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
; D; c2 }2 d$ n' b§2 海流
§3 海浪
§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
- L: o2 k! ?" V) i* w7 i4 T6 p) en一、地表海陆分布
0 K: t2 b- i  k' Nn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
$ l! d0 o5 B9 H  `8 zn根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
- b$ v  W1 L. E2 a. Cn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
$ y) l% g3 h5 k/ Q" v: ^" K1 w**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
  M( D/ C9 e$ [: r* Z' x                               各大洋的基本形态数据
大洋名称
& ?: S$ V* M5 k. P! @( j8 z8 Z) U- |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
& i5 X: x# b6 x- g1 g# M7 K7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
6 \/ x6 ?" f3 Q( y5449 合 计 36130.1 133610
% n5 k7 x3 Y! y& s  @- c3698 11034
& E4 p" m7 @" C) S0 ?( U                               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。
' F& \4 |. U4 L' z; B* 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
5 Z* x5 I6 _" O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。
& N1 S2 E9 Y, d4 w6 T; t( F3 ]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。
) l/ i( d, V7 ^( q0 C/ T* y                               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
7 ^0 g6 S5 m4 J$ B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
- H2 I4 a* |* C9 T' T$ a2 p, w0 m: }& ]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
' H& y. O) \0 L" A靠加里曼丹岛，东临菲律宾，西接印支半岛，面积350
) p6 @2 T4 O+ g# a& `- z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。
% l, ~$ i( A) x8 ~( C8 ]                               我国海域的基本形态数据
/ ^( h& y! x, ~2 \  u) |2 H! Z海的名称 面积
) u% h3 b$ v/ X& S/ I7 L6 y7 q（万平方公里） 平均深度
2 \; s  g7 f4 `2 R& C' T（米）
最大深度
8 r3 ]5 ^) t; r2 k+ S3 J（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
                               第二节 海 流
$ b+ X- Z2 O# ^  @1 b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。
* a  o/ t3 F& ~$ [4 e  \: w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
, h" E' L# B+ u5 kn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
8 p+ c9 |# Y. ~5 Z: qn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。
7 h3 a0 w3 X' n- Q0 Xn潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
" o! x2 U7 Z0 x9 u/ x# r5 l- `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。
' K. i8 u0 D1 f0 [0 m0 Ln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。
& E, R9 w" `) z5 I+ Rn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。
& i' A3 P5 d  N* }; t6 u& A/ E6 N+ Gn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
5 {. M; ]+ R! A1 ^/ o                               风海流(Wind Current)
3 G; K% l4 C7 A4 Vn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）
2 z6 F+ p: J* cn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。
; m2 ~3 [  _' z) [8 r                               表层风海流的方向和大小 对无限深海风海流而言：
1 G& \0 ~) q. c* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
# r5 Y( {' h$ g3 a45°，在南半球则偏于风去向之左约45°。
0 _$ d( [2 I% T; T1 E; qV 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
+ {  p) W5 k5 w6 v2 `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。
, l, w8 M' Q+ M# F( ?* e7 U) b2 q经验公式：D=7.6w/(sinφ)
1 D& n, O) P) E' ^8 q% c1/2 对浅海风海流而言：表面流向与风去向的交角比
无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
6 x5 T! B* ]0 D& d9 r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
4 O4 O  w0 R$ T& _# w; J8 i6 qn 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。
, c. W! U' o2 `+ B! B4 K+ on 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 '
( e1 R6 j6 b: g. |/ ?                               地形对海流的影响
! S( k  Y, T) t4 T$ Bn一、海底凸地形
* o7 _9 V1 ?4 l3 M1 ~n在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
- ^5 G) v$ S$ P/ }) b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；
下坡时，流速减少,流向右转。
n二、海底凹地形
n?
: n3 _& g: k/ F% F                               大洋环流
* N& a: j7 N8 p8 A. k; G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
( n$ `( Q" `9 ?$ M**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；
*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.
