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
' h+ |$ L4 J( @§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
# x1 X+ s" L  j4 rn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%.
0 \, R* f- |& p: _0 sn二、海洋的划分
) Q  u: X% V! G. E8 [3 X! l. S3 Z, Zn根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
% G: B- c8 E2 P- xn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
$ S! ^0 ~& h! e**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
# I1 e4 r' p4 p. [: t                               各大洋的基本形态数据
- c' S* ^& T8 _% G2 `) t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
% ^" `8 E! i9 f: u: ~4 A17868.4 70710 3957 11034 大西洋
9165.5 32970 3597 9218 印度洋
7 D( A3 ^& [1 f  Z  A+ K& J& a6 I7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
" F5 ]( q4 I' _7 o. ]3 Q! E) U' t5 l5449 合 计 36130.1 133610
0 h7 ]( t6 }, Q. Y" _* h3698 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。
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
- y' [$ `  A4 U% N) l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。
3 c7 d  L5 S% Fn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。
; F; d4 k" z3 m! I/ K+ ]                               我国近海概况
9 n5 A7 c" i, E2 n; I( 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
) O2 p3 h& P" \: W3 F+ j+ A江口北岸至济州岛与东海分开，面积42万平方公里，平
* C" \% a2 j$ J$ j: e4 P均水深44米。东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔
1 x1 z9 S! a' j. I: ]% l% }南海，面积75万平方公里，平均水深349米。南海：南
2 @; e4 I+ T0 j+ v% b" U8 `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
8 ?$ R$ d( Q, ~1 I. ~9 z) F8 H平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
) u+ j6 N) N- a& K' I" m, b                               我国海域的基本形态数据
' p2 h& f) k, n! X- R海的名称 面积
（万平方公里） 平均深度
2 D/ p5 l5 [9 @7 ~; ]* M/ v6 j（米）
最大深度
（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
9 X4 T6 R, l8 N2 C: l                               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。
7 N" P) _# x; j6 K                               按海流的成因分类
4 Z; l. o4 t3 |+ T; 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。
" E: |4 }5 B5 @& G1 e  U+ On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 q; B1 V& a- E0 an潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
8 Z1 X0 w$ G- i: m$ Ln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。
  ^3 j+ B4 E& Q$ T/ W                               按海流的物理属性(温度)分类
: ~& F$ L7 A) S* w% {) _7 N# Hn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。
% J( Q7 p  N% ^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。
8 h  _5 M4 X' @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)
7 \0 I1 }+ U. z0 j' X# A1 Xn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：
* 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
6 X$ t: z/ ]7 W" h' g% ?础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
- S& E7 R4 w2 F* W6 ?& m( F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
: ~7 a; j# S, W1 H在水深z= π /a 处，流向与表面流向完全相反，
9 [9 x2 r& |( j) o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。
3 u- r8 T3 J" C9 B1 r经验公式：D=7.6w/(sinφ)
. N& H6 {; {+ K# x) {4 j1/2 对浅海风海流而言：表面流向与风去向的交角比
8 o! L; @# u: v无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
# s) h5 p+ h9 H  z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
7 L$ h& J+ {0 q1 S* R% j                               地转流
5 k+ d" Z2 Y' T2 An 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
: T5 f$ o5 X* ~6 G  u0 D; 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。
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。
/ }) A% H8 L; o9 t  |$ G$ S: Qn二、海底凹地形
: a4 w5 f1 s. in?
                               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
+ M5 Y- N1 x, C( Y**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.
$ s  n0 y4 H5 O                               Distribution of Current in the world Ocean
% l: @9 q( {' w# ?  T: ^+ I                               中国近海的环流
6 I7 F$ h% Y% N# E' z5 m8 D' Mn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）
, O# S8 T+ s# C3 K1 I5 d& in **特征：高温、高盐
; U3 [, ^9 o" O. f7 r+ Cn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。
( H+ F. S4 J8 x" wn **特征：低温（冬季）、低盐
8 \2 P! U7 z  Fn高温（夏季）、低盐
                               中国近海海流
# x8 w. B6 A* A1 O6 dn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
; Y* O: v0 Z- y3 i4 K% L' s流、苏北沿岸流和闽浙
( Q6 {  D  R' v4 i) k, ]1 Q6 d: y沿岸流等组成逆时针环
流。
6 T- i6 s# |- C& [+ f                               中国近海海流 n南海海流：
! e5 \2 b' o% N+ K6 n! Z主要受季风影响，
  C& }# t* J7 O2 v在东北季风期间大
7 C, A% r, z$ u/ H. T) n部分地区为西南流。
在西南季风期间大
6 V" j( x/ w- v" P9 O7 [! [部分地区为东北流。
5 @. k0 }( v1 J) F                               第三节、波 浪
$ s0 B, m- E' \) H                               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
$ k/ ]) t7 p: G0 T  M平衡位置作周期或准周期性的运
1 i. ]- j6 t2 E4 q  r8 c1 ~动。
7 ?2 I# R5 ^& vn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
% e6 d* f, z4 o: \4 d, G* @加而成的复杂波动。
, k+ t5 i& x# Z" n9 s0 z6 ?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, V8 _  d0 N6 r: |, D其在复杂波动中所具有的能量大
$ F& U* X9 z& J4 l小，综合分析海洋波动的特性.
7 D+ _9 P' U/ r  t. h                               海浪对航海的主要影响
1、船偏移,偏航.
% g( i, A1 E0 c; _: D/ s" {* v2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
% X3 X6 f7 b! h8 y损坏，甚至船体断裂.
3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
( [7 }( [) b' B; K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.
1 e9 k* I( I; ~( Y3 ]8 w8 J4、货物、特别是颗粒状货物可能移动，甲板
5 x4 V$ S6 o0 F. O+ H3 f% [0 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
* C$ ?+ t3 ^1 h  h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
位置.
" R( u8 m% M( Z1 g8 y: E4 e; 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。
                               波浪要素
* ^2 j5 k6 t# hn
% e/ i2 v+ v+ I4 ^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
3 [& U9 }0 t+ v& Q波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
3 V% j) s% O" Q& 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
波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线； n
, S# M5 K0 n( j3 N. q4 V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
7 v9 ~4 X* q" R& Y% c= l
                               波浪的表示法
n (一)、波高表示方法
( z6 s: }. {6 K8 `; ^- Hn 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
8 p6 d1 {( x1 s" J, g2、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
0 Z' B. _3 @% ^1 z; E1 i. e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
" m2 Y* \0 c  _/ E% N7 hn
4 q& w2 M5 i  o9 F: J" A$ F, a& e**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
n
. G+ l5 S' t8 b0 g0 R" F2 L3 j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
  V; ]* P2 ^# i% O# o全年波高波向玫瑰
图
8 \/ L3 m0 t  x; W累
年
波
& b+ q' j: ^) o% X) x9 E高
4 c; ]; {# f$ M% Z最
大
值
玫
瑰
图
                               波浪的分类
1 V& f$ u% \7 a; K7 Z（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。
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。
4 ]: C" y$ ^; A4 @# v. ^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
0 j" E0 }' F/ R7 b' {8 x7 mn潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
1 i$ Z! h& M; T. Ln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
% g) m- d, d& o3 Un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 H" v1 w! h" g$ @% j! Nt过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h