《海洋地理学》第七讲海洋环流

1、海洋地理学第七讲海洋环流主要内容海流的成因及表示方法海流的成因及表示方法1海流运动方程海流运动方程2地转流地转流3风海流风海流4世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布51 海流的成因及表示方法 海流：海流：海水大规模相对稳定的流动，是海水重要的普遍运动形式之一。所谓“大规模”是指它的空间尺度大，具有数百、数千千米甚至全球范围的流域；“相对稳定”的含义是在较长的时间内，其流动方向、速率和流动路径大致相似。 海流的分类：海流的分类： 1、按成因来分： 由风引起的海流：风海流或漂流（表层，外压场）； 由温盐变化引起的：热盐环流（深层，内压场） 2、从受力情况可分为：地转流、惯性流 3、按发生区

2、域不同分为：洋流、陆架流、赤道流、东西边界流等1 海流的成因及表示方法（a a）等压面与等势面平行）等压面与等势面平行 （b b）等压面与等势面相对倾斜）等压面与等势面相对倾斜海流的成因：海洋中的等压面与等势面不一致（等海流的成因：海洋中的等压面与等势面不一致（等压面倾斜，海面增密效应）。压面倾斜，海面增密效应）。1 海流的成因及表示方法n 拉格朗日法拉格朗日法 欧拉法欧拉法 当地法当地法描述方法描述方法随体法随体法拉格朗日法拉格朗日法 欧拉法欧拉法质点轨迹：质点轨迹：)(a,b,c,tr rr r参数分布：参数分布：B = B（x, y, z, t） 2.2.比较比较分别描述有限质点的轨迹分

3、别描述有限质点的轨迹 同时描述所有质点的瞬时参数同时描述所有质点的瞬时参数表达式复杂表达式复杂 表达式简单表达式简单不能直接反映参数的空间分布不能直接反映参数的空间分布 直接反映参数的空间分布直接反映参数的空间分布不适合描述流体元的运动变形特性不适合描述流体元的运动变形特性 适合描述流体元的运动变形特性适合描述流体元的运动变形特性 拉格朗日观点是重要的拉格朗日观点是重要的 流体力学最常用的解析方法流体力学最常用的解析方法1.1.表示方法表示方法1 海流的成因及表示方法N/0E/90W/270S/180海流流速的单位，按SI单位制是米每秒，记为m/s;流向以地理方位角表示，指海水流去的方向。例如

4、，海水以的速度向北流去，则流向记为0（北），向东流动则为90，向南流动为180，向西流动为270.流向与风向的定义恰恰相反，风向指风吹来的方向。绘制海流图时常用箭矢符号，矢长度表示流速大小，箭头方向表示流向。 海水的各种运动都是在力的作用下产生的，其海水的各种运动都是在力的作用下产生的，其运动规律同其它物体的运动规律一样，遵循牛顿运动规律同其它物体的运动规律一样，遵循牛顿运动定律和质量守恒定律。为达到定量地研究海运动定律和质量守恒定律。为达到定量地研究海水运动规律，以下将简要地介绍一下海水的运动水运动规律，以下将简要地介绍一下海水的运动方程及连续方程。方程及连续方程。2 海流运动方程2 海流运

5、动控制方程 运动方程：所谓海水运动方程，实际上就是牛运动方程：所谓海水运动方程，实际上就是牛顿第二运动定律在海洋中的具体应用。顿第二运动定律在海洋中的具体应用。 ddtVFzyxFdtdwFdtdvFdtdu,在直角坐标系中，它的三个分量方程为： 引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，引潮力 海水运动后派生的力：科氏力，摩擦力 1 重力：重力：地心引力与地球自转产生的惯性离心力的合力。习惯上将单位质量物体所受重力称为重力加速度，以g表示。与纬度和海水深度有关:海面上赤道到极地差为平方米,在中纬度，海面与10km深处的差为平方米。因此，在海洋研究中，一般视其为常数平方米 重力势：重力势：从

6、一水平面逆重力方向移动物体到另一高度所做功。 等势面：等势面：位势相等的面叫等势面。 水平面水平面: 处处与重力垂直的面。 海平面：海平面：海洋表面的平均位置。2 海流运动控制方程 2、压强梯度力、压强梯度力 等压面：等压面：压强相等的面。 压强梯度力：压强梯度力：水体所受静压力的合力； 单位质量水体所受的静压力的合力：与等压面垂直，指向压力减小的方向。即与压强梯度方向相反。 正压场：等压面与等势面平行 斜压场：等压面相对等势面发生倾斜时。 海洋内压场：由海洋中密度差异形成的斜压状态。在海洋上部斜压性很强。 外压场：外部原因（风、降水、江河径流）引起海面倾斜产生的压力场。2 海流运动控制方程

