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
( F! k7 d, _0 p7 f' w3 s9 }$ C§2 海流
§3 海浪
) b( k0 g6 E2 E; ~/ q0 j# `, N§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
  R: M$ n1 ~; v8 Z) g1 ^% c# }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%.
) t- x% ~4 V% b$ ~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
) y* ~3 o2 V" \1 |n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
4 D$ u) Z+ N% [" Y3 a**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
                               各大洋的基本形态数据
3 q% Y  ~( C" y6 T+ j: g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
17868.4 70710 3957 11034 大西洋
9165.5 32970 3597 9218 印度洋
. C0 q' ]+ ?& P8 m8 F  g8 h5 W- c7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
5449 合 计 36130.1 133610
, J. W2 `! y; A5 [. P/ k3698 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。
% W3 f' S- ?7 y/ Hn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
! ?4 B  l, ~4 Y2 y) j7 on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
8 {9 K! ?* d: F2 k/ v方公里，平均水深18米。黄海：北起鸭绿江口，南从长
7 s0 \7 L6 k& ?: }& q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
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。
                               我国海域的基本形态数据
# k+ e) s# l  C/ {3 f( d: m海的名称 面积
（万平方公里） 平均深度
（米）
3 L! s  T! W( t6 S* Y' [. n1 v最大深度
! |3 T6 t0 v% Q7 \, p( c（米）
  q' [, r2 M0 v2 M+ j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
2 c, }  Q6 b0 P/ f$ O. ~' f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。
6 j9 R8 u) V: p2 y# D. u% o, k7 P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。
                               按海流的成因分类
n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。
* p3 h+ k" p, M+ i& u& Q% M5 ?. En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
" p, p# U4 Z; o) jn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。
6 P4 F) J9 r, Y# E9 O2 j9 s! Zn潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
$ z6 ?1 [3 E1 c# v$ _5 w; Kn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
8 h$ L  h7 H: h3 |8 W" `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。
+ p; F8 K; ?) l3 K1 z: ^  X2 w& y  N0 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。
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。
+ p7 N$ w4 w( j/ T6 j4 w1 |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。
4 z2 _( B- \, X: g& `! f1 R8 w" nn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。
. j6 K& E4 B) qn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）
5 a" k4 T, h) O/ ~. un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
45°，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
. r7 q3 Q  D: N3 A) W7 @( S础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
' N( z# Q' g$ J* i. {加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
, _2 I# Z# y( H' l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，
6 V, v) @. }8 U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
2 H6 r5 U: ]0 P% T" ?* @2 R) I无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
3 z$ ?: D+ [* ^$ i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
% n2 p( k5 U! P- Z7 s                               地转流
8 t. n! U, T+ S5 x. xn 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。
4 _, A9 N1 W% _9 O( d5 kn 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 '
                               地形对海流的影响
" H5 @% ~) Z* ^n一、海底凸地形
  `1 o1 q1 `2 z- Xn在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
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?
                               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，
+ q% Y! e1 N2 F& K; X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。
5 E: j2 [8 Z/ @  E6 ?( v**组成：风生环流、热盐环流
**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；
7 v' {& m& q! G8 `*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.
9 M. W. X9 P3 d  j  v                               Distribution of Current in the world Ocean
                               中国近海的环流
# L( b. {; a, p& w  Tn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）
3 F  D7 M! }  ]9 y4 I3 [) Dn **特征：高温、高盐
5 D: y  i) B7 l2 U( t- hn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。
" G( V7 {9 v( Mn **特征：低温（冬季）、低盐
n高温（夏季）、低盐
( \+ z0 t: o7 ~- q0 P: ]                               中国近海海流
: ~) E' v5 _/ T) g! }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
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。
4 J  ]2 R  W" Z) K- R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
$ q/ Q, |& L/ O% pn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
" I( _; S( v1 j5 v都可能出现波动。
0 `% W# M! C  i9 E1 m% In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
; v2 {' R6 m4 c5 H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
, \, h3 ?4 ], j  U加而成的复杂波动。
) W  R2 W! W" O4 x+ Un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
' {; p- ]+ \& n. R0 R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 ]$ ^1 A4 ^" y                               海浪对航海的主要影响
9 U- c* i; [2 ^- H' L9 z1 D1、船偏移,偏航.
2、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
/ H( f8 p- u. W. ~2 c  U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 G/ ]& ~+ r8 u$ ]% n! B4、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.
* N* ^1 C/ @9 I0 ^" w5 A1 w: `7 A5、能见度恶化，在开阔的锚地作业发生困难.
$ Y; s  E0 a, |8 Y; ]6、船在港内停靠复杂化，港口装备的使用效
6 x; Y  E) U! @率降低，在港内进行装卸作业发生困难.
7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
6 ]: F8 `4 }: C* C位置.
# @: c( L8 B% R+ b% }* K                               波浪要素和分类
, j. ^4 g0 E/ J; m( F; j) ^6 o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
8 E5 c" ], s* h" G波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
# u( c' U( W0 Y) |3 L波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
0 n. O4 c. c  _$ F' w波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
/ b% A; \9 A( J" \$ J7 w" r3 I波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
, J' C2 @2 k; B1 g% `: j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
9 `: [: C" e. v波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
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
! F1 n$ j' a9 ?, B4 k' ?4 ^= l
                               波浪的表示法
n (一)、波高表示方法
" T' q, ?' E8 M8 An 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
+ Y: }/ ~" ?# p) |  O7 q- W5 S2、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。
5 X5 ^! N3 R4 v: cn 关系:* H 1/1000 ?H 1/100 ? H 1/10 ? H 1/3 ?Hp
n
**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
# d7 K# Z5 ]( U* G& [. sn 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
  o1 ~- h7 K+ k( Q( ^2 2
: P. s$ A( V0 lS W E H H H + =
                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
# C) C  o9 g2 U' b) Dn
/ [' D* r$ g; r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
$ {- S8 H" h8 l5 B5 m" j1 j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
9 L" G- s( l1 g4 n8 r全年波高波向玫瑰
图
累
年
, S! B0 I; J: q1 t* i2 x3 r7 k. n波
$ o7 a1 K7 Z0 N; q高
最
大
4 G; w4 \$ p, T' F6 W6 B值
$ S8 g$ I5 H  L2 J玫
$ a" a( O) P9 i, h* o! ?4 m5 V* y瑰
4 ?8 j) Q9 ^- |6 v, X* w图
                               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。
, l& v1 E. m9 @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。
' _7 o4 x6 [& }/ Xn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 w* S0 g6 X) sn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
( m6 j( D* l# |8 L' ?- zn潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
/ J2 p  k7 W4 d; {5 O2 p6 Wn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
$ n1 j2 i6 f% Q# C4 Kn是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。
8 Q0 _) g+ k% r( m. M+ U
* E0 q$ d/ @& }- ^$ S' {- Z' ^t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h