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
& ~1 v; o& t: i( o* ?+ C9 l; t§3 海浪
§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
/ [2 g4 b2 U, J& o% N7 Y+ Un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
n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
6 q# O0 H% q5 a  Z6 ~, x" Qn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
4 ?! Y! q/ K0 U                               各大洋的基本形态数据
9 }3 Z. B" j& l6 h- K( [* i7 x! D大洋名称
* I0 g0 w' B1 l/ T' n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
+ e1 p1 m; ]+ O5 n, Q1 W3 g7 ]5449 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。
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。
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
' F- t( \6 V/ ^  d+ @" y7 p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
3 \* ]" o4 b- {+ I* i南海，面积75万平方公里，平均水深349米。南海：南
  v' M1 `9 P& c" U. w: G, p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
/ J  R3 {5 Q: F) p1 |0 t平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
* S$ |* K' x% O7 s! j' e# o                               我国海域的基本形态数据
$ E& D- D% w; |1 y1 w9 A( _海的名称 面积
; @$ F& n' U, N) b! c7 |8 @: q$ }（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
+ ]& L' s$ c. ~5 n4 }. a                               第二节 海 流
! _/ ~3 ?2 m: e5 b# b' |0 x5 ^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。
: p4 H0 F* F8 Q; b) z3 t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。
* I8 n4 Z+ v9 ~0 b6 j8 \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
3 e# v% n$ u9 v# On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
# T0 F9 I. ]3 K7 d  t& X0 Bn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。
' B4 }& h7 h. \4 |3 ~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。
+ ?( L' l8 N" y& z                               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。
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
寒流 低 低 低 小 高 多 高
                               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。
  V# H  o7 E# _+ dn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：
* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
7 F1 n" I0 W; @: `  L$ ^2 ?6 L45°，在南半球则偏于风去向之左约45°。
: @9 a! n: z* I4 ZV 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
3 V. b8 d$ h1 W9 d# S' f; Y$ [7 W础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
7 N7 m, @. ^1 ?! c% b6 S: J加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
: V8 p$ V( |# G3 l9 K7 S/ d) ]3 ]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  h% h+ J) l% j/ s( |7 }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。
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
' _7 L! t- }  [  k2 ?无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
0 p6 t# H2 N/ Z- M, |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
# E5 b: q" P! l% jn 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：
$ ~4 m4 O* ]1 gn 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。
- F- {1 B8 O) \4 I! On p g v D D - = j rw sin 2 1 '
                               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；
7 b3 i4 T0 ]( \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；
& ]5 s% s% J4 Q! \" Z& P9 h下坡时，流速减少,流向右转。
n二、海底凹地形
n?
                               大洋环流
: k6 w5 }4 V1 g$ i+ B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，
7 ]8 x& v. E- u: k9 d! K. G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
# X8 ?5 f' P  I" e**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；
2 i3 J7 B. ?2 ?5 ?2 ~# a( g7 L' d*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
- B( Q& `5 Q6 V/ ?; k* U/ q2 @                               中国近海的环流
% j1 C) ~8 T$ a5 J- L4 ~& Fn组成：外海流系和沿岸流系
5 ^+ z4 B9 @" [' Q0 R- Yn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
) p4 e7 ?. U' V$ R) In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。
2 i/ \5 Q) v* Z% E9 I# vn **特征：低温（冬季）、低盐
n高温（夏季）、低盐
                               中国近海海流
5 B$ F- r) t) n. E6 M* K/ T1 Ln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
0 }$ c/ L% M% O$ k+ H沿岸流等组成逆时针环
流。
                               中国近海海流 n南海海流：
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
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
& x# W( M+ _2 N8 e/ E: B2 ~! Hn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。
4 H( Q( r" |9 N# K* Gn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
0 H8 @# K% Y0 @: E平衡位置作周期或准周期性的运
动。
2 ~0 c" T+ A& Q: D4 u* \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
加而成的复杂波动。
# z0 F& G3 b0 y* f) Xn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
/ R. V/ }5 P- Q/ U  c- D* N) Q其在复杂波动中所具有的能量大
* u" |" J$ a& N2 q* S+ z小，综合分析海洋波动的特性.
( _# [$ z; y) H9 K% |                               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
- |6 S0 b  p2 @6 K损坏，甚至船体断裂.
6 r/ l2 p0 Z' M3、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.
6 b; ]+ Q, h; C4、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.
; ^' f; D8 Q' P$ T, m6、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 t  w7 V4 t! t9 U4 m* x7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
位置.
2 n. G( z! Y: \+ B                               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。
                               波浪要素
, y* e; N) s! K+ vn
( F4 |2 J/ ]- _% Z  G8 l5 g波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
) v6 l0 k) D5 q- A波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
4 `9 ?/ m  ^  n1 V$ z波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
- Z# x3 a" x5 ?4 U波幅a：波高的一半称为波幅； n
3 [9 E1 h& J8 m$ q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
9 @" M' ]9 t. J2 y! W% o波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
; B8 [* ^# ]" o1 P# c, j4 ?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
8 l. o1 A6 D; w8 z4 C+ }                               波浪的表示法
n (一)、波高表示方法
3 J, T  [4 w  Zn 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
& P0 V8 p" t! h( H1 a2 f& ]; m- C% w2、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
又称有效波高 ，是波浪预报的一个重要指标。
3 c2 m. k" \, y3 z; Cn 关系:* H 1/1000 ?H 1/100 ? H 1/10 ? H 1/3 ?Hp
n
7 N3 O& g, s4 c5 O& z**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
- }* `. L& l! g; W2 2
3 ^2 M' @  d5 HS W E H H H + =
                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
7 \) r! D( Q$ L6 u2 o6 H' X$ z. bn
+ c6 [7 v  Q8 F' w9 f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
  t. D% |1 j6 k% z8 |9 g7 b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
$ K# M8 R  Y5 _图
累
年
波
高
& x2 z3 A& X5 N: }2 y$ r最
大
/ {, |1 d4 s( n  N5 p: p值
玫
瑰
图
2 S4 ^6 p& H4 O2 M$ \! E. Q                               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。
% o% i9 N, R0 K7 C4 Wn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。
# f5 e- Y. _3 j' N( b/ y* H* c# wn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
( i+ }* x2 l( h- u8 y+ [3 M/ O8 Vn潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
! Q1 M' I# x5 `) w1 L& Nn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）。
4 G; m# j5 L3 e
t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h