7、3、风应力：、风应力：切应力，将大气动量输送给海水，目前，只能以经验公式给出 4、科氏力：、科氏力：因为地球自转而产生的偏转力 5、摩擦力：、摩擦力：分子粘性力和湍流粘性力2 海流运动控制方程重力重力： G=mg压强梯度力压强梯度力：2 海流运动控制方程科氏力：科氏力：研究地球上的海水或大气的大规研究地球上的海水或大气的大规模运动时，必须考虑地球自转效应，或模运动时，必须考虑地球自转效应，或称为科氏效应。称为科氏效应。2 海流运动控制方程切应力切应力 ： 当两层流体作相对当两层流体作相对运动时，由于分子运动时，由于分子粘滞性，在其界面粘滞性，在其界面上产生的一种切向上产生的一种切向作用力。作用

8、力。 海流运动方程：海流运动方程：2 海流运动控制方程质量连续（流体）方程：质量连续（流体）方程：体积连续方程体积连续方程:(不可压缩不可压缩)边界条件边界条件2 海流运动控制方程3 地转流一、地转流的成因一、地转流的成因 在忽略湍流摩擦力作在忽略湍流摩擦力作用的较深的理想海洋用的较深的理想海洋中，由海水密度分布中，由海水密度分布不均匀所产生水平压不均匀所产生水平压强梯度力与科氏力平强梯度力与科氏力平衡时，海水的定常流衡时，海水的定常流动，称为地转流。动，称为地转流。在北半球垂直于压强梯度力指向右方在北半球垂直于压强梯度力指向右方二、地转方程及其解二、地转方程及其解3 地转流压强梯度力压强梯度

9、力重力重力科氏力科氏力3 地转流三、地转流场与密度场、质量场之间的关系三、地转流场与密度场、质量场之间的关系 海洋中的密度变化是连续的，因此，由于海水密度分布不海洋中的密度变化是连续的，因此，由于海水密度分布不均匀产生斜压场引起的地转流场的变化也应当是连续的。均匀产生斜压场引起的地转流场的变化也应当是连续的。 当海水上层流速大于下层流速时，我们顺流而立，则在北当海水上层流速大于下层流速时，我们顺流而立，则在北半球密度小的海水在右侧，密度大的海水在左侧，等压面半球密度小的海水在右侧，密度大的海水在左侧，等压面自左下向右上倾斜。在南半球则相反。自左下向右上倾斜。在南半球则相反。 可以根据大洋上层等

10、温面（线）或等盐面（线）的倾斜方可以根据大洋上层等温面（线）或等盐面（线）的倾斜方向定性推断地转流的方向。向定性推断地转流的方向。3 地转流四、地转流的动力计算方法四、地转流的动力计算方法 借助于海洋调查中的温度、盐度和深度（压力）资料，根借助于海洋调查中的温度、盐度和深度（压力）资料，根据海水状态方程，首先计算海水的密度或比容，进而计算据海水状态方程，首先计算海水的密度或比容，进而计算等压面之间的位势差，再进行地转流的计算。等压面之间的位势差，再进行地转流的计算。海兰汉森公式海兰汉森公式适应于内压场引起的地转流。适应于内压场引起的地转流。海底为流速参考零面。海底为流速参考零面。4 风海流一、

11、埃克曼无限深海漂流理论一、埃克曼无限深海漂流理论1 1、基本假定、基本假定 在北半球稳定风场长时间作用在无限广阔、无限在北半球稳定风场长时间作用在无限广阔、无限深海的海面上，海水密度均匀，海面（等压面）深海的海面上，海水密度均匀，海面（等压面）是水平的；不考虑科氏力随纬度的变化（但受其是水平的；不考虑科氏力随纬度的变化（但受其作用）；只考虑由铅直湍流导致的水平湍切应力，作用）；只考虑由铅直湍流导致的水平湍切应力，且假定铅直湍流粘滞系数且假定铅直湍流粘滞系数K KZ Z为常量。当湍切应力为常量。当湍切应力与科氏力取得平衡时，海流将趋于稳定状态。与科氏力取得平衡时，海流将趋于稳定状态。 2 2、运

