最新物理海洋学-复习提纲-海洋仪器网资料库

物理海洋学复习提纲
1、海洋学的学科体系是怎样的？什么是物理海洋学，它的研究对象与方法是什么？
$ e3 H/ }# R- |0 r% ~( v海洋学：是研究海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及开发利用海洋的知识体系。是地球科学和地理学中的自然地理
9 o4 o+ m- r7 t3 q学的组成部分。
! e! l( Z! X, B4 ?6 d( d【基础学科】物理海洋学、海洋化学、海洋地质学、海洋生物学【边缘学科】海洋环境学、海洋气象学、航海海洋学、渔
& `, L  a: A# K0 {, B% i; j# o场海洋学、军事海洋学、区域海洋学、海洋工程、海岸工程、海港工程、围海工程、深海采矿工程、海水养殖、海水淡化
工程、海水综合利用工程、海洋能开发工程、海洋水下工程、海洋空间开发工程、海洋石油和天然气开采工程物理海洋
9 ?9 C9 S& G6 E; m学：运用物理学的观点和方法，研究海洋中的力场、热盐结构、以及相关的各种机械运动的时空变化，并研究海洋中的物
3 X; B: _9 W6 Q+ A5 J质、动量和能量的交换和转换的学科。
$ J! E9 P$ X7 M. e物理海洋学所研究的对象，是人类和其他生物赖以生存和生活的海洋中的物理环境。这种环境中的物理过程，与地球上的
: ?: s/ E9 H+ t4 G6 E气候和天气的形成和变化、海洋生物的生存和生活、海洋中物质和热量的输送、海岸和海底的侵蚀和变化，以及海洋的交
: i: y/ F6 [. S0 a; ^; o5 Z( b! k# E通运输和军事活动等，都有密切的关系。
研究方法：
观测与调查(现场和室内试验) : 卫星遥感、航拍，海洋调查船, 锚系、浮标，采样，样品分析，水槽试验，数值
- a1 Z* W8 N+ M5 N实验理论化知识体系的建立: 从铅笔/ 纸张到超级计算机；从数据分析到理论; 从理论到模型
2、海里相当于多少公里？纬度中1 分相当于多少海里？表示航行速度经常有单位“节”，一节相当于多少m/s？
4 g6 p8 Z1 f( I) A( ~6 a, P8 h地球的自转角速度是多少？
. H1 s* Z" I# `' u3 O0 j0 w1 海里=1.852km ；纬度中1 分相当于1 海里、纬度中1 度相当于60 海里，约111km；
6 ~! I! o2 {! w1 节(kt ) =1 海里/小时=1.852km/h (约等于0.5m/s );
地球自转的角速度3 =2 n /(24x3600s)=7.27x10A-5 rad/s
8 H& _! m2 D" `9 V7 ]3、世界海洋中根据其空间尺寸如何分类？什么是边缘海？什么是陆架浅海？
# L5 a* f' L- m& D0 _1 P洋(Ocean)、海(Sea):边缘海，陆架浅海、海湾(Bay , Gulf , Embayment)、海峡(Strait, Gullet) 、峡湾
(Fjord) 、潮汐汊道(Tidal inlet) 、河口(Estury) 、潮滩(Tidal flat) 、沙滩(Sand beach) 位于大陆边缘，
- e" V( O. e) L" N, C4 {$ R以岛屿、群岛或半岛与大洋分隔，仅以海峡或水道与大洋相连的海域。
大陆架：它的范围自海岸线(一般取低潮线)起，向海洋方面延伸，直到海底坡度显著增加的大陆坡折处为止。大陆架是大
陆的自然延伸，原为海岸平原，后因海面上升之后，才沉溺于水下，成为浅海。
. X+ y# {) o3 S- q& R7 O4、海洋中声音传播的速度与什么因素有关？何为海洋声道，其成因与特征分别是什么？
0 p- x- }: S0 W' T% o海水的盐度、水深(压强) 、海面和海底状况、海水的运动、海洋中包含的各种不均匀体如气泡和生物等从声速最低的地
方发射的声波，由于上下层的声速不同而发生折射，造成声波传播途径总是弯向声速最低的地方。大部分声波在海水中经
4 c; W1 Z) k3 ~5 _5 w, h* g过这样的往复弯曲折射，而不与海面和海底接触，故能量损失很小，这种现象称为声道现象。声速最低的地方称为声道
! n# \; U+ V! O1 U轴。
