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
+ u/ R2 g0 h$ r# B§2 海流
§3 海浪
§4 海温和海冰
1 H# H* m5 x  ^0 Q                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
& T0 Z! v; Z0 nn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%.
& @9 Z8 \% w2 q5 sn二、海洋的划分
! S/ h$ ?; a* I" v: Jn根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
6 a7 t* A4 L, L9 g; I! yn主要部分为洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋
8 a6 Z$ E2 R7 R! W* n" Kn附属部分分为：海、海湾和海峡
6 z% T) D! b" B) {9 x  N**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
9 O5 L6 D) D: |/ S* z3 U. r; ~大洋名称
9 ~# P7 z' Q" B3 X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
1 e/ f  N) O9 v! o6 y" E9165.5 32970 3597 9218 印度洋
% @" K9 V) u) g7 w7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
5449 合 计 36130.1 133610
3698 11034
/ P% ^: j7 @3 }2 d                               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
( j0 L$ T+ 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。
7 }6 \4 T8 V- E- h& Y2 V, Sn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
6 f- v% M5 k9 y! f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
9 @" e5 X& o' E" Q+ f" [* |# ^9 l均水深44米。东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔
+ b$ o4 h1 e+ c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
平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
- A6 S  g9 i. [                               我国海域的基本形态数据
海的名称 面积
8 |( Q8 r' w* [' u+ i0 V（万平方公里） 平均深度
（米）
最大深度
/ ]7 \; [2 e% J( l: C, j（米）
& b' D: M, P& N6 q8 q/ S; l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
! E5 Q  B- A) }3 w: L2 h7 I                               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。
+ w& C1 F. |) l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。
2 K+ E: W5 @3 n* C+ b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。
! J9 v3 d( l2 i- n0 ~) e- ^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
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。
6 B  Q) \) ?  M% Cn潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
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 W. c- [+ C, E$ S+ g                               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 g5 O* B3 d6 i: z/ ln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。
- F$ D! z* d! O7 p4 Y  o; Rn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
  l! `& J1 @9 s6 J, l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。
3 o- W, H! M  vn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）
5 m! @4 j7 B6 B1 v# }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。
% B7 u. s6 }* E6 @                               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°。
V 0
) \& d6 r  v2 l# p- t=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
+ I) ?) d# p9 d  F9 A3 W' d, a础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
1 K* u* M9 Q1 W加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
* S; _* y5 f1 E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，
5 L+ f. r& v2 W流速V D =0.05 V 0
**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
: A7 S* f8 @  }0 L5 y. U, h# j践中，将D称为风海流存在或影响的最大水深。
$ p" w  B! o5 F* m# u经验公式：D=7.6w/(sinφ)
- k' Z6 `7 _4 }" y3 [; P1/2 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
6 w! K" n- s  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
                               地转流
: A# J  _4 Q. T( `3 n2 ~5 x: S1 |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。
# a3 o; \+ T% @& T. y. _) g% ]2 Vn 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。
  i3 s. G# F! C& g2 h: u" h, un p g v D D - = j rw sin 2 1 '
2 p) k$ ~+ Y( q0 A                               地形对海流的影响
n一、海底凸地形
9 \6 Z( W6 k  l/ c2 m. Vn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。
6 C. E' ^+ q8 [/ c& ^9 fn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。
6 j: X6 c) ]" C/ L$ o" W* Hn二、海底凹地形
6 j6 t/ m' Q% @8 ?3 D- [7 @n?
