知识窗▏海洋水体特征之海水温度、盐度、波浪与内波

袁爱忠 · 发表于海洋数据 2022-12-13 12:42:45

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海洋，气势磅礴，博大精深。地球上71％的面积为海洋所覆盖，全球96%以上的水储藏在海洋之中。21世纪是蓝色海洋的世纪，海洋中有着数量惊人的生物种群，构成了丰富多彩的生物大家庭。海水运动的能量、海水中的有用矿物质、海底的油气和锰结核等资源，都等待着我们去了解。

海洋是云雨的故乡、生命的摇篮、资源的宝库、人类生存与发展的“第二空间”。海洋中的波浪、潮汐、洋流、（海底）地壳运动等，虽有一定的规律可寻，但是仍旧神秘莫测。海洋地理的研究对象包括海洋水体、海岸与海底，其研究范围涉及地球的岩石圈、水圈、大气圈和生物圈四大圈层，内容主要包括海洋地理环境、海洋资源开发利用、海洋环境保护、海洋立法与管理以及海洋信息技术应用等。本文就来谈谈海水温度、盐度及其分布，波浪及其运动规律，海洋内波及其危害等四个海洋水体方面话题，供大家学习与参考。

01

海水温度及其分布

海水温度是海洋热能的一种表现形式。太阳辐射是海水最主要的热源。受太阳辐射的影响，海洋表层水温的高低，随时间和空间而变化。同一海区，一般夏季水温高于冬季；不同海区，一般是低纬度水温高于高纬度。

全国年降水量及海洋表面平均温度、蒸发量与盐度按维度的分布

海水的等温线大致与纬线平行，局部地区因受地形及洋流的影响而发生弯曲，全球最高水温位于西太平洋28°N（受副热带高气压带、暖流、海陆位置等影响）附近。

除水平差异外，因海水导热率很低（太阳辐射首先到达海水表面），海水温度还表现出向深层递减的垂直差异。1000米以下的深层海水，海水温度随水深变化不大，经常保持着低温状态。即在垂直递减时，上层减速大于下层，在海洋深处水温趋向均匀。

中国南海海水温度随深度变化示意

海水水温的垂直分布可分三层：

①混合层，一般在大洋表层100米以内，由于对流和风浪引起海水的强烈混合，水温均匀，垂直梯度小。②温跃层，在混合层以下和恒温层以上，水温随深度增加而急剧降低，水温垂直梯度大。③恒温层，在温跃层以下直到海底，水温一般变化很小，常在2～6℃之间，尤其在2000～6000米深度区，水温为2℃左右，故称恒温层。

太平洋、印度洋、大西洋表层年平均水温为17.4℃。其中，太平洋最高，为19.1℃；印度洋居中，为17.0℃；大西洋最低，为16.9℃。此外，北冰洋和南极海域最冷，表层水温为－1.7℃至－3℃。

当温度降至冰点并继续失热时，海水就会结冰。一切出现在海上的冰统称为海冰，包括大陆冰川滑入海中的淡水冰和由海水直接冻结而成的咸水冰。海冰通常出现于极地和高纬度海区，但因风的吹动、洋流及水深等原因，也可出现在中纬度海区（中国渤海湾海冰与之成因类似）。

海冰覆盖了大洋表面的3%～4%，对海水的热量交换和大洋环流有着重要的作用。海上漂浮的巨大冰块，又称“冰山”，它是由大陆冰川的边缘冰体断裂、解体、下滑入海形成的，对航运（撞击冰山而沉船）能构成巨大威胁，属于一类中高纬度地区常见的海洋（自然）灾害。

由于海水的比热容大于陆地，因此海水温度变化比陆地小得多。这就使得海洋上空的气温变化比较和缓，从而对大气温度起着调节作用（海洋性气候）。当然，海水温度的变化也可能带来负面影响。据统计，以往100年间，由于表层水温上升，大西洋飓风发生的频率显著上升；1999～2004年，全球范围内海水温度明显升高，致使浮游生物数量显著下降，直接影响到鱼类、海鸟、海兽的食物供应，甚至威胁到它们的生存。

02

海水盐度及其分布

海水盐度是指溶解于海水中的盐类物质与海水质量的比值，用单位质量海水中所含盐类物质的质量来量度。世界海洋的平均盐度约为3.5‰。海水的味道之所以既咸又苦，是因为氯化钠（味咸）和氯化镁（味苦）是海水中主要的溶解盐类。