/ m5 ]& d* \) N3 [- w* _# V5、海洋中光的传播与什么因素有关？光在水层中的衰减满足什么定律？光的传播对海洋生态系统有何影响？什么是真光层？
3 {/ T) {( C1 h( Q3 ?0 D( 1 )海水中光的吸收：光能量在水中损失的过程就是吸收。吸收也存在不同的物理过程：有些光子是
) F9 o6 F) K; b9 ^% G在它的能量变为热能时损失了，有些光子被吸收后由一种波长变为了另一种波长的光。
( 2)海水中光的散射：散射时，光子没有消失，只是光子的前进方向发生了变化。也导致水中准直光束能量的衰减。海
: G, k/ E" c9 H  x( d水中引起光散射的因素很多，主要有水分子和各种粒子，包括悬移质粒子、浮游植物及可溶有机物粒子等。
1 Z4 C$ b- j$ l; Y# S! M: m                               光的衰减（何）［包括散射3）和吸收｛刃两个方面的结杲］遵守比尔規律：
［-戸（可-=巧
+ L2 Z9 b) A" Xi a i|ji l!l
7.1.4 StoitimeK均兑)提出的操层环流匸
                               23、详述赤道流体系，并分析 El Nino 与La Nina 的成因及对中国气候的影响。赤道开尔文波与罗斯贝波分别指什
么？
6 ~) X3 Y! Y4 H9 w' D3 k赤道表层流包括：
" ^4 n/ d% G. a7 o: t1、 3N 到10N 之间的北赤道逆流
流向自西向东，典型速度为 50cm/s 。位于赤道无风带中心，赤道辐
7 n4 a6 f, ^; b0 i. Y4 ^9 F合带附近。
2、 南、北支赤道流：流向自东向西，位于赤道逆流两侧。这两支流比较浅，深度不到
: |9 p! ?  b9 m; d& V200m,北支赤道 流
) @% _+ v& f6 J8 y较弱，流速不到 20cm/s ，南支赤道流在赤道和 3N 之间最大流速接近100cm/s 。
3、 赤道下方的温跃层内，有一支与赤道流方向相反自西向东的流动，称为赤道潜流或克伦威尔流。有 的认为它是由于南
赤道流使表层海水在大洋西岸堆积，使海面自西向东下倾，从而产生向东的压强梯 度力所致。由于赤道两侧科氏力的方向相反，故使向东流动的潜流集中在赤道两侧。
成因：它们是热带海气相互作用正反馈不稳定发展的结果。
六、Elnino 的发生原理
/ a. u  V5 e( X9 `4 m5 D-异常态

正反愎过 艮最缨 达到极増 暖熱
皑尔尼谐
' r8 t# t; f, K3 p7 c& p3 O影响：
厄尔尼诺现象对我国影响是：从东南海洋上吹向我国的夏季风强度大大减弱，造成了我国夏季降 雨带的位置偏南。结果南方因此暴雨成灾，高温季节温度比往年低了不少；北方却出现持续高温无雨 天气，造成了罕见的旱灾。
6 n6 m; z! [' t厄尔尼诺现象使得我国出现南方洪涝成灾，北方干旱成灾。这次厄尔尼诺现象是促成 1998年长江
: o! B. G  `0 t2 H7 E, {全流域洪灾的罪魁祸首。
拉尼娜现象对我国的影响不会十分明显。一般是冬天变得更冷，夏季变得更热。 开尔文波：
开尔文波是发生在大气或海洋中的，迎向地形边界（例如海岸线）平衡科氏力的波动现象。开尔文波 的一个特征是非弥散性，也就是说，波峰的相速度与波能的群速度在所有频率时均相等。这一特性意 味着它在沿岸方向始终保持它的形状。 赤道开尔文波是开尔文波的一个特例。在赤道上似乎没有边界存在，但南北半球的开尔文波互为镜像。 所以赤道实际上就是一条边界。这种波动永远由西往东传播，并且只存在于赤道附近。 罗斯贝波：
由于地球的转动和地球曲率而使位涡在深度和纬度上产生改变，这一改变导致一种非常慢的大尺度振 荡，即罗斯贝波。罗斯贝波是一种行星波。不考虑海水的非均匀性和可压缩性的罗斯贝波称为正压的， 其波长可达几百千米。考虑了海水分层的罗斯贝波称为斜压的。斜压的罗斯贝波只能从东向西传播。

2、
反
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正程达冷R
