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
% ~' T1 I: t0 a' ], [2 w  r§3 海浪
: k5 Y" O* U1 R2 z" Q/ v§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
  [7 z8 @$ K+ x8 S8 ^8 mn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%.
3 h: P1 i7 l4 [n二、海洋的划分
3 ?, ]; C* D, L" Z+ |2 gn根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
7 W  r2 J' I& un主要部分为洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋
3 o* T% Z9 ~! b. Pn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
3 S. i* l2 I( x6 g$ l' c: T                               各大洋的基本形态数据
大洋名称
' C1 N+ p4 X4 Y9 l0 W( V3 ^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
: M# V4 h. J/ Q7 c: I8 J1 Q8 Z) D# t* M9165.5 32970 3597 9218 印度洋
$ A7 ~. z$ X' c5 j* X7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
8 c5 h7 s1 s: I5449 合 计 36130.1 133610
( K# q8 u% j& ~3 w7 m% c3698 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。
  y8 H% F; d) _+ U+ ]* J, \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
. b0 H  j+ `/ i. @% v* w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。
/ U7 P# G& V) M) h  xn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
. Q! L- u! ]$ s2 @0 G) ]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
: t0 u4 P& m$ U. R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
海的名称 面积
（万平方公里） 平均深度
' q  e& L) E$ M& {5 K（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
. K3 x$ n' t( `( I, F, n- m                               第二节 海 流
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。
' h$ L. i6 J/ L8 ^. J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。
& T/ g. `' A6 F$ d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。
8 L& o* j# x7 l# M4 x) C3 v! kn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
6 D1 J5 R( g) g/ X& u  cn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。
9 w# g' l! y/ ]2 d, U4 s2 z: Wn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。
# X) z7 g) h8 a' }! D8 {  f  }( g                               按海流的物理属性(温度)分类
2 h+ G# |. Q5 B. w7 }1 nn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。
# g2 z/ c; m6 @% H' v! O% a  h- r  `+ G3 Qn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。
% L+ S9 L8 d2 Q" An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
( s9 w4 S. X5 I1 X/ S  H寒流 低 低 低 小 高 多 高
0 J2 @- X0 U$ s0 `                               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。
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。
8 r  H8 x! I( |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）
' j/ \; V! X" a( y& p0 S( X4 yn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 i& F" c9 e/ t& |2 h: l45°，在南半球则偏于风去向之左约45°。
V 0
: O4 D3 F( f$ U" q$ b; A+ u/ y=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
( |) M$ N8 J' j0 G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
在水深z= π /a 处，流向与表面流向完全相反，
4 H) J( M, y6 D/ B4 W6 m& S. ^流速V D =0.05 V 0
**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
: A; t! N: ?  ^! B$ Q, f! Z践中，将D称为风海流存在或影响的最大水深。
- K: _8 x# P) r# @/ I. u$ }经验公式：D=7.6w/(sinφ)
3 c' n, ~5 C  }% p. x1/2 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
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
7 x# K* l3 X$ h2 ]2 R                               地转流
n 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。
" d% S( R& E# \9 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
& S& P7 B% G- P. J# {$ x: ?3 cn一、海底凸地形
n在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
) b* z! l' ]. q  S2 ?下坡时，流速减少,流向左转。
7 s* p- A; H- Un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% h9 |+ `9 S- X" `) ]/ Q& n' kn?
                               大洋环流
/ V6 }, G- W" J- p; Z  J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# T, m0 Z" i. j; i) 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。
1 P1 F, R2 M% _" w**组成：风生环流、热盐环流
# ~! ~2 D8 P& h  H5 p**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
) z5 W6 X1 @1 E3 T( z" K: j1 _*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.
" ]8 m9 Y/ `+ u# h                               Distribution of Current in the world Ocean
                               中国近海的环流
" w8 P5 {' Q$ W( xn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）
2 a- C: k) V6 b8 d6 K) D0 Y$ Rn **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。
. G5 q( \) t0 v/ d: C- Qn **特征：低温（冬季）、低盐
6 l( m! T/ c4 q% d. E( [, ?n高温（夏季）、低盐
1 k) x# k# `( Q* E0 B; o                               中国近海海流
* Q* r2 f; [0 d) O; jn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。
: k& o$ |9 z+ X- ]* f1 w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
1 M8 Y; Y" B; [  G9 g( q8 g流。
                               中国近海海流 n南海海流：
  \; R# f3 a% V主要受季风影响，
5 l) C/ Q( |: I' [在东北季风期间大
部分地区为西南流。
在西南季风期间大
, B6 c. m0 Y* V) E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
n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
3 Z2 a( P: e3 h7 B! a0 o都可能出现波动。
4 }) M# A+ Q, I9 }) ~# q- s+ |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
) g$ X( L# E0 A" Y% i: C' W9 S平衡位置作周期或准周期性的运
! M3 a9 |9 V$ X动。
6 Z& y) X9 @% k/ d) y( _& k/ vn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
9 S& A# q6 H( U. `9 _视为许多周期不同的简单波动叠
加而成的复杂波动。
5 J0 _# O% j0 Rn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
* B" X6 p" `3 G* W小，综合分析海洋波动的特性.
                               海浪对航海的主要影响
7 a3 N3 J% k3 }% _1、船偏移,偏航.
" i* g5 G( Z( c1 a" [4 u6 |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
% \/ Z, T) A' T  M% B) R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 W2 B- I0 Q7 q, a2 l) m  U8 x! |4、货物、特别是颗粒状货物可能移动，甲板
. x1 q3 Q. `' d+ k. F/ }货物淋湿和吃水增加稳性可能恶化.
0 C+ A8 m5 o' L3 p% D+ W7 T5、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
  Y; j2 U- I8 @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
位置.
                               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
% \) @% `& h% Hn
: F9 `! j1 v  b波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
- t3 D# P$ k  C) i' c2 W! ~波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
/ w  ^& U7 |! {: O3 v8 B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
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
6 v* g6 C  }' p- O' v6 m$ B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
3 F1 e: R; q& y6 k% t6 K= l
                               波浪的表示法
n (一)、波高表示方法
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。
$ K/ a0 v- L. C0 H" Z' Pn 关系:* H 1/1000 ?H 1/100 ? H 1/10 ? H 1/3 ?Hp
n
5 D8 v- O& ^- |$ `( Q( f+ p# K**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
4 f7 p& z; U& y9 x1 M! {n 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
5 a6 X. w1 o( W0 W% s5 l, q' D2 2
S W E H H H + =
                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
% M* Q0 y6 r1 m1 |) d$ yn
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
) h) J  [- |5 m0 p, |2 G3 {0 Y. E全年波高波向玫瑰
图
累
4 l% s/ P2 i, `! M( i年
波
" l" }9 u1 z/ A9 J- h6 q2 I, [高
' d6 y* @4 E; O8 k0 p最
大
值
玫
瑰
* O5 o& F1 u; M$ H7 P: x图
                               波浪的分类
: B; o: `0 d2 I5 t9 h0 P3 E3 _（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。
: C  k3 }% E: p! h- K, V! Tn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。
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
) P  v& p1 q+ k3 @8 p" }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。
" `2 n5 ~- o' V& m" i% d                               (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
5 B7 ~4 |8 T0 N6 l8 A5 I7 t" k3 `3 tn是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。
7 l! V( }1 e" \3 x) {
t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h