& J; n9 {" M( j" x! f& b                               Distribution of Current in the world Ocean
! p: E, Y- e$ f- Q                               中国近海的环流
n组成：外海流系和沿岸流系
' u/ P( n0 }  W- ^2 [* zn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
  V% p9 L% H7 |( ^. Z7 t. m( n- [n高温（夏季）、低盐
5 V6 Q6 L/ A0 a- ?3 V: \                               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
( ~, Z  Y: o, ?" V7 K沿岸流等组成逆时针环
0 B6 n! |  `( q) w+ f; q, o流。
                               中国近海海流 n南海海流：
主要受季风影响，
' |% E! B9 w; V% c2 a$ a! E在东北季风期间大
部分地区为西南流。
. C1 F' v# F: D( f3 v在西南季风期间大
部分地区为东北流。
* l3 T# M: O) i/ i, E                               第三节、波 浪
+ R7 ^1 ^9 K5 D( ]                               n波浪的基本特点及研究方法
( K7 K) v8 d6 g' B+ A( an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。
( l5 ?+ E# O! s) u, Z7 {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
8 H. u1 ~( y" K3 L  ^: q; D$ @- \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
其在复杂波动中所具有的能量大
6 Q4 r& J& V) B# D" @小，综合分析海洋波动的特性.
# `  ~, c. C9 o  j/ e                               海浪对航海的主要影响
- H: m% v% e; @8 v1、船偏移,偏航.
! Q! U0 s$ `" h$ d2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
损坏，甚至船体断裂.
3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
" K- O9 n1 j9 k2 o9 i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.
" j+ S/ h9 D2 n4、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.
' w0 B! P6 ]% l1 q; K5、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
- j" y4 T  S* J/ \; g率降低，在港内进行装卸作业发生困难.
8 A0 H; n* m4 T/ n8 W7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
位置.
! F* n  q* G# c1 I/ `9 d& C& w- j                               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
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
, s9 h8 @% ~) Y9 l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
8 P1 j; V. Z* a& m6 T5 r$ [波幅a：波高的一半称为波幅； n
0 e* t; F/ e% P3 A# s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
& m( _; t; H* l+ C; ?波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
0 E, d* A  Q% h2 Z7 q( P: n) T波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线； n
& A" v  H! l1 H0 u9 x$ n4 U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
n (一)、波高表示方法
+ T( f/ s9 ?9 |* ~+ Q2 ?8 n! k( d: ?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
又称有效波高 ，是波浪预报的一个重要指标。
! |% p# ?. U. |# n' Hn 关系:* H 1/1000 ?H 1/100 ? H 1/10 ? H 1/3 ?Hp
' F& B9 V' D( V6 r# rn
  {# d% N* L0 U**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
7 }" S! _1 {2 I4 l2 2
9 a% H  h: d$ ~& b  x# jS W E H H H + =
/ e! g9 H% C+ T) H                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
6 l$ n: V6 x* W  t" {2 l) ~7 z6 I8 Zn
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
全年波高波向玫瑰
图
/ Y6 j) W8 l0 r" u* v累
年
+ S! y  k  t2 T% |/ U. n/ t波
2 {; l/ e% c2 g7 M: z9 L6 H. K高
最
2 Y7 C$ r2 g& }5 u/ L$ k( l大
值
8 w# A5 z3 M; o; O0 i9 V8 D玫
瑰
9 O9 Q- N3 V  c+ ~% j图
                               波浪的分类
* w9 k  U  R6 F（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。
2 C5 e6 b! k) G8 E( Q, Nn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 Y9 s4 @  }' Z: e/ y5 }. y8 ]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
1 B1 M4 H3 ]  ~n潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
n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
0 ~' n( F% U) L! ^n浅水波：波长远大于海深的波，浅水波的波长至少
# |4 j5 |9 R6 z7 F: g' R2 N& F9 N. Mn是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。

t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h