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
§3 海浪
+ q$ j# p. T& J§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
9 C* b, |% E2 T* g, h% o1 pn一、地表海陆分布
0 [: E& W/ B$ N  e( a6 T  `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%.
n二、海洋的划分
# d0 U7 ?) @8 Y* o4 G. sn根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
+ z2 i9 b5 o! @4 P& A# v8 U2 bn主要部分为洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋
+ I* [# J3 p0 e: Jn附属部分分为：海、海湾和海峡
1 i5 k, p/ y" w**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
7 a' S# h2 {5 C& ?/ j" Q4 ~, L4 I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
- J4 ^( ~1 M: d2 l17868.4 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
( V3 j  R4 K; {( U* ~; D5449 合 计 36130.1 133610
3698 11034
$ u% v' W7 O7 p: O( E                               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
2 x( [, a3 F; i9 j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。
0 P; ]2 Z+ p& H  ?& @                               我国近海概况
0 N) R) p% N  \2 x* X$ v( E$ gn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
, `6 G% e: K. @+ ]. g江口北岸至济州岛与东海分开，面积42万平方公里，平
# V1 f- O) q' [( D' n  z均水深44米。东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔
; N, C6 M! G5 F南海，面积75万平方公里，平均水深349米。南海：南
; k! f6 v# j) H1 B( u# @6 T; L靠加里曼丹岛，东临菲律宾，西接印支半岛，面积350
. ^) }, g7 h! K0 {" S* K* q- ?多万平方公里，平均深度1000米以上。我国拥有300万
$ a( w) B8 R3 X3 e3 V) t平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
/ J  {. H( c6 Y/ H. N                               我国海域的基本形态数据
, H" Q  u2 U* ~5 R/ l海的名称 面积
2 @" `' R8 \; i. {0 J( D（万平方公里） 平均深度
（米）
& B, d4 `; [; b6 i+ k最大深度
4 e% L" T) `. A8 `, s3 q! C) h（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
                               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。
, N# B7 r8 b' B% `9 S                               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。
/ W* r  J) w* _3 ?, v3 [. Qn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 v# p( O" q6 H# {* e0 I; p# [$ l" H! kn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。
" ^* h: {* S# @- k5 `n潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
% G2 u+ s8 I6 |$ G" A7 W9 z2 |! B  U4 |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。
1 F/ L0 B# J3 B8 }" D0 V' O) v                               按海流的物理属性(温度)分类
5 r1 d) j" c, H" k; [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。
: n8 ~, M. k. [0 h+ a2 nn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。
  m$ O- B$ A3 \; A) an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。
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：
* l; _, \$ X6 i9 B5 p: b% i* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
& V& Q  ~6 ?5 |, _6 Z* ]$ b5 k45°，在南半球则偏于风去向之左约45°。
V 0
( Y5 j1 v- g: ~$ O  ?4 ^" b=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* n9 \7 b) U( Y/ B2 \础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
% z' N0 M5 G2 O' ^2 o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
% A; k; r& f0 o8 b. ^7 r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。
! j7 ^) E$ |1 L- Y7 r0 x经验公式：D=7.6w/(sinφ)
$ B, `/ N. P" _& F0 X3 A& o/ h  T% M1/2 对浅海风海流而言：表面流向与风去向的交角比
5 G0 F3 H- ?7 j- m无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
0 }5 W+ ]8 e4 L; i" ]2 O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。
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。
n p g v D D - = j rw sin 2 1 '
                               地形对海流的影响
* D4 }! q9 l4 R0 Dn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。
. o3 O" z  O! h+ pn在南半球：上坡时，流速增大,流向左转；
2 @' b0 T/ l$ e( F5 r下坡时，流速减少,流向右转。
% F6 V! Z8 e+ Fn二、海底凹地形
n?
4 W+ y3 F/ [$ ~+ \/ B/ }8 I' S                               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。
! n% k9 W9 h9 K3 L( L**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
; R7 _6 x" q3 @*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 r0 c/ K. {& w. T. x                               Distribution of Current in the world Ocean
. c4 C1 Y& t' l9 W                               中国近海的环流
0 v; m: A( {8 vn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
8 N- p+ [+ I) b( r. ?& N: {* F/ K* U% Wn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
& m7 Z' d9 ?( \1 o; G% gn高温（夏季）、低盐
                               中国近海海流
1 A% d% q; X* i& a" 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。
) a2 D# A+ S* q0 a沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
& ?+ m; a6 |8 w; [1 e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。
) c  i/ |% n: Z" d: q8 H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
1 p. n# l/ ]/ y5 A  z1 ?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
; j) e; V" K: W% ~, N都可能出现波动。
/ a7 \/ u3 W6 v$ x8 Pn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
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
& M6 H% U2 d7 i5 K- m7 }视为许多周期不同的简单波动叠
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
% x3 I% J: X' E5 t4 W# a  ?& ?: w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.
3 S) Y, [4 i) Q1 j                               海浪对航海的主要影响
8 H4 u9 o/ s' N1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
6 s& o2 g* H# Z* b/ I; F0 f9 {4 B损坏，甚至船体断裂.
  r0 R* e" }6 M3、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
$ l% o1 L1 K* c$ x" P! e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
3 v+ g5 g6 n. c% n. R/ I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。
3 {7 G0 t4 ]1 W4 P9 ~" ^* R8 k                               波浪要素
n
) B, M! c, B2 c3 v1 m3 S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
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
1 {) M2 l& @% N; v# z! R) g5 h1 W% F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
波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线； n
" C8 `  o% a% @( ~5 S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
4 H& N# |% B1 l/ b1 K0 ^" A$ U= l
( V, o7 i: I! b9 X6 P  d  o                               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
( P7 U* ]4 L& J3 U, P0 c% _, E4 f5 o: T2、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
6 G- P% Z! F3 u- M: Y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
4 Q6 E& A$ l& B  xn
4 j2 n/ z; U1 }6 T  C8 G4 \3 F**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
2 2
S W E H H H + =
                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
* S: K) M! n& }/ Ln
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
图
4 x& J2 e- h+ V& Y$ t5 I3 Y累
年
- p) p0 L9 j$ B1 O5 c' d波
8 r! T7 u( f) V4 f1 ^, ^5 ?( R9 A1 P高
( o* o) Q; Z! H最
8 U  E  A, f, v/ e3 @大
值
玫
瑰
图
3 ?$ ?8 x+ ]% J0 s* h5 V                               波浪的分类
（一）、按成因分类
! A0 F/ i% g3 Qn风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
) ^' h; o% R& b: Nn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。
. L) ~, Q6 x+ V- Q. V( Pn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
3 B2 `( S/ ]4 w2 l( _( E. Pn潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
1 ]2 N# _; _1 X4 Z7 u& z' m) k; N" kn内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
  D% T# [3 G3 w$ B5 E                               (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）。

0 l1 P1 B! |4 [) X1 yt过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h