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
: b: S- e5 f" s§3 海浪
8 b0 C+ ^" i8 _, y9 |+ v§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
' G6 x1 B, q' J: m8 g& @3 mn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%.
  F4 d" W$ D- Z/ {) z8 c6 {n二、海洋的划分
6 t1 e9 X& I# C9 s( Tn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 L' D6 @0 |( An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
) ^8 q0 G- |8 I1 Y8 D3 I# i8 d6 T**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
2 F( @& P' e! E/ x- ^$ t! b                               各大洋的基本形态数据
% x7 y; O" n$ Q9 }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
+ a' c! d$ ?* ~; d% x: S: |17868.4 70710 3957 11034 大西洋
; j* `' E, U# z9165.5 32970 3597 9218 印度洋
9 x& u* @  n8 N, f+ N7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
( F% w+ g% C/ s  G) |5449 合 计 36130.1 133610
# ?/ S- q& R2 n3698 11034
" S0 o! x/ y' g! D# i1 i/ a/ U                               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
8 F0 h# ~! a4 t9 K; K* h2 C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。
& y. P; m" j) t6 m6 v* d9 G6 fn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。
3 g9 Q0 W, C/ p+ v$ I" U                               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
$ ~/ h3 y6 ^1 |+ K" a* P' z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 W1 O( {4 W* C  S& M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
0 r1 ]. ^4 i+ {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
2 j! n+ H& q! A: G! ?平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
                               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
: `, `: s: _# l+ w$ X7 g! @（米）
最大深度
9 z) g* m0 I2 I" h7 r% f! N（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。
2 @. l0 }4 z' A4 w6 |8 h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。
& P  c; F6 y2 |1 a* C) v流速: 流速的单位常用Kn（节）和n mile/d（海里 /日）表示。
3 i- h& H- e8 J! E8 K% b3 P5 c! u                               按海流的成因分类
8 W4 q# A$ [/ c) C8 c: vn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
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。
) |) i0 G6 ^* `+ B2 z- A* h. ln潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
' ?; a  c, R$ L' g3 nn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
3 m# j  ~% D4 j8 ^+ qn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。
5 P9 v8 I3 l% In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。
/ l5 J% I* J* [3 y( y' G; `8 M# B8 jn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。
, ]& w# D. z1 U# e9 e) Xn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）
) I$ `' @- Y' B2 S0 d" G% ~  ~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。
! X( o7 l+ i5 T8 I' A                               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
$ R3 z" p7 S9 X$ y=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
7 d& ?0 `9 ~7 o3 R( Y$ B础上继续向右偏转（北半球），流速随深度增
加按指数规律减小；V z = V 0 e -az 。（见图）南
8 A% Q; c: T' q0 w9 A9 U" [半球流向向左偏转
' B. X9 I( V5 R  e" B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
+ x& @, z, i9 |$ O6 p2 X**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
) M0 F: ?; n( O践中，将D称为风海流存在或影响的最大水深。
) c, M1 r/ S! [. t5 [# \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
5 {' u# p5 J8 T. K2 D% P# ^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 '
6 h+ I  p' F; y( Z7 `1 _                               地形对海流的影响
8 u( I- I0 E2 o# Kn一、海底凸地形
n在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
1 O* t& |7 v) e& H# N下坡时，流速减少,流向左转。
/ I2 y6 |# i0 r" C$ k! pn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
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，
# ?! u  }( b& o) |, j/ ]) N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。
" d3 H4 M* o9 Q# R6 j**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
5 j3 d& m4 Z9 Z, I4 X6 u+ ~9 S" P*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
% s3 z2 u2 v- e1 N" v4 C* m                               中国近海的环流
  Q6 Z% d! C* D  C( u% Kn组成：外海流系和沿岸流系
( m( n' i3 a; e& w+ ?% D6 |5 kn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
# c- g2 P; C! ~& g: m9 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
2 g3 d8 ~3 r" P/ nn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
' u0 Z& y/ g+ u* U2 H/ G) X$ a& w流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
流。
9 q! Q* O; M- R                               中国近海海流 n南海海流：
8 H& x: _9 j* D" }' Q主要受季风影响，
1 A" v9 i, y0 d; m2 S3 |; R1 v6 B在东北季风期间大
部分地区为西南流。
( L2 u2 Y8 j9 W4 R- l在西南季风期间大
8 S+ C* c3 x1 j2 S. r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
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。
) x7 u  |4 j4 \7 Un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
, ]) v0 q" P; D7 M; d5 @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
& C$ `. O8 ]4 \0 J加而成的复杂波动。
# _3 s% s. j3 O+ E! e& s% X: Qn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
8 o8 e8 O# I; P+ M: u2 t其在复杂波动中所具有的能量大
3 P6 x! g" K  X6 j) T4 N小，综合分析海洋波动的特性.
! E" u& N1 O4 R; g7 ]                               海浪对航海的主要影响
. g( G! }$ J6 Z* r2 Y4 }/ ?1、船偏移,偏航.
4 C5 H4 e. c( E1 u2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
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
, s" ]6 j, {5 M# f0 P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
9 G& L0 }0 ?$ o3 \% C. Q率降低，在港内进行装卸作业发生困难.
1 A! ]' e3 k2 a; c# k( m7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
# M1 @4 C+ t/ p( |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。
; {* [+ M- x9 m) S1 K                               波浪要素
n
波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
9 k, X: j+ K! d9 [波高H：相邻的波峰与波谷间的垂直距离； n
  p4 \/ M% p3 B2 j& e" y% y0 e波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
2 B0 ?' B0 x* R- o0 F# k7 _波陡δ：波高与波长之比（δ=H/λ），它是表示波形陡峭的量； n
+ C# G- V9 C, T1 `3 @6 x2 G- u( Y0 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
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 u2 ~' U( t9 e+ u2 m- x= l
                               波浪的表示法
3 |; W3 w1 [/ @! sn (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
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
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
3 ^) @/ S2 a0 d2 2
; r) S; s0 S  t! g) nS W E H H H + =
                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
. `  P6 t6 o- i$ @& L$ S/ un
9 h: Z# x9 x: U* S# G: 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
& V9 a& K3 c% H. a6 Y0 _) k! V. T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
! K  ]5 B+ h& _1 M5 s累
- r$ b8 f5 }) I' F# v年
. D. U! O1 L4 g2 Y  C& O& @波
$ \1 h5 N1 T: G. W" q5 C高
最
# T' S+ f+ f0 Z. a* i大
值
玫
/ e/ k7 x* P& E7 ~* N瑰
; t9 l1 Z, ?! T! u图
: J& B2 w1 v2 j# L$ \1 q                               波浪的分类
% b8 V2 t( C; U2 D/ D（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。
* N2 Z5 [# c  ^/ o4 z$ L5 R# ~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。
6 x1 l  ?3 C6 ~& vn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）
5 t: Q" h4 @/ G% d. N& ~n内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
0 c  C; I; z) R                               (二) 按水深（h）相对于波长（l）的比值大小分类
' [8 Q+ H% X, e& G, r, Gn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 ~( X' J: N/ G; e4 C: `6 zt过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h