海洋导论2010C课件

第三章物理海洋学基础2023/1/120DepartmentofMarineScience,CUGB物理海洋学的定义

研究海洋的物理特性、海洋水体的运动形式和过程，以及它们与大气和海底相互作用的学科。2023/1/121DepartmentofMarineScience,CUGB第一节海水的物理性质第二节海水的运动第三节海气相互作用第四节古海洋学2023/1/122DepartmentofMarineScience,CUGB1.1海水的温度1.2海水的密度1.3海水的其他性质第一节海水的物理性质2023/1/123DepartmentofMarineScience,CUGB1.1海水的温度海水温度是海洋中重要而活跃的因素,它对气候、生物、海洋沉积等方面有重大影响2023/1/124DepartmentofMarineScience,CUGB太阳辐射热量更加集中于低纬地区水气运动将热量输往高纬地区2023/1/125DepartmentofMarineScience,CUGB海洋水温的分布2023/1/126DepartmentofMarineScience,CUGB海洋水温分布的主要特点等温线带状分布,水温自低纬到高纬递减热带海域水温最高，水平变化梯度小；南北40°-50°间梯度最大大洋东西两侧水温分布有明显差异夏季大洋水温明显高于冬季，冬季水平水温梯度明显大于夏季上层水温垂直梯度大，深层水性质均匀，水平和垂直梯度均很小2023/1/127DepartmentofMarineScience,CUGB全球水温的垂直分布2023/1/128DepartmentofMarineScience,CUGB1.2海水的密度单位体积内所含海水的质量,单位为g/cm3。海水的密度状况,是决定洋流运动的基本因子之一海水密度是海水盐度和温度的函数,此外，海水所在的深度（即压力）对海水密度也有较大的影响。2023/1/129DepartmentofMarineScience,CUGB海水密度与温盐的关系

海水盐度越大，密度越大纯水的密度在4°C时最大>4°C时,温度越高,密度越小<4°C时,温度越高,密度越大

海水由于含有盐分，最大密度值偏低海水密度与压力的关系是通过体积变化来实现的，体积缩小则密度增大2023/1/1210DepartmentofMarineScience,CUGB盐度受蒸发、降雨、淡水排放、结（融）冰、海水掺混影响表层海水盐度的分布2023/1/1211DepartmentofMarineScience,CUGB温盐密度的经向分布特征2023/1/1212DepartmentofMarineScience,CUGB20°N-20°S100m水深内密度最小50-150m水深密度垂直梯度最大2023/1/1213DepartmentofMarineScience,CUGB1.3海水的其他性质0-80m透光带80-200m弱光带>200m无光带

透明度水色2023/1/1214DepartmentofMarineScience,CUGB透明度和水色均取决于海水的光学特性。决定水色和透明度地理分布的主要因素是悬浮物质（包括浮游生物）透明度深度水色蓝色水色高（号码小），褐色水色低（号码大）2023/1/1215DepartmentofMarineScience,CUGB水色号码1-22-55-99-1011-13水色蓝青蓝青绿绿黄透明度（m)26.723.216.215.55.0大洋水色和透明度对照表2023/1/1216DepartmentofMarineScience,CUGB第一节海水基本的物理性质第二节海水的运动第三节海气相互作用第四节古海洋学2023/1/1217DepartmentofMarineScience,CUGB第二节海水的运动2023/1/1218DepartmentofMarineScience,CUGB第二节海水的运动2.1科里奥利效应及其对海水运动的影响2.2波浪2.3潮汐2.4水团和洋流2023/1/1219DepartmentofMarineScience,CUGB2.1科里奥利效应1884(Corioliseffect，Coriolisdeflection)在转动系统中出现的惯性力之一，它是由参考系具有加速度而引起的一种假想的力。例如地球由于自转产生加速度，当物体在其上作方向不沿转轴的运动时，就会在北（南）半球上受到向右（左）的偏向力的作用发生偏转。2023/1/1220DepartmentofMarineScience,CUGB“科里奥利力”

“CoriolisForce”AxisofrotationFcFw

(weight)

