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
8 y, g- H$ k* q$ N/ P3 @2 D§2 海流
§3 海浪
: I  U  p: b1 g2 q9 ^§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
* }. ]* D, `, B7 \n一、地表海陆分布
. c2 Q8 ^* k9 X+ ^( J$ P0 Fn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- I" G9 \+ m7 \n二、海洋的划分
( M" c1 H! U% R) v: u6 Q5 C! [0 d% 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
n主要部分为洋：太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋
9 i  S7 c& Z$ O) W5 x9 M0 ]n附属部分分为：海、海湾和海峡
& u7 K& \4 d6 }9 S9 B**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
5 W6 f/ @5 f6 s2 h5 N7 {: u大洋名称
: \# q  |1 w) K8 T2 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
  U3 Q6 E. G1 p6 L7 m17868.4 70710 3957 11034 大西洋
& _: S; A% {# w9 C5 D9165.5 32970 3597 9218 印度洋
) L. w) c  A( P: _) y7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
5449 合 计 36130.1 133610
3698 11034
: s: _2 [* f9 t- U3 x                               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。
2 d. E8 N, \% X9 }$ ^' u3 b: Tn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。
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。
/ \6 `$ |! k! j4 i2 K% zn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
% Y. ?. p* y; Pn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
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
+ T5 \2 }$ k; z: c9 W7 b多万平方公里，平均深度1000米以上。我国拥有300万
' A: ~7 m2 f; b平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
  J& Z5 [6 y$ m: Z7 E$ `9 R7 C                               我国海域的基本形态数据
海的名称 面积
（万平方公里） 平均深度
（米）
  g' t: a: x3 \5 |# u2 ?7 E最大深度
) H3 N. W2 w; I6 A. z（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
( @7 l, c. U" L5 r+ ~4 W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。
/ V7 }: s! w+ E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
4 M6 g, k& K; b0 r4 q9 Cn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
* g8 ~% l. V& Pn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。
* ^7 u2 f5 Z# P* F( X8 i" I1 Pn潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
' ]; F* V: u* m3 Rn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
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。
' c- o4 }3 ?& A) ^: P4 bn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。
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)
* X. o0 H6 d' @3 Un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。
. s, X/ L- e$ N' I- `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。
, T. |. S6 w& _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：
5 F: ^% ?+ p1 _' ~* @0 s; \* 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°。
- {+ a7 ~5 Q$ u+ D( SV 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
础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
- Z) H! e% d8 \  |$ e加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
3 P- B" w" g' X半球流向向左偏转
# _0 d; T8 h& ], V0 q* |在水深z= π /a 处，流向与表面流向完全相反，
+ D1 q: M; v% N9 e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。
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
- ]' T' f7 M/ Q2 o# ~1 t无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
9 q7 \/ ^6 \; b- 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
                               地转流
  R2 b3 b0 p. n# p5 mn 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：
$ t, T, F* l6 Z! W# Yn 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 '
* z6 H" E/ F9 }) g. S% ~. [' @                               地形对海流的影响
: P; a0 o; E. M" Y0 b) h, gn一、海底凸地形
n在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
% ]: {& ?+ [; R; ]) I下坡时，流速减少,流向左转。
3 W$ s7 I8 F+ C8 d, An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
: A. F7 [" b9 {( H! p6 d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，
  X2 R. y8 W; e2 b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
9 u- @- K# a/ H/ j- q' A**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；
# D+ E9 F) f$ e: v8 g7 q$ T$ R*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.
# E( R8 e- V: f2 U- p: b                               Distribution of Current in the world Ocean
. R8 e+ P5 B3 P                               中国近海的环流
! M* O4 e! Q0 W0 u, t% O  t/ An组成：外海流系和沿岸流系
6 @$ T9 c7 [. Yn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
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。
* W0 o% I3 l2 G6 o1 v$ i5 W6 ]n **特征：低温（冬季）、低盐
6 f# k- N7 l% i9 u9 ^n高温（夏季）、低盐
                               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
8 Y3 w2 ?+ s% ~* U0 p流、苏北沿岸流和闽浙
$ k* {- ?! V9 t沿岸流等组成逆时针环
流。
1 F2 Z- p8 b7 ?1 b6 V                               中国近海海流 n南海海流：
- N) g  H& X1 w( ~& n主要受季风影响，
9 j+ i, Q" A# g# @' Z; h4 D在东北季风期间大
- O9 a: x* J+ j  L部分地区为西南流。
% l) ^/ L' J) V& d1 P+ g# W在西南季风期间大
  i1 e0 l9 y4 b& w$ q; M0 h部分地区为东北流。
                               第三节、波 浪
" X0 y/ f& a. v3 i                               n波浪的基本特点及研究方法
2 q: D. K* m! [- dn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
. s) s8 W. Z  J8 c' M4 A$ w$ C1 q- B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
平衡位置作周期或准周期性的运
$ Y3 x4 v  C, @" ]: x* e4 |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
, M# f: i1 [0 k4 u4 h& L" b8 G视为许多周期不同的简单波动叠
1 P5 x8 s: ^6 D! G2 q( V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
; F1 n: c- r; T2 {/ k7 Q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.
; m* Q1 N( e. K; y                               海浪对航海的主要影响
/ z1 J8 v+ Q4 Q, x+ \, A1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
+ Z: T, T- |6 {/ x损坏，甚至船体断裂.
% Y* R' @/ S; x: O$ ^: K9 K& Z' X" r6 M8 U3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
6 S7 {5 [+ P. {" m: I+ \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.
: m: c+ k( e+ Z: w- T4、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.
5、能见度恶化，在开阔的锚地作业发生困难.
5 k! w% j% G7 b6、船在港内停靠复杂化，港口装备的使用效
8 {& A/ m) s: a- l; a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.
                               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。
7 f8 Y+ |, L! e2 J! d! j                               波浪要素
& k! f. h9 g  X# m& X0 C* K! Q0 Xn
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
  E" M% C! n/ N# g( U2 k  _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
2 \% s; r" R( _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
" j2 u! o8 |# w5 E8 F! v6 L& W= l
, Z8 |. s( i, X0 R2 U- ~                               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
  r8 b5 j/ J$ `# M$ w% l2、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
# }6 i8 v& L! C! E5 n9 B  m; d0 v**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
7 v9 Y2 \4 k3 N# W9 a! i$ }n 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
2 2
) b" s0 r0 B6 p* Y1 N0 e5 wS W E H H H + =
9 {/ G0 `4 U5 d( a& U. e2 f                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
n
: q. q: P9 t& d4 {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
# s$ H6 \8 j. R: t( Z全年波高波向玫瑰
, ]3 ]  J4 Q, [' P图
累
年
# ~# N6 C( [8 c8 X. L) D波
* [# [! d% X$ ~. k高
最
大
值
! y5 k" ^0 e! C* J$ ]玫
  q* K: ]9 q: O3 V" ^4 Q0 v瑰
7 m+ L; a) d3 _5 B+ {7 O6 E图
                               波浪的分类
) J, D8 O  h9 S: m（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。
+ a& A: j) j" }( On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。
0 |/ p) k1 }3 D+ Qn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。
. s; {( i% W& F' h/ _- l: Fn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。
7 H2 i% @% g2 x$ n2 Q+ X                               (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
  E+ A/ q8 {. d- ]  _+ Vn是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。

7 @+ C3 a, y+ x. Ft过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h