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
§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
9 H+ _( }! u8 P  U" v" ?n一、地表海陆分布
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
* y  _, W% l5 G' \" D. r4 gn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
0 z: k% u- E* nn附属部分分为：海、海湾和海峡
* ?' e' d6 P5 Q: g1 `4 }( w: o**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
' @+ I/ J/ N" u7 X. C" b大洋名称
0 u. D" i+ j# O4 p( K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
8 F/ E0 I! X0 o  b  ~- y9165.5 32970 3597 9218 印度洋
7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
" I! k0 t1 A! C( r  w- r& t5449 合 计 36130.1 133610
% u2 t; C( n+ s5 `3698 11034
4 @4 q7 x9 k: v7 s! b( w( `/ j$ ]                               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。
# J7 ^3 f- l+ O* j$ ^5 Gn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
) G: N% z+ Y1 }- @- N# n+ h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。
; T( f5 p( ]. |6 v7 R! In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
5 ]1 x3 a! S  J- _1 Y: }4 ]方公里，平均水深18米。黄海：北起鸭绿江口，南从长
4 H) A9 p5 R- P( l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
7 y. C7 m; F: Q. 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
" Y% f; o& ^( c4 V; W% i多万平方公里，平均深度1000米以上。我国拥有300万
1 {7 y8 v( }  X/ m$ Z平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
8 g* Y8 L: |2 ]; R2 p0 a( G: {                               我国海域的基本形态数据
7 Z6 }. X, [4 c7 A: n' z) a海的名称 面积
（万平方公里） 平均深度
, ~* T2 a/ B& k, Z1 j0 B2 ^+ }（米）
2 R) B* V4 K/ n/ l; @; r2 a最大深度
1 F! p4 g# {2 ]/ J$ I% Q（米）
% u' \5 F+ b: |3 ]* x9 s5 q2 H) 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
+ u+ Z4 T  `# o1 E- T                               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。
  W; J! D1 c- j: y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。
4 \0 B% E# N, d3 v: O4 bn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
3 g; F3 `5 `6 K5 N; ?( \, mn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。
/ _% Q% m* G$ V  R. K+ Q8 v3 Qn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。
& p5 o: \- F7 h! z/ I' n7 r, a" i9 G- b                               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。
6 N8 c/ D' f+ m" \( Un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
0 C; d2 V. ], l) `寒流 低 低 低 小 高 多 高
                               风海流(Wind Current)
0 z) h* g8 t9 n  f, @% Nn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。
2 Q8 T) Q. s+ N1 z% \! Mn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 M5 K  R9 A* p0 ]- c0 a* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
; _' A5 p! G$ T+ a% C: K45°，在南半球则偏于风去向之左约45°。
( U7 G' p! t# d, F& ^! n+ k! HV 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
1 c3 s' [' _' e2 B1 N0 ?3 |8 v' J加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
. H% L. l$ p5 I2 P4 @半球流向向左偏转
3 }9 ?! K& d; {7 j- J" A2 r; `0 \  b在水深z= π /a 处，流向与表面流向完全相反，
, p8 a; O2 \. g2 [流速V D =0.05 V 0
) J, ~3 i0 k1 C' @2 u1 ~**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
2 R5 P, t2 ^9 q& p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
7 o8 d: x: t6 p2 L- ?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。
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 '
# M+ [& R/ T" R" {3 E* \' f                               地形对海流的影响
  x9 F3 e& t3 o" n0 Tn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。
- L! a/ _% W+ f: [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。
5 R1 s/ [% f7 pn二、海底凹地形
n?
' U/ O- ^+ |( \! F# B. H                               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，
3 f$ Y) S% U. e* o, E, n$ w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
/ d- O; E; P- w/ x" R  h/ e( d**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
/ _- _# A$ L( b7 a*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；
5 n4 H* _* T& E. N*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
                               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
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。
n **特征：低温（冬季）、低盐
n高温（夏季）、低盐
- a( z, l; N, `                               中国近海海流
  n( i7 K) Z  A! ^2 kn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。
5 L/ M# [: ~" Q9 h. ]- H$ ?( G沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
) P: u5 h5 ?; s! @) c# J' u$ p流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
- ^# }, F( ~; R( A$ P流。
                               中国近海海流 n南海海流：
主要受季风影响，
# R. y# m# W3 C; g$ D' C6 Z在东北季风期间大
( x2 t# W" S9 ]5 y部分地区为西南流。
- {+ q* g9 v  B在西南季风期间大
部分地区为东北流。
' c$ t0 ~, ^3 q* _1 j                               第三节、波 浪
                               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
$ H* {# l; D. _, E$ R' G# }都可能出现波动。
1 E0 H( P* z. D# c0 xn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
& A: `: V* ]1 l( G- U$ l, H平衡位置作周期或准周期性的运
3 F9 u$ R5 U6 L1 x/ [1 P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
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
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.
6 s; A8 ]( _! x: `                               海浪对航海的主要影响
3 N, G4 Y9 [- L" p2 s1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
8 M# f% E( A9 ?8 a" o' Z损坏，甚至船体断裂.
3、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
货物淋湿和吃水增加稳性可能恶化.
$ D3 f7 E3 M5 u4 z9 T; B* d# d5、能见度恶化，在开阔的锚地作业发生困难.
: h7 d  w( S+ J; l: V; a  d6、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
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。
                               波浪要素
9 ]" k6 Q8 E8 y( y  ]* b9 zn
波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
+ I$ K( n: m: k: x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
0 i/ r) O( K7 R波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
' J5 G6 ~0 U/ ~: G! J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
- y4 [3 o' b7 q$ e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
. K3 l( F5 c4 m5 g7 Y, [= l
$ C2 `  ~. v+ s/ @+ I. j/ G                               波浪的表示法
- I' U2 y3 p) a& }6 M7 Wn (一)、波高表示方法
7 L; ~6 T7 c4 I% ^% s, gn 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
7 J; h& k+ r1 Z; Q7 F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
  y. `) ]% r0 @1 H; ^0 S1 H9 _; hn
**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
  N1 S9 {$ X9 ?. m+ B4 Hn 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
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
  g+ F$ ^& S; \/ e' [( n, V+ _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
: ]* c. \9 O2 b! q2 }6 W$ w0 w9 Z图
$ T$ p$ C9 r# G0 |' V& `累
8 Q% \  `) G& M" ~年
1 n% h6 i- {, S  W波
9 _' X: K3 q1 @# Z' \1 o, B高
( @( B. S3 h0 R+ e, u6 }最
+ K7 T) Q! w; t) I% j+ F4 l/ ?7 W大
值
8 V4 }  O5 h1 y7 N1 R6 {玫
$ M6 u! f6 o$ u瑰
4 D+ {2 V1 p1 P) P; o图
                               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。
) p0 G; y, |) 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。
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。
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
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
; z# X7 J/ ~  O- X( fn是水深的20倍（ h ≤l/ 20 或l/ h ≥ 20）。
) ?5 j8 ^: W" D/ q% I' s" C6 k4 p
t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h