=Fg(gravity)+Fc(centrifugal)CenterofearthFwFg2023/1/1221DepartmentofMarineScience,CUGBFc2023/1/1222DepartmentofMarineScience,CUGBFw

(weight)

=Fg(gravity)+Fc(centrifugal)Coriolisforce（CorF）=2mVmVe

sinF

Vm

地球自转角速度

Ve物体运动的速度

F地理纬度m物体质量

2023/1/1223DepartmentofMarineScience,CUGB科里奥利效应及其对海水运动的影响2023/1/1224DepartmentofMarineScience,CUGB地面冷热不均引起大气运动2023/1/1225DepartmentofMarineScience,CUGB大气运动太阳辐射的纬度分布不均，造成高低纬度间的温度差异垂直运动—气流的上升或下降水平运动—风原因：表现：2023/1/1226DepartmentofMarineScience,CUGB风力大小：水平气压梯度力近地面—与等压线成一夹角（水、地、摩）高空—与等压线平行（水、地）风影响因素：风向：1、水平气压梯度力2、地转偏向力3、摩擦力2023/1/1227DepartmentofMarineScience,CUGB

假设地球表面是均匀的只考虑高低纬度间的热量差异，赤道温度高，极地温度低，那么在赤道和极地之间会产生单一的热力环流吗？想一想2023/1/1228DepartmentofMarineScience,CUGB南极北极考虑高低纬间热量差异----单圈环流赤道赤道2023/1/1229DepartmentofMarineScience,CUGB赤道与极地之间的单一经向环流不可能存在。在假设条件下，由于赤道和极地之间存在的温度差异，导致气压差异，高空大气由赤道上空流向极地上空，近地面大气由极地流向赤道。但是在地球自转的情况下，大气一经运动，就会受到地转偏向力的影响，气流方向发生偏转，北半球向右偏，南半球向左偏。2023/1/1230DepartmentofMarineScience,CUGB

假设地球表面是均匀的，引起大气运动的因素是高低纬之间的受热不均和地转偏向力。我们以北半球为例，分析大气的运动状况。

？！。2023/1/1231DepartmentofMarineScience,CUGB赤道低压带极地高压带副热带高压带东北信风带副极地低压带中纬西风带极地东风带低纬环流中纬环流高纬环流考虑高低纬间热量不均，地转偏向力----三圈环流2023/1/1232DepartmentofMarineScience,CUGB赤道低压带副热带高压带副热带高压带副极地低压带副极地低压带极地高压带极地高压带东北信风中纬西风极地东风东南信风中纬西风极地东风七个气压带和六个风带2023/1/1233DepartmentofMarineScience,CUGB气压带分布成因特征气流气候赤道低气压带

0°附近热力原因热低压上升湿热副热带高气压带30°附近动力原因热高压下沉干热副极地低气压带60°附近动力原因冷低压上升湿温极地高气压带90°附近热力原因冷高压下沉冷干气压带和风带的分布及主要特征2023/1/1234DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1235DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1236DepartmentofMarineScience,CUGB科里奥利效应及其对海水运动的影响2023/1/1237DepartmentofMarineScience,CUGB海水在风的作用下所产生的海面波动2.2波浪2023/1/1238DepartmentofMarineScience,CUGB1、决定风浪大小的要素：