海水是一种混合水溶液，主要由水、无机盐、有机物和悬浮物组成。海水中溶解所有各种盐类物质，一般认为，海水中的盐类物质主要来源于地壳岩石风化产物及火山喷出物。此外，全球河流每年向海洋输送大量溶解盐，这也是海水盐类物质的来源之一。

在海洋表层，盐度主要与降水量和蒸发量有关。在近岸地区，盐度则主要受河川径流、海区形状等的影响。赤道附近降水丰沛，降水量大于蒸发量，盐度稍低；副热带海区降水少，蒸发量大于降水量，盐度较高；高纬度海区温度低，蒸发量小，加之反复结冰、融冰，盐度偏低。

有河流注入（径流量大的河流，淡水可拓展到河口外很远海域。诸如，长江在夏秋季洪水期小潮时，淡水向东北扩散，一直影响到朝鲜半岛以南的济州岛，向南进入杭州湾海域）的海区，海水盐度一般较低。在暖流流经的海区盐度较高，寒流流经的海区盐度较低。

全球海洋表层盐度的分布规律是：从南、北半球的副热带海区，分别向两侧的高纬度和低纬度递减。世界上盐度最高的海区在红海，盐度超过4%；盐度最低的海区在波罗的海，盐度低于1%。

海水盐度在垂向上存在着分层：浅表层盐度比较均匀；随着深度增加，盐度会发生显著变化（这一水层称为盐跃层）；到一定深度，盐度又近似均匀分布。在中低纬度海区，表层盐度较高，随深度的增加，盐度降低；在高纬度海区，表层盐度较低，随深度的增加，盐度升高。

海水盐度的变化，会对渔业和生态产生重大影响。诸如，黄河河口区表层盐度的增加，以及海洋污染、入海径流量减少等方面的原因，导致海洋生物数量减少、种群退化，河口区生态结构发生较大改变。

海水中所含的盐类物质数量巨大，如果把世界上海水中盐都分离出来，平铺在陆地上，可使全世界陆地平均高度增加153米。利用海水盐，是人类利用海洋资源的重要方式。海盐主要是海水经自然蒸发而晒制出来的。

我国东部沿海的一些地方（四大盐场：渤海湾的长芦盐场，黄海苏北或淮海盐场，东海的台湾西部布袋盐场，南海的海南西部莺歌海盐场），海滩宽广，风力强劲，晴天多，日照充足，蒸发旺盛，适合晒盐。我国海盐产量长期居于世界首位。

03

波浪及其运动规律

波浪是水面有规律地高低起伏运动，并向一定方向传播的现象，是海洋中海水经常性普遍存在的运动形式。其成因以风力作用为主，也有因海底火山喷发和地震、气压突变等产生。风力引起的波浪称为“风浪”，火山爆发和地震引起的巨浪称为“海啸”，气压突变而产生的波浪称为“气压波”。既具有巨大的破坏力，又蕴藏着很大的能量。

波浪要素

波浪是一种振荡波，振荡波的特点就是质点不随波形前进，而只是在原地往复的园周运动。波峰处水质点处于园周的顶点，波谷处水质点处于园周的最底点，峰谷之间，水质点处于园周的顶点及最低点之间。

水面向下水质点运动的园周直径逐渐减小，波浪则趋地平缓，这是由于随深度增加，水内磨擦也就是质点之间的磨擦力增大的原因（质点动能减小）。当水深小于1/2波长时（近海岸处）由于海底磨擦助使质点运动轨迹成为椭园形。

波浪岸近海时，水深变浅，由于海底磨擦前面的波浪较后来的波浪速慢，两波浪间距离减小，多余的能量使波高加大波峰前倾形成卷浪。卷浪前端悬空很快成为波浪，破浪被碎后，水质点不作园周运动，而迅速涌向海岸成为拍岸浪（激浪）拍岸是海水破坏海岸的主要动力。拍岸浪冲击海岸的过程中，能量消耗在克服沙或岩石的磨擦阻力，海水由于重力沿斜坡流回海中，这种流向海底的回流称底流。

拍岸浪冲击海岸的过程中，能量消耗在克服沙或岩石的磨擦阻力，海水由于重力沿斜坡流回海中，这种流向海底的回流称底流。

斜向海岸的波浪到达岸边后，一部分以底流回到海中，另一部分成为沿岸流，带动沉积颗粒移动。波浪是破坏海岸的主要动力，当浪水迅速涌进沿裂隙时裂隙中原来空气来不及排出，被压缩在极小的空间产生很大的瞬间压力，使岩石崩裂瓦解。同时激浪抛弃全部起起巨大的岩屑、石块，撞击海岸岩石。

