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
0 H& r0 H' z0 g) E% u§3 海浪
§4 海温和海冰
                               第一节、海洋概况
n一、地表海陆分布
' H+ z8 [* a6 s+ ], d* |8 G, r) h3 yn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
n附属部分分为：海、海湾和海峡
( Q$ f( i3 `6 r9 e**中国近海，依传统分为：渤海、黄海、东海和南海四 个海区
6 z0 {' d% Q$ C' i6 n) t& Y; Z6 l                               各大洋的基本形态数据
: U& I2 R- V0 a8 L1 |  C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
5 g3 r9 L( Z2 l; ]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
" i1 D" L% E/ U; U1 y# ~* K                               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。
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。
0 M0 R* f4 @1 v1 g- r& Y. E                               我国近海概况
2 N6 q# `  G; l" ?( A% ?' a2 fn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
4 f6 X' W$ L& \8 i4 [均水深44米。东海：南自南澳岛与台湾岛的鹅銮鼻分隔
8 v& x2 e8 |) Y& v& E4 i" T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
$ |8 |" {& n( k+ T9 m多万平方公里，平均深度1000米以上。我国拥有300万
- x6 I" H9 g- I& E4 ^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
5 |/ Y% G: ]4 J( d5 K（万平方公里） 平均深度
（米）
3 C& U" t) Z$ W5 ^) v& Q最大深度
（米）
: R9 T3 m5 P& h, f( D3 s; \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
. d+ ]2 R+ f/ M# @- E8 @: W. z                               第二节 海 流
7 J4 z8 f6 c$ {$ n% J8 _+ ?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。
6 r: Y# t; v' k2 s; 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。
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。
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
3 ^& a* b6 a2 q( P" G% {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。
- l8 q: `) m7 ^0 k$ S% tn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
1 \' _" A6 s/ A7 Tn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。
! k; r' C$ ^1 D$ n5 U- o# w& E3 Hn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。
: y5 k: f6 h: P; Z. i( C4 J  p/ An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
& j6 F& c" V' J, ~寒流 低 低 低 小 高 多 高
. U2 Q9 ^2 V( @                               风海流(Wind Current)
3 H4 V" Z9 c1 j  d3 pn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。
* G# a1 a  c% c8 ?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。
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）
( c; q/ C% M$ y- T+ [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。
" \. U/ g3 ], {. B; S% h                               表层风海流的方向和大小 对无限深海风海流而言：
( l4 `7 V! ^3 Z: v; n* q% r/ ?* 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
8 Q- [& v- K  G7 f# C- t& w=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
. f/ c9 R9 z3 Q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
3 P5 k. L2 K# T0 z' I# L**此深度（D= π /a ）称为风海流摩擦深度。实
1 K$ q& k0 b4 E" x  |8 ]# I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
4 m7 w: }) {* C% Y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
) Y  [# G/ e. P! k  c/ J9 E                               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：
0 F; h" T2 Z  _. L- Wn 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。
8 A! p4 Q& d; ?) Y; e' V1 B, qn p g v D D - = j rw sin 2 1 '
# a4 {$ N6 j/ _" b) y8 [                               地形对海流的影响
* o4 q& C) K, S+ ~4 W3 v2 {3 an一、海底凸地形
- j( D: I8 X! W+ A. xn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。
  q1 U8 f  q) b  [3 f9 c& rn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
) j% _: G; W$ d8 P+ J9 Y( x6 Hn?
                               大洋环流
7 l& j% G- }' Q8 B: J8 i/ `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。
2 c8 T" m& ?$ s" Y: x2 I* t**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；
+ {. Q; U; v7 B7 t*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.
, v/ c; P- p  ~& m- S  z                               Distribution of Current in the world Ocean
                               中国近海的环流
- S" a# Z; [7 \$ @1 T5 [n组成：外海流系和沿岸流系
) S( X: k, |1 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
' B& p) G: b& S9 V! L6 in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。
! z1 x4 n7 r/ o# F2 zn **特征：低温（冬季）、低盐
* A) Q- j: ^4 H3 n3 sn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。
4 L3 U3 R! v# f+ Q沿岸冷流：辽南沿岸流、 辽东沿岸流、渤海沿岸
( s( {$ E* h8 d2 }' W流、苏北沿岸流和闽浙
" `# W1 z" f( A4 u: p' g沿岸流等组成逆时针环
流。
                               中国近海海流 n南海海流：
  a: ?% u- m9 \8 Y主要受季风影响，
在东北季风期间大
0 R+ z: D: V7 Y! r+ w& k1 e部分地区为西南流。
在西南季风期间大
部分地区为东北流。
                               第三节、波 浪
, f( {( Z9 l1 {: r- ]! H                               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
4 t5 q5 |& c" F9 P! }6 l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
平衡位置作周期或准周期性的运
( ]$ ^5 ?1 [9 T# ~8 F! f动。
1 g8 D) T9 O2 Y, K; m9 K' bn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
8 I6 {$ b' _3 A3 |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
4 W) P8 N: o5 U! h- s" y9 A小，综合分析海洋波动的特性.
  i: z% C( Z1 J. f                               海浪对航海的主要影响
1、船偏移,偏航.
, F) d( u7 t$ J1 B2 \3 k5 J2、浪尖中拱，导致船失速、螺旋桨等推进器
损坏，甚至船体断裂.
- a  Q7 R$ [3 D3、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.
" S% G, ^/ t) L# S# Z4 F  J' C% G, t4、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& L( c6 o6 Y3 t2 B5、能见度恶化，在开阔的锚地作业发生困难.
" n6 U2 H. M9 h/ `9 r6、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.
* y8 b# h& a: h/ B; D  X9 X7 、使救助行动发生困难，遇险人员漂离出事
位置.
' k- n8 d% l3 r. B, I- p                               波浪要素和分类
* J2 B7 _, E4 }, D; r8 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。
2 Y+ F. [! i7 Q: o                               波浪要素
n
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
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
0 P; s2 F8 i; \  Q" 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
& X5 S) ?: ]- F/ m/ g9 ^3 D6 W& l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
8 D, l# K4 f; y. S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
6 q  ^) N: `7 x& \/ |( x& e= l
5 s0 j' \+ a  I8 T/ O# {4 y- |& H                               波浪的表示法
$ r1 ~% z! K3 \/ V! Z2 r2 Fn (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
+ M0 r. K7 Q2 E, q$ L**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
9 D3 {- J# B) y5 M6 f3 F4 ln 3、合成波高：主要指风浪（Hw）与涌浪（Hs）的叠加
7 P% Z) Y  N6 F2 2
& k* ]; P' R2 i- y" J' r/ cS W E H H H + =
                               （二）、波高、波向频率玫瑰图
9 p1 r& X# K% F" |4 t1 @' e$ Fn
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
累
年
8 A  [3 y( a. M  ?: t: {, \波
; p7 o7 J1 O; D3 ~) q3 _- J高
最
$ l7 P% M! K: n/ e+ b大
! _8 e6 r2 @( H+ N1 S  i值
玫
瑰
% C- y( `3 r* X9 Y! K图
) N# O. J* Y1 R6 r                               波浪的分类
# c; w0 d; D7 b. k! i4 j0 p（一）、按成因分类
! N8 I$ F/ x" q# G8 Y6 \& ]7 Y( D; [n风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。
! A- c" ?; n7 V* ?$ ?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）
n内波：在不同密度的水层界面处而产生的波动。
. x1 U* @! c) j2 B. n                               (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）。

$ q$ Q/ z' x  X' d" C  y% Y+ }. Bt过渡波：水深与波长的关系为 （l/ 20 < h