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
" x1 C4 S9 D4 i* z1 R7 E% x0 F§3 海浪
§4 海温和海冰
2 x, q# Z* x; q( ]- A7 A1 z                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
1 `/ Y" J; }0 un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%.
  p3 C2 c8 L. z) ]4 \2 a% M! Fn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
n主要部分为洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋
1 I- y8 q$ F$ K' H) i' q8 Gn附属部分分为：海、海湾和海峡
% G+ P" ^( R6 w- t6 C**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
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
7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
5449 合 计 36130.1 133610
3698 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。
7 g, d. x. W) [6 a  _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
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。
, z8 A2 r/ G/ J( I4 Yn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
0 _7 u0 H( p* M2 Z% l  g- h9 L# A1 Fn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
# `+ M9 c% ^- Q8 A: \. M. `- l& M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
8 _6 R3 M& U' K! \/ ]: z靠加里曼丹岛，东临菲律宾，西接印支半岛，面积350
, n- N, N' \  A) ~: v5 f6 }1 N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。
8 p  h% v4 g% s/ D7 T+ ^                               我国海域的基本形态数据
海的名称 面积
: W- h' A  u( G6 L! R; z（万平方公里） 平均深度
（米）
$ a1 U+ [) Q+ S( \. J! N最大深度
& a3 P2 a, {  B9 o3 U（米）
7 K8 X4 o) e, \* M# [  h+ v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
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。
3 E0 p& G8 ~5 u- D, D% U                               按海流的成因分类
5 P. D& @% U% ^* X( D0 N' |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。
0 a5 G9 x9 e0 k* g; h/ Ln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
n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。
3 G* v: J+ A: k+ }* R) dn潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
( x+ _- f7 I0 o: a+ [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。
+ z4 g# |" c! [0 s; g. L: C, D                               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。
2 t( Q  ~* o1 tn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。
$ q. B: o( c7 {  `- I* m. wn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
& C2 @6 F( m3 S: t寒流 低 低 低 小 高 多 高
3 ~, j/ V7 W, s& L0 f+ C3 H# o                               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。
1 ?# c: l+ T' x' K  l7 b& Gn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）
n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：
3 r* }+ x" I8 n+ b- S! S/ A* [* 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
; k; F7 t, ]5 E' D础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
- X% Z; Z8 }; |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，
流速V D =0.05 V 0
3 i$ @. v/ s* o$ N: h! G1 P0 G**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
; w7 u, H0 k. ?: \8 t1 d+ H2 r! R践中，将D称为风海流存在或影响的最大水深。
$ ^9 z3 S& q, u$ q7 t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
无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
" ~. g% Q$ y- S) _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
8 o$ l9 P* g+ s7 ]. Kn 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：
$ I  `' M" H  M% x9 g! |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。
0 E" ^2 X3 }! [n 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。
# [1 L0 i' }; R: E; u) c4 yn p g v D D - = j rw sin 2 1 '
5 Z! z, f5 Z( I0 v, O. ]                               地形对海流的影响
n一、海底凸地形
, S5 Q7 Z, V$ Z2 t1 I+ |$ ?6 ]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。
1 d. ]" w  L# i  bn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
6 v0 B0 c" U8 z4 D6 V5 ?9 Q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
**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.
                               Distribution of Current in the world Ocean
                               中国近海的环流
& ~/ C0 s- G2 c1 f* P0 t; cn组成：外海流系和沿岸流系
3 H2 o/ J% y8 Qn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
4 l! [( }7 d+ _: ?( en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
n高温（夏季）、低盐
" t' @" p3 Q8 Y/ M/ A0 X                               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
" L+ Y  z. P% D; k3 r/ j6 [" {流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
流。
( \; I$ A; |) T; X' \                               中国近海海流 n南海海流：
" J% Q2 y, H4 f主要受季风影响，
3 s- o7 d$ `6 k: {  [在东北季风期间大
6 S, O0 p2 N9 n0 O* z" Q: k- z部分地区为西南流。
8 a/ P1 ]  m: k* G* C在西南季风期间大
部分地区为东北流。
0 S9 K& v. F+ A  y4 O5 m5 p                               第三节、波 浪
8 `: {8 K9 e0 X' ]7 W2 F. g+ u# M                               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
4 b0 Q. A3 f: N- W* s都可能出现波动。
6 q! b* a7 q& S" gn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
! D; j  E! T/ z+ n平衡位置作周期或准周期性的运
  m9 g) v: e2 D; o' o% P3 C# \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
& Z$ E& t4 i' C  y$ A6 s9 I3 U  ]视为许多周期不同的简单波动叠
4 J  o; l$ l% h' N" a# d6 `$ A! W加而成的复杂波动。
/ e, z* W6 ^/ }8 j. t  U6 v, ~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
小，综合分析海洋波动的特性.
                               海浪对航海的主要影响
1、船偏移,偏航.
, G" S6 G. ?. r  o4 _5 k2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
% L  y  |4 _6 e, k( m损坏，甚至船体断裂.
- ^9 ?: Y( w, Q" l% @; J3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
0 z6 J4 N% T6 v) c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.
* f% P, L5 O; K. u4、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.
9 X& G( D) N3 @5、能见度恶化，在开阔的锚地作业发生困难.
# e' }7 q+ l, v2 `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
. ?) }7 R; P; W8 @4 i4 J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。
: ?# L5 p9 N- L                               波浪要素
+ [8 }* i# P9 w& t( Z& T0 w- vn
+ o& P% `: p- P5 g( X波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
) c: i* ^8 k4 [3 a, j9 i, @* U; [1 M波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
5 p4 Q- W6 c2 \/ ?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
波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
4 G8 \6 B" _) V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
5 W- s9 R* z4 B) l                               波浪的表示法
, Z2 Y" J; z+ o9 e! j2 Kn (一)、波高表示方法
# E% e$ q& u& [% r" u' Rn 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。
! e+ A9 `( M8 @  W# j' En 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
n 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
% S5 ?* b$ }7 r! m  N2 2
S W E H H H + =
4 ?  o8 v1 d8 s0 d' `                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
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
9 S) P& ]# N. V8 C8 l, \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
  F* i0 |5 j2 T全年波高波向玫瑰
图
# N/ L7 a6 L4 G5 c0 w) r# N累
. E% R' X5 C4 K, D9 D年
波
, k" \: f) ~  ?- g$ j* Q' q高
最
8 M- t8 I2 P4 E/ A  b: f: {大
值
玫
2 G9 c4 Z+ j. n瑰
图
                               波浪的分类
4 Y: p9 X8 b/ s  q（一）、按成因分类
: x( H0 C; z, y' y+ I9 On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。
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。
* ~( k/ ?2 F' q9 n) |# Tn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
, K' L! I4 _& K9 Z7 [. P! x; zn潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
& `7 g/ H$ x8 Q3 \- H7 w5 ln内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
3 \% e; p1 j6 F" H                               (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
8 j8 X* ~1 f( S0 g6 ^& {n是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。
" k& o  t, s" ~! v
t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h