                               大洋环流
+ ]) U, Q3 E+ A& f, A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。
; `8 y% v' ^. H**组成：风生环流、热盐环流
; @- A+ T+ i, X  e7 _  |8 X/ C**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
  h' o9 J* t! D) g" v*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
" ~. U5 K& N) ^5 p0 @$ V                               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）
& |# ]" ~2 G5 d( @# A$ B. u. Fn **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。
: Y3 P) w% n0 ]n **特征：低温（冬季）、低盐
' W5 P# J2 [7 Y5 p1 e8 w7 Q1 On高温（夏季）、低盐
: c9 v+ S8 m. Q! 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。
. O) H  h9 }: g; p沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
# y. K6 t) F% v% s- `5 Y* H流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
流。
' Z3 a$ W, K+ a) v/ q& S$ F7 P" j                               中国近海海流 n南海海流：
主要受季风影响，
, Z; f- Y4 @' @6 b' @2 {% I在东北季风期间大
" F, d& \4 ?) W9 x! k部分地区为西南流。
在西南季风期间大
部分地区为东北流。
                               第三节、波 浪
+ Y& K0 l: S3 {3 a) A. \# a                               n波浪的基本特点及研究方法
, _* l3 @  k3 i. u. P  h: fn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
- f7 [: c6 [2 P6 V8 m都可能出现波动。
9 e+ s/ V% M2 D; }, I) tn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
( _$ N* ]+ E' H! n2 M4 Q) {# ?平衡位置作周期或准周期性的运
, R3 K/ {, T  ?- `' j1 V/ p动。
9 j5 ]0 m" V) G& w/ q2 X7 N( \- }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
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
$ @( C# Y) I, ]/ t% O5 R7 \其在复杂波动中所具有的能量大
: |. {- Z5 F* _8 P  L" _小，综合分析海洋波动的特性.
' z$ h& D8 W! u% v" S4 G" D                               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
/ p, {  e5 D8 k% _/ \2 R) W; x4 K损坏，甚至船体断裂.
/ `( G! u0 F4 @8 I2 x3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
5 I9 l( Q0 j+ h  j' R/ p! Y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.
# t& r& b' E( i, X4、货物、特别是颗粒状货物可能移动，甲板
2 b3 B  V- ]- Y) s货物淋湿和吃水增加稳性可能恶化.
5 D. W; u/ r3 R( b, Z5、能见度恶化，在开阔的锚地作业发生困难.
- j+ I1 q! ?4 n- T$ Z3 I. i6、船在港内停靠复杂化，港口装备的使用效
, R7 ~% Y  {: p- b2 u* }率降低，在港内进行装卸作业发生困难.
1 G# P3 i/ H, C7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
位置.
/ F7 k2 o4 f/ m- @: b. P# [                               波浪要素和分类
1 L6 x) o' U% E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 w% E# y" `+ c/ s3 }. X                               波浪要素
n
波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
% k9 U2 w$ o. [: r波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
+ E  r/ r$ ?' ?. d6 D波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
: G/ i5 b5 V% X& A& N, Y波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
) I/ I+ K/ j, g* ^; l; a波幅a：波高的一半称为波幅； n
: J& L" o3 C% t3 L8 a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
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
                               波浪的表示法
7 F; O" o* Q2 N* t( e2 g& E- @n (一)、波高表示方法
+ ]3 I, P/ C' D' s+ c! @3 ~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
- H( W" \$ T" B; l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
) q2 j' _4 T$ f/ ~9 y  n: M2 2
S W E H H H + =
- P' e( S( u- z7 r# G                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
& i6 T9 r, a; ?1 E7 z- ]% pn
& n6 E. W6 G# L( B- T( e4 Y$ o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 {$ c1 I/ y全年波高波向玫瑰
图
4 v% E/ n7 w2 S6 v$ R' p0 A/ L累
9 @! s. \8 N% Z; }3 t6 C年
$ e, j& H7 ~- f, X2 p波
高
最
6 P0 ?& n7 h  y$ r! g6 T# B: m) \# d大
值
玫
& C  W% |" W# L+ {: f瑰
图
7 d1 {$ w9 K1 a, I/ }; C6 }                               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。
0 p# W7 I. V6 h2 F- {  c$ 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。
9 H# I) [3 L; G" `) A4 K( b5 Y0 E# 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
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
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）。
7 A; J2 A, N( Q2 C
5 w4 z+ w" `9 @$ u! tt过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h