12、动方程及其解、运动方程及其解4 风海流科氏力科氏力湍切应力湍切应力在海面合成流的方向右在海面合成流的方向右偏于风矢量方向偏于风矢量方向45埃克曼螺旋线埃克曼螺旋线4 风海流二、浅海风海流的基本特征二、浅海风海流的基本特征 实际海洋的深度是有限的，特别在浅海中海底的摩擦必须实际海洋的深度是有限的，特别在浅海中海底的摩擦必须考虑。这就导致了它与无限深海漂流结构的差异。考虑。这就导致了它与无限深海漂流结构的差异。 水深越浅，从上层到下层的流速矢量越是趋近风矢量的方水深越浅，从上层到下层的流速矢量越是趋近风矢量的方向。向。 水深（水深（h） 0.5 摩擦深度（摩擦深度（D）时，则与无限深海相似。）时，

13、则与无限深海相似。（D与风速和纬度有关）与风速和纬度有关）4 风海流三、风海流的体积运输三、风海流的体积运输 虽然由风引起海水流动的速度大小和方向各层都不相同，虽然由风引起海水流动的速度大小和方向各层都不相同，但自表面至流动消失处的海水总运输量可由积分计算。对但自表面至流动消失处的海水总运输量可由积分计算。对于无限深海漂流的体积运输，在北半球方向与风矢量垂直，于无限深海漂流的体积运输，在北半球方向与风矢量垂直，且指向右方。且指向右方。 对于浅海风海流的体积运输，偏角对于浅海风海流的体积运输，偏角9090，水深越浅，偏，水深越浅，偏角越小。角越小。四、上升流与下降流四、上升流与下降流 上升流：海

14、水从深层向上涌升；上升流：海水从深层向上涌升； 下降流：海水自上层下沉的铅直向流动。下降流：海水自上层下沉的铅直向流动。 产生原因：赤道附近的信风、大洋中风场的不均匀和大产生原因：赤道附近的信风、大洋中风场的不均匀和大洋上空的气旋与反气旋（如台风）。洋上空的气旋与反气旋（如台风）。成因：大气运动、近地面风带成因：大气运动、近地面风带流向：多为东西流（信风、西风）流向：多为东西流（信风、西风）1、风海流、风海流 盛行风盛行风 风海流名称风海流名称信风带信风带西风带西风带极地东风带极地东风带季风季风东北信风（北半球）东北信风（北半球）东南信风（南半球）东南信风（南半球）北赤道暖流北赤道暖流南赤道暖

15、流南赤道暖流西南风（北半球）西南风（北半球）西北风（南半球）西北风（南半球）西风漂流西风漂流东北风（北半球）东北风（北半球）千岛寒流、拉布拉多寒流千岛寒流、拉布拉多寒流北印度洋冬夏季风北印度洋冬夏季风季风洋流夏顺冬逆季风洋流夏顺冬逆北太平洋暖流、北大西洋暖流北太平洋暖流、北大西洋暖流5 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布2、密度流、密度流a.a.成因：海水温度、盐度不同，导致密度差异成因：海水温度、盐度不同，导致密度差异b.b.流向：密度小流向：密度小 密度大的海域密度大的海域主要分布在海峡处主要分布在海峡处 海峡海峡 表层海水的流向表层海水的流向 底层海水流向底层海水流向直布罗陀海

16、峡直布罗陀海峡 大西洋大西洋 地中海地中海大西洋大西洋 地中海地中海曼德海峡曼德海峡红海红海 印度洋印度洋红海红海 印度洋印度洋卡特加特海峡卡特加特海峡( (含基尔运河含基尔运河) )北海北海 波罗的海波罗的海北海北海 波罗的海波罗的海盐度低盐度低 盐度高的海区盐度高的海区底层海水洋流属何种底层海水洋流属何种?5 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布重要海域的洋流成因分析：重要海域的洋流成因分析： 直布罗陀海峡：表层大西洋流向地中海，底层地中直布罗陀海峡：表层大西洋流向地中海，底层地中海流向大西洋。原因：受地中海地区气候的影响，地中海海流向大西洋。原因：受地中海地区气候的影响，地中海蒸

17、发旺盛，周围河流淡水注入少，海水的盐度高，密度大蒸发旺盛，周围河流淡水注入少，海水的盐度高，密度大，水面降低；而大西洋盐度比地中海低，密度小，海平面，水面降低；而大西洋盐度比地中海低，密度小，海平面低些。低些。 卡特加特海峡：波罗的海流向北海卡特加特海峡：波罗的海流向北海 曼德海峡：表层印度洋流向红海；底层红海流向印曼德海峡：表层印度洋流向红海；底层红海流向印度洋度洋 5 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布12月份，自东向西穿过直布罗陀海峡的航船常遇到月份，自东向西穿过直布罗陀海峡的航船常遇到A.顺风顺水顺风顺水 B.逆风顺水逆风顺水 C.顺风逆水顺风逆水 D.逆风逆水逆风逆水 D5