% h; k/ [) I2 j  x( J, A& c9 n* E                               24、什么是罗斯贝数，什么是艾克曼数，什么是弗罗德数，什么是理查森数，它们分别表示怎样的物理意义？
罗斯贝数：表示水平加速度与科里奥利加速度比值的无量纲数R=U/(fL)。其中U为风速特征尺度，L为水
) `% c! ~8 `* d; Q5 U$ M平距离特征尺度，f为科里奥利参数。
埃克曼数：埃克曼数(Ek)是表征耗散力(粘性力)与科里奥利力量级之比的流体力学相似准数。其定义为Ek= k/fD**2，其中k为耗散系数；f为科里奥利参数；D为运动在铅直方向的特征长度。
弗洛德数：流体力学中表征流体惯性力和重力相对大小的一个无量纲参敦，记为Fr。它表示惯性力和重力
量级的比，即：Fr=U2/gL,式中U为物体运动速度，g为重力加速度；L为物体的特征长度。
* ]3 c8 E* P/ w3 |0 j6 Q" m5 ~理查森数：表示势能和动能的比值，在物理海洋学中，理查森数被用来研究海洋湍流、海洋混合。Ri = N*N/((du/dz)*(du/dz)) 其中N为浮力频率，du/dz表示速度u对垂直方向的坐标z求导。
25、海洋数值模型是什么？在物理海洋的研究中，有哪些海洋数值模型？
3 w7 r9 Z8 l$ P1 ~5 a* B数值模型：
海洋模型：机制模式(为突出重点问题进行简化，目的是研究物理本质) ；模拟模式(目的是计算海洋中
的真实环流复杂、包含过程完全、结果比较难分析)
0 p  ^+ a0 C  ^1 }4 n  }第一个模拟模式Bryan&Cox(1969) , GFDL模块化海洋模型MOMSemtner and Chervin ' s Global model；
7 R: K, X; l" ~, H( `, H( NPOCMHYCOMPOM ECOM模式；Dartmouth Gulf of Marine Model ；ROMS FVCOM EFDC Storm-surge model
$ F3 i) H' P9 D( z6 v& R8 F26、简要说明波浪是如何由风作用产生的？小振幅波(艾利波)的特征。简述波浪的浅水效应、折射、绕射、破碎过程。在一个岬湾海岸中，波能在何处辐聚，何处辐散？
& ]# y( `* I; f$ y* e波浪的产生：
4 r& Z# x7 D. z4 X6 a1、海面受风应力作用，水面发生位移，因水面的表面张力(surface ten sio n) 使其复原时发生振动，海面发
生的皱纹，为波浪的强褓时期。
2、波浪继续受风作用，并与阵风(gust) 产生共振(resonance) 作用，风的能量进一步转移到水面，波高逐渐加高，
& R& D3 G& W) x: |" \7 U9 y) {- ^波长逐渐加长，形成波澜壮阔的情况，为波浪的青春期及壮年期。
3 Y( X+ H6 ^* x6 y+ N3、风平息后或波浪的前进速度大于风速时，波浪不再成长，或脱离扬波区域向静水域前进，即成为涌浪。此时已不能由风取
得能量，加之海水的黏滞性产生内摩擦作用及波浪前进时产生相对风速的阻力作用，波高减低，为波浪的中年期。
6 a6 H2 R/ k% R* f$ y$ w4、波浪传播到近岸较浅处发生触底后，波浪受海底摩擦而变形，衰减现象加剧，可谓波浪的晚年期。
  p5 ^6 u9 a) |4 B- [  l5、波浪传播到海滩附近，在不能维持其波形的物理条件下破碎，消失其能量的主要部份，并产生巨大的轰鸣声。波浪破碎意
$ @4 D. Z) H9 k味着波浪的消亡，为消亡期。
! |) Z3 n% M3 r" ^( e  X艾利波的特征：
深水波：波浪水质点速度随深度递减；水粒子运动轨迹为圆，且其半径随深度增加而减小；波速与波长的平方根成正比，所以波长大的波速快；周期的平方与波长成正比；波浪不触底，仅限于表层。
, j" ?9 W/ B) g5 U3 K6 I) e/ z—= L56F2 2兀
浅水波：波浪水质点运动轨迹为椭
+ W0 _- Q. |  z4 o$ k- G* s圆，其半径随深度增加未明显减小，在海底z=-d处，水质点作往复运
动，可能导致海底侵蚀/淤积；波浪参数与水深无关，水压力亦可按静水压公式计算；波速与波长、周
期无关，但与水深的平方根成正比；大部份长周期波皆可视为浅水波。
