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
' p% n% L$ `; A# v§2 海流
§3 海浪
, b1 C6 |. D/ d* f. Y: G) ~§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
. u! k9 F# v, Z4 `  on一、地表海陆分布
$ C& m3 `. M9 C% [$ y; kn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%.
; p- D9 W. }2 i; Z4 n% en二、海洋的划分
' N. @$ e1 I  X. vn根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
8 @# g7 g5 C$ A8 c5 Qn主要部分为洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋
- q% T3 l! F$ R* O9 ?, wn附属部分分为：海、海湾和海峡
4 Z5 v4 p$ Y6 o- @**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
4 T; i& |% [+ T; ]& @                               各大洋的基本形态数据
  V1 G: [* ~7 {% y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
# D+ C' ^* k6 b5 D+ |  J9 u" E17868.4 70710 3957 11034 大西洋
6 J4 h6 C7 j1 W+ u9165.5 32970 3597 9218 印度洋
, h( r/ p& r# `% [9 A: l7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
# G; e- t  B' Q0 \% M6 y4 }' N0 X4 Q5449 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。
6 D+ y4 k8 l2 @0 @/ H' l% yn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
1 I+ K0 K+ z. o# W+ r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。
6 C- v( C* j5 p# |7 T                               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
江口北岸至济州岛与东海分开，面积42万平方公里，平
& L8 ~; f6 E6 a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
3 u6 i  m, r: V4 s, t多万平方公里，平均深度1000米以上。我国拥有300万
5 v* j+ r5 h: O, I3 X, Z! X' ?! T平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
3 S; G0 t/ }  @                               我国海域的基本形态数据
海的名称 面积
0 [1 X5 o$ b* T3 F% G. E（万平方公里） 平均深度
' _( I' r( B( J- }) R# V（米）
最大深度
3 a5 K# P7 ]. {3 U（米）
$ P/ F& o/ z' z/ z% R2 T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。
) o$ i, `$ Z; v8 R0 [( ?流速: 流速的单位常用Kn（节）和n mile/d（海里 /日）表示。
2 P% j+ B) b# P3 u                               按海流的成因分类
$ c4 s1 M6 C( L4 T) Z. t8 [9 z( `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。
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
4 |: j9 x3 Q  q6 B$ p7 c7 R0 w( s( |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。
! i- x! z* n# T0 |4 ]; hn潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
9 M0 i' v7 ]( _+ I. A* Fn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
5 T1 E$ ]  v/ P1 F0 d: pn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。
" @9 s, f5 V& C. V8 dn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。
/ d6 e) E, F' m9 M* ~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)
; r, g, v3 @8 `2 Vn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。
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 d  Z. G$ h  c' U0 N, d% ^) i* 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°。
( [; ]( J( ?5 J5 XV 0
  C! `& g! k8 C1 v% `=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
' B. Q2 G  J( c- ^9 Z4 T* e4 I础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
+ h$ Y7 o$ ~9 Q8 n+ h, K$ L7 r加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
& w9 J+ D4 ^/ [半球流向向左偏转
; A2 k+ l) V% @. V( d( v3 n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
**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。
* E" W% y6 D, b% D, o1 a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
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
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。
  E8 V! s4 F+ x) X7 R/ T4 f9 a9 An 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
n一、海底凸地形
& E) U: c1 v; C  G# }4 D: bn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。
: x& G; V) Q  U% X/ d1 C' q* ~n二、海底凹地形
n?
# x3 ^6 J9 h1 n% v( Z                               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。
3 Q2 s1 V. w: T2 p: Q( k**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
1 ]. R- `% K. k- d) Q2 [1 K*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；
0 A$ T1 k% v1 `1 D1 g7 K*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.
7 O: K4 J' m  G, |" r                               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
1 g) E  W5 S" M  Q! \+ Ln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
! G9 r) z1 M! v! Zn高温（夏季）、低盐
; ^- f0 X( P' I2 M) O                               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。
$ Q5 g6 k$ C; Z# S沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
; K$ l# @0 x& \  M流、苏北沿岸流和闽浙
; u4 @1 N4 j+ _* x沿岸流等组成逆时针环
流。
                               中国近海海流 n南海海流：
+ H3 h) p* z  B# G. B  M7 r主要受季风影响，
在东北季风期间大
部分地区为西南流。
在西南季风期间大
3 |3 L$ A( x# ]' M部分地区为东北流。
                               第三节、波 浪
5 p5 m- H6 A: o5 {% 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
都可能出现波动。
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
  q  o* r1 M: ^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
6 e- ]9 D8 j  L+ W视为许多周期不同的简单波动叠
' w+ G1 N! d2 b' n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
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.
# @' b& J: p# m                               海浪对航海的主要影响
1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
7 e$ ~' I6 Y! x$ @1 \2 G- Y损坏，甚至船体断裂.
) f) n8 t: l, q* J4 N3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
/ V" P6 ~) @2 d4 Z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
2 `5 ?5 Y! o6 K9 X6 h8 a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
. S! [4 A- }7 K+ @3 I2 x- ~率降低，在港内进行装卸作业发生困难.
7 P9 F7 e* H. P3 ~4 @7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
& l+ v& i# Z* F) k2 Q位置.
& X+ e% @& x4 `8 h9 n+ v5 h                               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。
0 X! k8 a" N8 X% \# X                               波浪要素
n
9 e0 H$ a% c! L1 y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
: l/ m1 {* O; f7 c  x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
% z8 u5 ~& }9 i: c/ e* a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
) _+ m3 k$ W7 ^' J' 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
$ Z) C2 q& C& d$ h8 G& m= 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
& t( r8 L% e& t0 t7 h! W2、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。
n 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
$ l9 W. T* H3 R# z$ M2 2
8 Z6 m3 ~5 h2 nS W E H H H + =
3 f+ o2 Z$ b- o                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
n
  A& f3 V2 ~( Z/ x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
( ~4 R5 ?+ \( _$ d2 H( W6 n全年波高波向玫瑰
. J0 R+ d# U% L* N图
累
- N: l* `+ r# `1 F* g/ D年
  e+ M3 n/ a" O* x4 \波
! J" ^! U/ c; o- G高
. q1 G' e. @5 I/ Y' C# |  o' _: m3 w: R最
大
7 S- G4 N; n. Q. N% h2 o4 z3 q值
玫
' a* Y' u1 n' ]9 v& M  v瑰
图
7 ?, s4 E' k0 r6 f+ E5 W( n% ]1 C+ H                               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。
2 o/ Q0 C, W: b! Dn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。
3 l$ K' ~8 |8 r! Zn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
1 t7 i4 z* o- }0 a' |+ x8 ~) }# D1 ?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。
                               (二) 按水深（h）相对于波长（l）的比值大小分类
: Y( k. [4 t8 N- u7 @" y, an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）。
# S2 C; K$ Y5 z6 V" z' X
0 n3 v! u. J/ H. h2 f% V" ?. tt过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h