18、 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布3、补偿流、补偿流由于海水具有连续性和不可压缩性由于海水具有连续性和不可压缩性水平补偿流水平补偿流垂直补偿流垂直补偿流补偿流补偿流上升流上升流下降流下降流n由离岸风吹送而形成的垂直补偿流：由离岸风吹送而形成的垂直补偿流： 加利福尼亚寒流、秘鲁寒流、本格拉寒流等加利福尼亚寒流、秘鲁寒流、本格拉寒流等n为补充因密度流流走而形成的水平补偿流为补充因密度流流走而形成的水平补偿流n 赤道逆流赤道逆流5 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布 寒流的温度不一定比暖流低：寒暖流只是与寒流的温度不一定比暖流低：寒暖流只是与所经过的海区比，阿拉斯加暖流温度比加

19、利福尼所经过的海区比，阿拉斯加暖流温度比加利福尼亚寒流低。亚寒流低。 我国大陆沿岸的沿岸流：冬季受偏北风的影我国大陆沿岸的沿岸流：冬季受偏北风的影响，沿海海水向南流动形成沿岸流（寒流）。响，沿海海水向南流动形成沿岸流（寒流）。按性质分：寒流、暖流按性质分：寒流、暖流5 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布为什么北半球的西风漂流是暖流，而南半球的西为什么北半球的西风漂流是暖流，而南半球的西风漂流却是寒流？风漂流却是寒流？ 北半球，西风漂流是日本暖流和墨西哥湾暖流的延续，分别称为北大西洋暖流和北太平洋暖流。由于这两股暖流的海水是从大洋西部的低纬度流来的，故属暖流性质。 南半球，各大洋的西风

20、漂流连在一起，形成了全球性环流，其性质属寒流，原因是： 1、南半球的西风漂流是环绕南极大陆流动的，而南极大陆是一个冰雪覆盖的大陆，气温极低，影响周围水域的温度 2、南极大陆延伸出来的冰舌，进入海面后形成了漂浮的冰山，这些浮冰融化时吸收大量的热能，从而使海水的温度降低 3、南极大陆的强劲而干冷的极地东风也加剧了海水的降温5 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布u中低纬海区形成了以副热带为中心中低纬海区形成了以副热带为中心的大洋环流：北半球顺时针，南半球的大洋环流：北半球顺时针，南半球逆时针流动；大洋环流的东部为寒流逆时针流动；大洋环流的东部为寒流，西部为暖流。，西部为暖流。u北半球中高纬

21、海区，大洋环流呈逆时北半球中高纬海区，大洋环流呈逆时针流动。针流动。4、洋流模式图及洋流分布规律、洋流模式图及洋流分布规律u南极大陆外围形成西风漂流。南极大陆外围形成西风漂流。u北印度洋季风洋流：夏季顺时针北印度洋季风洋流：夏季顺时针，冬季逆时针。，冬季逆时针。洋流对地理环境的影响洋流对地理环境的影响(1)对气候的影响对气候的影响A A、洋流在高低纬间热能的输送和交换，对调节、洋流在高低纬间热能的输送和交换，对调节 南北温差具有重要意义南北温差具有重要意义B B、洋流对其流经海区沿岸地带的气温和降水的影响、洋流对其流经海区沿岸地带的气温和降水的影响暖流增温增湿；寒流降温减湿暖流增温增湿；寒流降

22、温减湿5 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布(2)对海洋生物分布的影响对海洋生物分布的影响寒暖流相交汇处寒暖流相交汇处日本渔场日本渔场纽芬兰渔场纽芬兰渔场北海渔场北海渔场秘鲁渔场秘鲁渔场摩尔曼斯克摩尔曼斯克我国发展海洋水我国发展海洋水产业的有利条件是产业的有利条件是什么什么?(3)(3)对海洋环境污染的影响对海洋环境污染的影响可以加快净化速度，但也会使污染范围扩大可以加快净化速度，但也会使污染范围扩大(4)(4)对航海事业的影响对航海事业的影响利用洋流规律发展海洋航运，有节约时间，缩短利用洋流规律发展海洋航运，有节约时间，缩短运转周期，节约燃料、减少事故等优点。运转周期，节约燃料、减