1 J/ C0 A/ h* J* i. @4 e防加| I卩二嘛「Z)
浅水效应：波浪传播到近岸较浅处发生触底后，波浪受海底摩擦而变形，衰减现象加剧，传播到海滩附近,
在不能维持其波形的物理条件下破碎，消失其能量的主要部份，并产生巨大的轰鸣声。
' F8 T  _6 H2 A/ N) E波的反射：波遇到障碍物会返回来继续传播的现象，叫做波的反射。
                               反射定律：（1）入射波线、法线、反射波线在同一平面内，且入射角等于反射角。（2）反射波的波长、频率、波速都跟入射波相同。波的折射：波从一种介质射入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
折射定律（1）内容：入射角的正弦与反射角的正弦之比等于波在第一种介质中的速度与波在第二种介质中的速度之比；
4 J, o* k- O7 a. A, [/ K（2）公式：Vlsin 0仁V2sin 0 2,式中B 1和B 2分别为波在介质1和介质2中的入射角和折射角，v1和v2分别为波在介质1和介质2中的波速，而sin 0 1/ sin 0 2=N12折射率。
波的绕射现象：波绕过障碍物继续传播的现象,叫做波的衍射。发生明显的波的绕射的条件：障碍物或孔的大小比波长小,或者与波长相差不多。波的绕射现象是波所特有的现象。
波浪的破碎过程：波浪传播到近岸较浅处发生触底后,波浪受海底摩擦而变形,衰减现象加剧；波浪传播到海滩附近,在不能维持其波形的物理条件下破碎,消失其能量的主要部份,并产生巨大的轰鸣声。波浪破碎意味着波浪的消亡。
9 N! B1 x+ ]. o& F* ?' Q; s1 q在一个岬湾海岸中,波能在海岬辐聚,在海湾辐散。
6 G. d& ]% \6 W; o1 n* L27、为什么地球上大多数区域为半日潮？以全日潮占主导的海区中,全日潮加强的机制是什么？无潮点是什么？旋转潮波系统是什么？它们是如何产生的？
一日之内, 地球上除南北两极及个别地区外, 会经历月球在背面和月球在正面的情况, 所以会有两次高潮；
全日潮加强机制：
无潮点：指水域因入射潮波与反射潮波相互抵消,潮差极小,习称“无潮点”。
旋转潮波系统：潮波波面绕无潮点旋转传播的潮波系统。
' F! g" ~: _, A# ]* ?旋转潮波系统的产生：
28、根据南海潮波的分布,分析南海潮波的特点及物理机制。
2 l/ t) P8 C5 N29、潮汐调和分析是怎么回事？为什么在杭州湾会产生如此强的涌潮？在河口地区,潮差的沿程变化主要是由什么因素决定的？
' U8 O! ^" A- R0 ~  u5 t, w数学家Laplace 最早提出使用正弦或余弦函数来拟合水位曲线进行分析的方法,称为调和分析法。调和分析：利用具有固定周期或频率的多个余弦函数,来拟合真实的潮汐,从而计算出各函数的振幅和相位（称为调和常数）。每个余弦函数称为一个分潮,对应于一个“假想天体”引起的潮汐。
杭州湾：喇叭形河口,口大肚小,钱塘江河道字澉浦以西,急剧变窄抬高,致使河床的容量突然缩小,大量的潮水拥挤入狭窄的河道,潮头受到阻碍,后面的潮水又急速推进,迫使潮头陡立,发生破碎,发出轰鸣,出现涌潮。
6 R, Q& ]2 H! h; t1 V6 x在河口地区,潮差的沿程变化主要是由河口形状、河床摩擦、河道容量等因素有关。
) m" K6 }  J. T7 J0 Y, ?! y30、上升流与下降流的产生机制是什么？
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                               上升流：表层流场产生水平辐散所造成的。下降流：表层流场产生水平辐聚所造成的。升降流的发生与风有着密切的关系。在北半球，当风沿着与海岸（位于风向的左侧）平行的方向较长时间地吹刮时，在地转偏向力的作用下，风所形成的风飘流使表层海水离开海岸，便引起近岸的下层海水上升形成了上升流；在远离海岸处则形成了下降流，它从下层流向近岸，以弥补近岸海水的流失。在南半球，也有相应的情况发生。在台风的作用下, 台风中心的表层海水产生辐散, 使其下层海水上升，形成了上升流；在台风边缘则形成下降流。