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
% I( x9 K+ r$ f! r" R: D§2 海流
4 V+ T# u0 P1 A6 o/ U( {; h1 t. B§3 海浪
5 j' ^" p% P5 v4 E' D+ \9 a§4 海温和海冰
. B8 }' g1 y- o+ }8 q; U: u                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
' r4 H" _- m* Q1 T3 d4 |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
# n! U( p; S* U3 e: Yn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
; l) k! l9 d; s+ M2 Mn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
                               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
' H9 l8 S, R+ |. l. A; `" l17868.4 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
' k3 o( z5 r) K# F. L7 m0 U1 C3698 11034
3 j: p. E8 n+ q9 q2 ~) s5 p4 f                               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
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。
& i7 z) w2 u% S8 g/ |+ |8 r7 Dn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。
2 D' Y4 g# w) O8 ?6 W                               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
江口北岸至济州岛与东海分开，面积42万平方公里，平
$ ~- S) D  G( \$ q) T$ [3 d均水深44米。东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔
6 j  B2 p* q4 {& t9 m0 Z! D( p0 I2 m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
多万平方公里，平均深度1000米以上。我国拥有300万
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
; |* T' v# t- z; f, g; F( E7 U海的名称 面积
（万平方公里） 平均深度
（米）
最大深度
9 E. U0 G; K+ @4 Q（米）
2 G' V: A" f) S# g1 |0 v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
7 D! r* e& g: _; q2 L* r( L                               第二节 海 流
9 e6 @; s3 k( ?( D! j: z, c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。
8 D3 p% X* \0 d( p9 ~4 C流速: 流速的单位常用Kn（节）和n mile/d（海里 /日）表示。
& ?1 q2 w$ j% Z" U& k                               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。
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
: ~, @' {' o0 b& t2 g5 s8 Rn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。
" k" D  R, Z- ~* w: a' G4 Zn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。
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。
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。
' Q7 n: @  L1 A7 ~& O1 un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
/ Z8 P6 D; V5 a# a( D, Z. e8 E                               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。
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。
  J) i6 `! q! Y; M/ u! [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：
7 Q+ ]! b. h& c$ C: P5 `( g* 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°。
9 d5 @% G; e9 `0 kV 0
6 ?0 L7 |3 T5 i: X6 b2 ~4 s2 q=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
! v- W1 H; [! h9 j# o, A8 @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
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
**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
8 h% u$ F9 O( Z; p8 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)
4 \9 Y) S  n# u" y, W2 W4 C) h: }1/2 对浅海风海流而言：表面流向与风去向的交角比
# F  ]. @% ^1 G) _0 {& A5 Y' V5 h无限深海的小（即小于45° ），流向随深度的
& ]$ B9 g7 N# M. c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。
' _3 d" `5 o, H: r1 g) fn 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
n一、海底凸地形
n在北半球：上坡时，流速增大,流向右转；
. X7 |4 j8 u! W; s" G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。
, x' `# _- e: r+ b- a3 ln二、海底凹地形
$ N6 F* J8 P# l+ }1 ^1 d0 w1 c; qn?
                               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
+ ~" V3 |; w# L, H/ c*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.
+ V2 G0 x) @# q; y: Q                               Distribution of Current in the world Ocean
                               中国近海的环流
7 w/ O, M) v, q3 z4 pn组成：外海流系和沿岸流系
! ?" F$ O; P) en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
$ B  r2 F9 J3 o* t9 C7 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。
+ q! ~2 T8 A, \& x+ v$ O% x. ~n **特征：低温（冬季）、低盐
) c: ~. l5 p6 o( b8 t/ en高温（夏季）、低盐
                               中国近海海流
6 P0 y: m2 P! c" ?0 x5 s, ?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。
0 T4 p$ n  }2 Z5 g沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
流。
; T; a/ R" U6 \) A. ]! n* j                               中国近海海流 n南海海流：
主要受季风影响，
8 e# e# Y: k) w/ L在东北季风期间大
部分地区为西南流。
在西南季风期间大
部分地区为东北流。
4 z6 O- g5 h3 k1 q  r) \! y                               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
, N& k# E8 ~4 |# d5 y. k% c1 @8 K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
9 _4 M, b3 ]+ a) e6 k9 D平衡位置作周期或准周期性的运
动。
' M) h+ f: J! \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
$ O: b* z/ J% {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.
                               海浪对航海的主要影响
1、船偏移,偏航.
2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
4 t8 ~; [( n% e" X! ]" ~. H损坏，甚至船体断裂.
( _6 y  W. }( Y% R- @% a3、摇摆、拍击、共振等，致使船体震动，船
8 r0 l# n; Y! K5 o2 H; a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.
* j3 T$ W! `3 y4 c2 j0 }; ~7 X1 o5、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
1 r+ g7 n  Q: B8 d9 f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
7 e4 ]/ r+ r( ^3 K" D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
0 F% S- y, v6 I$ {2 O% t0 yn
5 ~( @( v! n- l# |0 L# l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
, }, y, F- r' g* l+ M波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
# u9 g" U8 p2 v/ q1 C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
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
& G/ ~8 O4 n9 \. G  ^波速c：波形传播的速度； 单位米/秒； n
! Y/ x" t" T* F4 v波峰线：沿垂直于波浪传播方向通过波峰的线叫波峰线； n
" }( b- a& B, ~# a. L4 a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
8 M  A. X! R5 d  V. r/ In (一)、波高表示方法
) K7 u- k) e6 Y, D9 Cn 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
/ w' W+ c4 `* a& u/ A2、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
2 b* _# f4 D7 r- O, h# r& `! C**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
! Z$ q. |# m* i) y" P) T2 o& K2 2
S W E H H H + =
* D/ ~7 B" v7 p, p5 S/ y                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
- e5 @7 F8 C% ]# J, [* in
# f3 T4 K9 S# h/ M- ^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
7 I, M% l+ H* V' a' }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
3 T# ?: j) g7 N4 ?, O图
累
年
波
高
+ U: j. Y; C) L+ Z# v' w# y最
, V; _% }& |( A* f大
值
玫
7 `! a+ n7 t0 v3 C瑰
图
& Q' P8 B! i1 D3 r3 `3 p- K                               波浪的分类
（一）、按成因分类
% X; d6 A" G! P" ~3 {, U% Un风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
: j7 H* z' ^9 U% \0 W) s3 A# ]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。
& t  r1 u8 I$ ~3 d0 @, gn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）
) q/ B: u: r( ?5 Q1 ^) k$ W3 wn内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
) z* T* W9 Q$ d: g  _                               (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）。
5 A, G3 i% E, @0 P
t过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h