23、少事故等优点。1492年年1493年年哥伦布37天20天洋流分布规律洋流分布规律8比比0型型中低纬度中低纬度 大陆东岸暖流大陆东岸暖流 大陆西岸寒流大陆西岸寒流中高纬度中高纬度 大陆西岸暖流大陆西岸暖流 大陆东岸寒流大陆东岸寒流5 世界大洋环流和水团分布世界大洋环流和水团分布北大西洋暖流秘鲁寒流西澳大利亚寒流季风季风洋流洋流西风漂流西风漂流北印度洋海区季风洋流北印度洋海区季风洋流 夏季西南风，海水向东流，呈顺时针方向流动1 1、下列海域中有暖流分布的是：、下列海域中有暖流分布的是： A A大洋东部中高纬海区大洋东部中高纬海区 B B大陆东岸中高纬海区大陆东岸中高纬海区C C大洋东部中低纬海区大

24、洋东部中低纬海区 D D大陆东岸中低纬海区大陆东岸中低纬海区大洋大洋东部东部大陆大陆西岸西岸D高中海洋地理高中海洋地理“洋流洋流”常见习题常见习题2 2：读某大洋局部环流示意图，选择：读某大洋局部环流示意图，选择： 丁丁A A甲甲 丙丙 B B 乙乙若若ABAB线是线是3030度纬线，则这个海域位于（度纬线，则这个海域位于（ ） A A北半球北半球 B B南半球南半球 C C东半球东半球 D D西半球西半球若若ABAB线是线是6060度纬线，则这个海域位于（度纬线，则这个海域位于（ ） A A北半球北半球 B B东半球东半球 C C印度洋印度洋 D D太平洋太平洋若若ABAB线是线是3030度

25、纬线，则这个海域中的乙是度纬线，则这个海域中的乙是风海流暖流寒流补偿流（风海流暖流寒流补偿流（ ） A A B B C C D DBAA高中海洋地理高中海洋地理“洋流洋流”常见习题常见习题3、在世界洋流模式图中，A、B、C、D分别代表4个不同的大洋环流。读图解答 (1)环流 、 呈顺时针方向流动。(2)环流 、 流经大陆西岸时应为寒流。(3)在环流B的 部是形成大渔场的理想海区。假如该图为大西洋，此处应是 渔场 (4)假如该图为太平洋，环流A的西部洋流名称是 ；环流C的南部洋流名称为 。B DB C西北 纽芬兰千岛寒流 西风漂流4、真腊风土记真腊风土记(元元)记载：记载：自温州开船，西南行，历

26、闽、广自温州开船，西南行，历闽、广海外诸州港口，过七洲洋，经交海外诸州港口，过七洲洋，经交趾洋到占城。又自占城顺风可半趾洋到占城。又自占城顺风可半月到真腊；真腊四时常如五六月到真腊；真腊四时常如五六月天，不识霜雪，半年有雨，半月天，不识霜雪，半年有雨，半年绝无；信教者削发穿黄，偏年绝无；信教者削发穿黄，偏袒右肩，其下系黄布裙，跣足。袒右肩，其下系黄布裙，跣足。据此并结合图据此并结合图1，回答下题。，回答下题。1）当时从温州航海前往真腊的较佳）当时从温州航海前往真腊的较佳 时间是时间是A1112月月 B34月月 C56月月 D78月月2）真腊地区的气候属于）真腊地区的气候属于A亚热带季风气候亚热

27、带季风气候 B热带季风气候热带季风气候 C热带沙漠气候热带沙漠气候 D热带雨林气候热带雨林气候AB5、图中等值线的值自北向南递减，下列叙述正确、图中等值线的值自北向南递减，下列叙述正确的是的是 ( )Nab(1)(2)A、如果是等压线图，、如果是等压线图，(1)线为槽线线为槽线B、如果是等高线图，、如果是等高线图，(2)线经过区线经过区域为山谷域为山谷C、如果是海洋表面等温线图，、如果是海洋表面等温线图，(2)线为暖流线为暖流D、如果是等降水量图，、如果是等降水量图，a地降水多地降水多于于b地地AC高中海洋地理高中海洋地理“洋流洋流”常见习题常见习题6 6、北印度洋海区洋流与南印度洋海区洋流环流一致时，下列说法正确、北印度洋海区洋流与南印度洋海区洋流环流一致时，下列说法正确的是的是( )( ) A A、长江中