( I! B$ W  X: Y                               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，
. k' E4 l& \& r. P8 \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
. `9 h3 }! k: f  S+ j**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；
6 w: q/ F& C2 I' w" y*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
8 j+ r, f/ ?+ Z0 M% z& S                               中国近海的环流
! t) Z/ s5 \$ y8 X- [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
0 Q3 e) Y$ b( g5 G, z1 s4 [# Un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。
: y  T8 H* q7 x( o% v& {' G& ~n **特征：低温（冬季）、低盐
n高温（夏季）、低盐
' V: F. c! i' C6 e* f% Y                               中国近海海流
5 H1 P- G0 x" X+ An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。
6 u; {/ }- y  `  ]) Q                               中国近海海流 n南海海流：
( y0 |) S, |4 A! r+ T主要受季风影响，
在东北季风期间大
部分地区为西南流。
在西南季风期间大
" X- o. |6 ?& M5 R/ o  t1 ^# f部分地区为东北流。
# b+ U6 h$ P: f, H& o) F' n  D3 H                               第三节、波 浪
$ P6 c" f$ @; l2 d# O+ h/ R  x. n                               n波浪的基本特点及研究方法
* }" S  Q0 u$ M8 B  W* nn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
$ q3 ?; Q/ H% W  L  t* Z1 p+ ]都可能出现波动。
+ O, p1 U, ~8 U; cn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
! |  s1 o3 v% j5 d平衡位置作周期或准周期性的运
动。
/ s9 P  o% J9 k, o( J- ~* |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
2 P6 G( F) T8 c4 c9 ^; I9 a1 Z视为许多周期不同的简单波动叠
' d1 D1 v' t. S4 L3 u; g( H加而成的复杂波动。
. r9 q0 ]( d% O  W3 w. Jn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
. H4 N3 Q9 ?# F' E; X$ {, B% D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.
7 _( {6 w( b$ P* z* S                               海浪对航海的主要影响
0 d. ^5 o; E& h/ i! W( E1、船偏移,偏航.
5 H( Q$ w. d' M3 A) z2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
损坏，甚至船体断裂.
$ H$ f. D) {$ N  i3、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.
; C3 Z7 l! b7 p7 [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.
+ F+ m' w/ l3 b. ?( n7 r8 r7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
位置.
/ K6 S0 h. _9 ^; {- l: `0 ?                               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。
) |' k0 A+ M5 o7 g- @( G: g& R, h8 X                               波浪要素
n
波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
" ^% _1 N0 p/ z6 Y5 A0 X: @/ z) l' T波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
/ E% u2 Q0 `) [, e5 F  B" d波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
- C8 w& }0 X! N; Q) F, P9 o4 g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
1 W8 _6 N1 r' A4 f; G, R" k波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
- ^) A1 S) H5 L5 ?  u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
= l
                               波浪的表示法
7 G# F6 [* _& u+ l$ _+ qn (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
+ r/ B. W0 A/ w( r又称有效波高 ，是波浪预报的一个重要指标。
) Q: j% i6 G5 j; _9 u+ w5 O+ |" Xn 关系:* H 1/1000 ?H 1/100 ? H 1/10 ? H 1/3 ?Hp
& O' }; ^( s  wn
9 D6 X' i0 |# V" z$ H3 d. V" t**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
n 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
9 c* o; m4 `2 t5 B4 V2 2
  @1 N* N, c  E( X5 iS W E H H H + =
8 ~( x- E& z$ x) V" y. L1 z                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
n
% D7 x' L# F5 d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
: _; [8 d6 Q2 k4 C9 ~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
全年波高波向玫瑰
: Z9 K. X" u" M7 r/ f( q$ ]图
累
年
波
高
最
6 a, {: O) Q6 T4 ~大
值
玫
2 K0 U, n( r. I" [% @/ `" Y0 E瑰
" d( \0 u3 C: s) R3 m图
                               波浪的分类
（一）、按成因分类
, y  w& Q" k5 @. T# D. Z) X! vn风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
0 R0 V  y* D, n+ V2 k; hn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。
$ G! J! O& F5 r( L9 n% }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）
+ L# i/ _( R2 ]( i+ d3 xn内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
7 |# x; b4 j7 t7 Z" a1 c2 x; K- j                               (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
9 M2 H2 C1 q4 ^  V- C7 ?n是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。
: j* L7 M% _8 O5 c+ M: ?7 [2 j
t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h