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
+ N9 V0 w8 ^1 h( n: ^* n  h# X§3 海浪
. G2 {. Q# y, Q7 {% p1 j7 j§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
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%.
! u- `4 A. t( j: j7 a: xn二、海洋的划分
5 l/ L5 o# }, T( f2 c+ Bn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
$ m6 K' R6 R& j; m- o! A0 tn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
: M  _7 ?" Z8 m& @4 W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
7 \6 S6 S" }) d* @* @6 }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。
; e( N2 q1 d5 M' Y! Hn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 I# W$ a# Q" V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。
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
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
6 o" _; L1 \" J+ F0 o" D, G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
. s! M: \( P/ x0 S  o, |5 O平方公里的海洋国土和1.9万公里的海岸线。
9 c% Y/ W- ^9 [/ [2 v( i' \. j                               我国海域的基本形态数据
; T/ u2 f% }3 W# C海的名称 面积
8 N+ N8 N2 ^0 n( |6 d; w) m3 D（万平方公里） 平均深度
7 f' `3 x% u( {) V& b8 L（米）
最大深度
! p+ Z# M3 r$ n4 @/ Z0 a, @( }$ t（米）
' y3 m+ H3 x* c8 g6 e+ `1 j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
& I1 V( l; B4 g" b* N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。
& a& w& ~2 i, I+ s! j2 u, l7 j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。
. @# E/ {8 }0 ?' x; g  N. |" @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 a5 ^5 ]- d& @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。
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。
                               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。
5 _- z5 ]4 L. p: \0 ]) z, Y' \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。
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
* K- b. F: q- ^  f! k6 ]% r                               风海流(Wind Current)
/ L% a/ Q6 x+ M2 Hn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。
$ p; Q* J" A- Z; o- W! y/ In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）
, S7 @+ {3 j" X+ s8 i- a/ s; Mn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：
* 表层风海流流向：在北半球偏于风去向之右约
8 ^$ W7 s" b. L3 Z45°，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
% Y* q% N' B* o. V0 ^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
1 H- _$ i# f' X半球流向向左偏转
& D8 e1 O! _2 T% @/ ?& A( h: P4 j* k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
/ m! H1 ?0 T8 q; D7 x! y' W**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)
: N! y7 \8 A" v  O# H) n1 S% ~- R0 d1/2 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
# \3 f6 F! b- m& X) fn 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：
, k* S& ~% x: |2 D; n! in 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。
2 k% C' C0 X8 P  sn 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
, r4 N5 y8 p, ]' d8 y" Wn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。
4 s% L: j1 {* L" d; D$ Mn在南半球：上坡时，流速增大,流向左转；
4 h0 S( ^3 j, J* `$ E' _下坡时，流速减少,流向右转。
n二、海底凹地形
; ]3 ?9 p; D2 g* s6 Y# g, E# |n?
4 l1 F  w! ]4 B% x2 ]                               大洋环流
. m5 q! _! r+ @" a1 t1 x) T! G5 \3 u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，
$ Y; H& a) h. k2 n  s  o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。
- W; q+ W  g1 L# W/ D. h$ z**组成：风生环流、热盐环流
( K0 v- B* r6 m! d+ x. N**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
# F' p" E) y) [6 o*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.
/ }% T! J4 d% h. f0 c. n                               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
% v- `) M4 X  H4 In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
! s6 N: _& Z7 U9 Z! Pn高温（夏季）、低盐
: q- Z# X6 }, Z% E8 S4 P: O, k                               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
流、苏北沿岸流和闽浙
沿岸流等组成逆时针环
流。
9 O% f* G- d5 h  D) [8 x$ }* N" m+ @0 _                               中国近海海流 n南海海流：
2 w. s# o" M& c+ d6 Y2 ]主要受季风影响，
  S9 g( z9 _, [* j& z! D在东北季风期间大
* U2 `7 \' t! g部分地区为西南流。
# A2 ?; A# @3 P! Q9 f% m; i在西南季风期间大
( V0 o7 ~1 s0 \& s) K, M部分地区为东北流。
4 h7 g0 e6 y0 ^- A9 n( E                               第三节、波 浪
                               n波浪的基本特点及研究方法
% d# e- c& s' I0 o# S2 N0 sn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。
9 j' j( c. K( E- en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
7 V! r1 G7 q5 G( k# D平衡位置作周期或准周期性的运
' L0 t5 E) q) `0 P( ~) S' O动。
" B1 b; V2 p! j8 _2 b( L7 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。
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
" Z' _4 l" ~: b* i; p6 A* K( g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.
4 U7 Q: o5 K" e) v( m0 _( x2 M                               海浪对航海的主要影响
1、船偏移,偏航.
1 `( v7 g9 x9 g; m2、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
' N1 ^- v5 m. G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.
! j( A7 h- F8 p4 g$ \7 m- K' i* e* }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.
/ G# D( r8 M. e7 O5、能见度恶化，在开阔的锚地作业发生困难.
. o: P# {( W0 a+ l: _  h6、船在港内停靠复杂化，港口装备的使用效
* G2 x& ?) `" Z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
' h0 ?6 m7 j$ b9 m$ w( j3 }位置.
                               波浪要素和分类
7 ]- N/ \) }+ H( ^1 T4 E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。
( N; y: X5 ?8 \9 }( i                               波浪要素
$ g9 b5 B2 o3 L! Yn
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
% J0 s' J1 [0 i3 c7 i- y* R0 ~波长λ：相邻的两个波峰（或波谷）间的水平距离，单位米； n
- U! W0 u% n6 g3 j2 _; J4 W% ]. 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
' _! {4 F0 B! Y2 G- v2 c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
' R; v  \0 L2 q- t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
2 S: Z& h. C. Z" h3 q- g+ d                               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
/ @9 K3 i9 x5 I# D/ K( a又称有效波高 ，是波浪预报的一个重要指标。
& P! `6 w- A! [1 L; un 关系:* H 1/1000 ?H 1/100 ? H 1/10 ? H 1/3 ?Hp
n
2 c( {1 u% k5 \**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
+ o5 h6 S  V" O% T2 2
S W E H H H + =
                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
n
& q) C# w$ _! j) t7 Q+ i, L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
图
5 N  r3 U$ k& n3 l8 Z+ Z% w7 k累
# O0 z( ?8 W' s年
; ]/ Z* b6 e* R  M$ U2 O波
高
最
/ T' V0 s2 c+ M+ E& P大
1 S* e7 A, I/ T1 P# k- g值
; U: q* x) |0 O2 C# u; }6 i玫
瑰
/ _8 g. q+ J! u0 \3 D图
                               波浪的分类
* G& N& D$ [) I1 J0 n（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。
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。
* R2 \- i9 X+ ?( c+ Ln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
  v  v. E3 @5 E, g- [0 hn潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。（钱塘江大潮）
% }  b& l- }: ~- z& H4 `5 R# Mn内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
4 o" @9 A' [' _. P                               (二) 按水深（h）相对于波长（l）的比值大小分类
, M! ~2 C" G4 C' P2 A- u' |) h' r9 [4 {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过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h