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
" F6 k; @: v, T# U& W/ W$ U§2 海流
§3 海浪
§4 海温和海冰
- b1 q8 R5 D" [* w                               第一节、海洋概况
) F& D) e1 |; [2 cn一、地表海陆分布
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%.
+ V! W5 e7 @4 @; n; g* w" X: _n二、海洋的划分
; k6 Q9 g4 Q8 z! {  r+ Nn根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
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
! [; k( K" a* B) t# A9 c. H**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
! K- x, l7 l( z' z( y' t, k$ a" W                               各大洋的基本形态数据
大洋名称
1 N3 y8 M( j6 \) h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
( I& N1 G( b# `; U) `17868.4 70710 3957 11034 大西洋
3 Y/ [2 R$ H, X) v9165.5 32970 3597 9218 印度洋
: e; L) k0 R  s) j7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
5449 合 计 36130.1 133610
4 d9 B8 Q+ Q" Q+ B9 g3698 11034
! m% p; G0 B# R- t                               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。
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
% v$ K1 C! v7 r5 L  |: N+ k" W+ s$ m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
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
+ s: m, Y  b* C0 T( g& D3 l9 p方公里，平均水深18米。黄海：北起鸭绿江口，南从长
; b' n* Q1 T* s: `江口北岸至济州岛与东海分开，面积42万平方公里，平
/ g$ a  j' V( Z' R3 N" r均水深44米。东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔
4 y3 ]/ `0 o, p0 z/ Q% q南海，面积75万平方公里，平均水深349米。南海：南
5 x* }* ~) @: Y8 a3 o' I* [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
7 E+ W4 B8 @; o& I, i: H1 f. v$ o  n# Q平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
' H- W8 w5 `, ?( h                               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
7 t! I" V! Z& N* V（米）
最大深度
; |: x) p6 W7 h6 P（米）
0 T3 X- V1 o, z% Z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
8 {2 x! z9 L3 R) n: K3 n6 K+ R/ S                               第二节 海 流
$ |* U, |0 w2 y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。
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
2 N. \: O% N  j/ nn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。
% U- N* L+ P$ Z* ?) \, [# W7 ?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
( L0 T: K1 W/ V# `% r) \( l9 C0 xn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。
! Z. G! W1 F2 @5 |8 ]n潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
3 J* V/ |% P! A/ e& |7 Dn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。
" A5 i. P; S- L3 w0 f2 I  Z8 a$ h. `                               按海流的物理属性(温度)分类
, y) X  J. ^& M- j5 x& E0 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。
n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。
; s- y0 q( t" S4 P1 Yn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。
9 v5 n8 z. F3 h% y! o0 t2 Dn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
+ n* d6 H9 d8 Q( E2 \; H寒流 低 低 低 小 高 多 高
                               风海流(Wind Current)
  r! n2 B% e! o" f" }- Ln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。
9 |/ E: a, V! Z( f$ ~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）
9 M) n3 R5 R# m: kn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。
  w9 V8 ]  d/ g6 R0 m- H                               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°。
( A# ?( z. M6 @3 g' FV 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
. ?2 G: o! V) ~' `# t5 V  l" i础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
2 P3 |! n7 W) r) O) T. v, }! b加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
' B% V2 H  y$ c( H$ T半球流向向左偏转
" b. c. D0 x+ L3 y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
! n! ^  I. H# \**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
; m, y0 s  r" l( [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 S6 p' ~2 C1/2 对浅海风海流而言：表面流向与风去向的交角比
7 z/ @5 G8 c1 k. S5 u& n, x& ?2 S无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
! F6 k- B. N7 d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
! d5 m7 V! S) @' j2 j* S                               地转流
5 u8 y, y, `- {2 E: Mn 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。
* D5 a5 T# Q8 g; u9 Jn 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
" N5 M& d- d$ t2 Y9 E0 V$ B, mn一、海底凸地形
n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；
! n. ?) T4 |! C下坡时，流速减少,流向右转。
n二、海底凹地形
% h& W. ?* W+ S5 O6 B" @n?
; k. f/ _2 O1 @: f; b6 T                               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，
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
1 U9 D3 ^2 E( ^0 n**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；
3 i0 V% n; a3 t! ]6 ~8 W*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.
3 _, T- [1 X7 k, ^, c9 s/ D                               Distribution of Current in the world Ocean
                               中国近海的环流
n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）
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。
( V- t( _4 Q, V7 pn **特征：低温（冬季）、低盐
n高温（夏季）、低盐
                               中国近海海流
1 p* Q% q: q! A- w7 ]( Rn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。
- ?7 O& T- {; J" L3 q) L' y9 o4 d沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
  ~. Q8 S/ J0 X2 V  _  J8 V流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
8 j3 z% {, X" j+ d  o; A: r5 C流。
! Q. W( ^- [& T; s, n2 j                               中国近海海流 n南海海流：
主要受季风影响，
) \# ]+ j$ m. E在东北季风期间大
# O+ ~% O- f+ S' X3 v' J部分地区为西南流。
在西南季风期间大
" y2 q* {/ j5 ]7 l部分地区为东北流。
0 y* k4 n2 L: e  R                               第三节、波 浪
                               n波浪的基本特点及研究方法
. ~+ A% @! _. |: qn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。
' n# d, r9 Z. L3 n3 Q" Xn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
  A6 A/ P8 h$ z6 G& |5 W7 k平衡位置作周期或准周期性的运
4 C) k+ B: m5 C7 a8 g, J/ F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
& `. c; i$ L  N6 [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
- n" b+ Y- o- I. w* O) e; h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.
                               海浪对航海的主要影响
, Q* K5 @' ?: q& v3 P9 B  t# i4 n1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
. V3 k- I& R) n+ W+ B- `- \损坏，甚至船体断裂.
3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
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、货物、特别是颗粒状货物可能移动，甲板
% b( N) T" {4 I& W货物淋湿和吃水增加稳性可能恶化.
5、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
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
! l) ?6 K& p; Q) t5 A/ p' t位置.
                               波浪要素和分类
! Y8 T' p  I5 c  o2 Z" v# V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
9 t  Z2 N  Y/ h% S  y4 {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
1 W% f& m  n2 I( X4 j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
! t/ O3 w4 z5 p$ D! d! V# g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
4 Z% ]# N) {- l; S; K9 o波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
: K0 g, q8 a, f: {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
= l
% m7 n& D5 d4 n# [7 b3 D$ W                               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
; n7 G0 M, P9 A2、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。
9 V" x+ |6 D+ f& u& T3 q+ q- Bn 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
% e2 e- H6 D+ @* x6 u$ in 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
2 2
( c1 R1 j( E% S% U# G, RS W E H H H + =
( V! L% t3 F( M- P$ s* ?2 u6 n* D                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
5 J" f# X/ a3 F9 B, \( q5 E' s8 ]n
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
& G" L3 e& ?8 ?- o$ G图
$ b* O0 f+ [6 e/ `, N累
年
波
高
! \( H. p9 |  _$ c7 Z最
+ M" _$ l) `7 N; I8 {5 [% f( V大
值
玫
瑰
图
4 c! W  {" k3 W9 m1 P3 W6 e8 m1 ^                               波浪的分类
（一）、按成因分类
* y0 `6 p. Y3 E" s5 K$ bn风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
. i0 U" o6 U: Kn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。
n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
n潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
  b; `& C" ~/ Z4 B: Gn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
n是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。
8 o/ A& \2 J' ?, }3 R
: q; i* k* a% x2 _( q7 C' ft过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h