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
$ h, {! ^2 J% w- Q4 i1 En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
  c, _3 E9 h4 H! ?& \n根据海洋要素特点及形态特征，分为主要部分和附属 部分
8 c4 F' ], u" O9 J  Y, ^  w+ @3 \n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
**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
( z, r* e1 L9 L) Y; P2 A( f% V                               各大洋的基本形态数据
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
17868.4 70710 3957 11034 大西洋
9165.5 32970 3597 9218 印度洋
7617.4 28260 3711 9074 北冰洋 1478.8 1670 1131
5449 合 计 36130.1 133610
3698 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。
( Q% j/ ~8 o$ i! C5 R6 X/ {1 @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
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。
  e% K2 s9 l& k, N9 u1 F0 l# hn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。
) ^, A0 s  p* v9 N/ n8 f; r$ h                               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
方公里，平均水深18米。黄海：北起鸭绿江口，南从长
( D1 t+ B  g2 P4 E, E7 C  F* m& ^9 i  K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
  P$ e, ?7 b0 ^  i! }$ Q" y# p靠加里曼丹岛，东临菲律宾，西接印支半岛，面积350
, u  t8 H) }/ q9 X0 `3 l) P! m; ~多万平方公里，平均深度1000米以上。我国拥有300万
/ K8 l. ?) }+ N- ^4 D5 c平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
" S  t0 h3 g+ m+ q                               我国海域的基本形态数据
海的名称 面积
% ^4 t4 I7 I4 U" w" M' k（万平方公里） 平均深度
（米）
, x* s7 x3 u9 V( [2 B最大深度
7 v2 A( h) [- A. _$ {8 M' p（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
( w5 m" [( N# Q9 r  Q6 \                               第二节 海 流
6 q8 b& d: y4 `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。
                               按海流的成因分类
: l( T* j7 o+ 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。
n潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。
* i2 h. Q4 R1 Jn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。
7 f9 j. V1 u; b  H: m5 p" V3 B: X; Z                               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。
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。
) g# F* z: S/ Q" \- }7 Tn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
3 I3 }, I+ g7 H1 D$ g; Z5 @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。
2 V2 A3 b9 U( ]2 w' kn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。
) X8 W* g( s( b9 ^/ Cn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：
: [2 |& v3 w8 U! b  t) i* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
8 G6 Z( b, G' o+ B1 h45°，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
/ U7 G9 k$ X. `) [+ L- t7 v  d% `0 \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
半球流向向左偏转
' M: ]& {3 K" @& N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
+ f3 H5 o# i( B**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
, i8 Q' L! _4 l. k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
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
5 J5 V1 Z' b1 O% 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：
/ X3 v- J. ]  Q9 ]* T" ^, gn 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。
+ h4 {" Q/ }! J9 @& }n p g v D D - = j rw sin 2 1 '
                               地形对海流的影响
$ G. H& g% E- F7 m+ tn一、海底凸地形
n在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
# P- |. o: X- s6 k( |8 i下坡时，流速减少,流向左转。
4 O0 a6 ]! O2 R) {& f: t5 ]4 K9 un在南半球：上坡时，流速增大,流向左转；
( Q2 `& c" T, R3 U4 F下坡时，流速减少,流向右转。
n二、海底凹地形
n?
# K9 j8 ~& j5 A/ G; ?; ?5 E: U                               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
**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；
% z: x0 b' N! x*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.
$ C( N4 S6 @; l/ s7 @                               Distribution of Current in the world Ocean
  D( V! E, U; f" X4 K                               中国近海的环流
% J3 }8 U4 e* jn组成：外海流系和沿岸流系
3 }) D, [" C  G4 vn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）
5 w) |4 C( x9 W5 }/ s+ I# an **特征：高温、高盐
9 Z; E! R- C: n, W: ?" a" f- dn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
& \0 w- u0 R" m7 l! _- On高温（夏季）、低盐
- K" k, [2 B, B: c" B0 t- G, e                               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。
, c, u" v; n" v9 T沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
3 e7 d# }( g$ E" i流、苏北沿岸流和闽浙
0 W. p1 H/ N. x* X% u沿岸流等组成逆时针环
流。
. M7 B8 M: G  `* _                               中国近海海流 n南海海流：
主要受季风影响，
6 l( q% ?% u' u, V在东北季风期间大
6 u6 ~! I$ W7 m: F3 N. e: q& i部分地区为西南流。
; X. ]( G1 r& [9 D5 j3 g  T在西南季风期间大
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
5 i$ d8 a: O! m" |5 in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
! P1 p* ^5 M! @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
; W- S% K" Q! C5 m) [5 f0 ]平衡位置作周期或准周期性的运
; Q( U/ C2 b( ], D5 x- m0 M* M动。
  u2 X* J0 f/ J! d/ F8 J( `. Jn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。
3 m& f7 v1 G$ S& K" q+ r3 m$ C" g* Yn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
7 x! S" r- `- |. h8 l' y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.
. P4 h/ ]5 S1 t                               海浪对航海的主要影响
! @% A2 r8 T$ T& N- @1 Z1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
! W2 t4 x: s4 R$ J* B2 \损坏，甚至船体断裂.
3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
& ]2 \% N( V$ F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.
; Y0 U9 s6 q8 ^" ^$ [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.
' j8 H+ ?8 w7 [* d8 Z5、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
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
, \+ [% W) O$ X% ]. Y1 E7 f! L位置.
                               波浪要素和分类
( L: }* g, k4 ]. }0 D  d* Z) J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 D, b" `3 ^$ L: ?8 W; c6 R2 Z& y0 }                               波浪要素
n
波峰：波面的最高点； n 波谷：波面的最低点； n
2 K. O2 L  \! L: p# q/ i+ l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
波幅a：波高的一半称为波幅； n
3 s9 ?( m' {4 e* a0 s: K1 J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
( `* X9 V1 ?. a' }- S3 X9 O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
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
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
8 x2 q: Z5 ~* k8 d3 w7 I1 S: @# y**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
' G) o2 q# c  y, h' `S W E H H H + =
) P" j! A1 X/ M5 D5 S) e: C                               （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
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
) ^* f% ^6 Q+ n1 h% {6 }7 j图
累
年
波
* W$ ^& a! x3 E2 n3 G, ^- W高
' z% ~& |4 j3 d/ v+ N% p( M最
大
值
玫
瑰
图
  [  H: c' P' u                               波浪的分类
（一）、按成因分类
2 A6 g8 q4 `  `' ~n风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
; _0 y) r5 K9 x5 V8 X% n; p! C( }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。
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）
; x; b8 }' k$ Z% ~# A- f9 On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）。
) t! {. J! O4 v, B8 g' X' [
t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h