岩石在海浪的作用下：海蚀凹槽→海蚀崖→海蚀平台。

如果地壳运动相对论是海洋平面位稳定时就不再发展这时，由于海浪（激浪）到达岸边平台外缘时，能量全部消耗在与平台海底的磨擦之上，不再具有剥蚀能力。这时的海岸刻面为海蚀平衡剖面。

地壳上升，海面下降，海蚀平台转为海蚀阶地；地壳下降，海面上升，海蚀平台转为水下阶地。波浪形成沉体沙岸，沿岸底砂在激浪进流推动下一步向岸移，返回底流下带回海堆积下来形成砂坝（平行于海岸）。

沿岸流在海湾处形成砂嘴

04

海洋内波及其危害

内波是一种水下的重力波，它经常发生于不同的分层介质中，比如我们将油和水两种密度不同的液体混合，在它们的分界面上，当受到一定的外力扰动时，会产生相互之间的扰动，从而在混合液体的内部形成“暗流汹涌”的状态，而混合液体的表面一般是看不到什么异样来的。

海洋实质上也是由不同密度的介质所构成的混合液体，其中上层海水往往温度更高、盐度更低，下层海水一般温度偏低、盐度较高，这样上下层海水之间，就会产生密度差，形成分层现象。当海水在流动的过程中，遇到海底复杂地形的影响，甚至强烈的风、潮汐等作用下，就会出现“内波”现象。

由于内波相较于海洋表面的波浪，其能量要小很多，所以在很小的外力扰动下就能够产生，所以，在靠近大陆架的海域、洋流常年流动的线路附近、热带气旋的主要发源地带，都有较大的几率产生“内波”。

虽然内波本身携带的能量没有海浪大，但是，在不同介质的水体界面上，水体的运动方向往往不一致，会呈现一定的角度甚至完全相反，那么就会在界面处产生相对运动的剪切效应，就如同一把剪刀一样，产生极大的破坏力。

其实，不光是海洋中会形成“内波”，在大气层中也有几率出现。因为大气层随着高度的不同，温度也会发生变化，特别是在大气密度最高的对流层中，也会出现具有冷热分层的空气，在空气对流扰动下，也会形成“看不见”的内波。

其实，海洋中的内波，和海面上的波浪一样，也是广泛存在于地球上的各大海洋中，只不过内波的传播速度、振幅、周期以及深度，会由于海水密度的差异程度、温度差异的高低、海底地形、外力扰动强弱，而出现很大的变化。

一般情况下，海洋中的“内波”，可以在海面之下传播几公里甚至几十公里，持续的时间可以延续到几个小时。从振幅来看，其上下波动的范围，经常会超过50米。有的“内波”形成以后，可以在水深10米左右的海面之下，形成高达40～60米的水波，非常强烈地影响海水的稳定性，只不过这个水波的方向，一般是向下延伸的。由于“内波”扰动海水的能力非常强大，而且在海水表面还不容易发现，因此无论是从真实还是潜在的破坏力来看，威胁都是非常大的。

在世界各大海域中，“内波”发生频率较高、强度较大、破坏力较强的区域，最明显的莫过于直布罗陀海峡。比如1984年，前苏联一艘潜艇在通过该海峡时，突然失控撞向了一艘货船，潜艇和货船均出现了不同程度的损坏。之所以直布罗陀海峡“内波”效应非常显著，一方面在于其海水分层现象非常明显，另一方面是由于海底的地形地貌非常复杂。

除此之外，我国的南海区域，也是“内波”效应比较明显的海域，其造成的剪切力可能还更为剧烈，主要原因在于南海区域即靠近大陆架，其深度也很深，因此“内波”的振幅有时会高达300米。

除此之外，像印尼的龙目海峡、意大利墨西拿海峡、安达曼海等区域，也经常发生“内波”效应，对来往的船只以及近海潜水作业造成严重的影响。

“内波”就像是沉睡在海水中的“巨人”，它来无影去无踪，虽然我们很少能直接看到它，但是它的确普遍存在于海面之下，随时“窥视”着海洋中的一切，冷不丁来一下子来证明它的存在。如果我们在海面之上，看到有一行行间距非常大的微波，那极有可能下方就暗藏着“内波”，这个时候我们就得注意了。

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