风区风吹经的区域风速风吹送的速度风时风持续的时间2023/1/1239DepartmentofMarineScience,CUGB风区岸线2023/1/1240DepartmentofMarineScience,CUGB波长波高波谷波峰2、波浪形态的几何要素2023/1/1241DepartmentofMarineScience,CUGB3、海水质点的运动方式海水由无数质点组成，无风时保持平衡状态。当风作用时水质点偏离平衡位置，按照风行进的顺序各相邻水质点可产生一个相等的相位差，用平滑曲线将同一时刻各水质点摆动位置相连，即可得到该时刻的波面。波浪向前运动,仅传播波形,水质点则以平衡位置为中心在原地作等速圆周运动。2023/1/1242DepartmentofMarineScience,CUGB4、波浪的基本特性波浪的折射，使波浪运动总是对着海岸。波浪的绕射，使波浪可绕过障碍物进入港湾。波浪随深度变化：波高随水深的增加而减小。2023/1/1243DepartmentofMarineScience,CUGB1)成因分类:风浪、暴风浪和津浪（Tsunami也称海啸）、潮波、内波。其中风浪是经常性持续起作用的波浪，是影响沉积作用的主要因素；暴风浪和津浪均为突变性短暂事件，但它们的作用巨大。5、波浪的类型2023/1/1244DepartmentofMarineScience,CUGB不论海区的实际深度如何，只要它大于波浪的波长之半即可将该种波动看作深水波2)按水深与波长的关系分：深水波、浅水波2023/1/1245DepartmentofMarineScience,CUGB深水波的动态模拟2023/1/1246DepartmentofMarineScience,CUGB8级风海况3级风海况4级风海况6级风海况7级风海况10级风海况2023/1/1247DepartmentofMarineScience,CUGB2.3

潮汐在天体（月球、太阳）作用下，表面海水周期性的起伏运动称为潮汐。2023/1/1248DepartmentofMarineScience,CUGB法国的圣·米歇尔落潮时涨潮时2023/1/1249DepartmentofMarineScience,CUGB1、潮汐要素高潮高潮低潮高潮高低潮高潮差落潮潮涨时间高度落潮时涨潮时潮汐要素示意图基准面2023/1/1250DepartmentofMarineScience,CUGB在地球上向着月亮的地方，月亮的引力大于离心力，则引力起主导作用，海水上升，形成高潮；在背着月亮的地方，离心力大于月亮的引力，离心力起主导作用，海水上升，也形成高潮。地球和月球绕地月系统的公共质心运动，海水质点产生背离公共质心的离心力，它们大小相等，方向平行；与此同时，海水质点还受到月球的引力作用，它们的方向与离心力相反，且大小依与月球的距离而变化。2、潮汐引力2023/1/1251DepartmentofMarineScience,CUGB月球对地球上任意地点单位质量物体的引力，减去月亮对地心单位质量物体的引力，所得的力即为引起地球潮汐现象的原动力2023/1/1252DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1253DepartmentofMarineScience,CUGB长江口涨落潮2023/1/1254DepartmentofMarineScience,CUGB半日潮混合潮全日潮3、潮汐的类型半日潮型：一个太阴日内出现两次高潮和两次低潮，前一次高潮和低潮的潮差与后一次高潮和低潮的潮差大致相同，涨潮过程和落潮过程的时间也几乎相等（6小时12.5分）。我国渤海、东海、黄海的多数地点为半日潮型，如青岛、厦门等。全日潮：一个太阴日内只有一次高潮和一次低潮。如南海汕头、渤海秦皇岛等。南海的北部湾是世界上典型的全日潮海区。混合潮：一月内有些日子出现两次高潮和两次低潮，但两次高潮和低潮的潮差相差较大，涨潮过程和落潮过程的时间也不等；而另一些日子则出现一次高潮和一次低潮。我国南海多数地点属混合潮型。如榆林港，十五天出现全日潮，其余日子为不规则的半日潮，潮差较大。2023/1/1255DepartmentofMarineScience,CUGB1、水团(watermass)

海洋里规模宏大而温、盐相对均匀的水体。大多数水团形成于确定海区的表层，少量则形成于海洋内部的混合作用。表层水团

次表层水团

中层水团

深层水团

底层水团2.4水团和洋流2023/1/1256DepartmentofMarineScience,CUGB水团多数形成于海洋表层：赤道：高温低盐副热带：高温高盐副极地：低温低盐极地：低温低盐或低温高盐下部各水团均由表层水团下沉生成：南极底层水、

北大西洋深层水、

南极中层水、

北大西洋中层水、次表层水2023/1/1257DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1258DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1259DepartmentofMarineScience,CUGB南极底层水(AntarcticBottomWaterAABW)

源地：南极威德尔海

>4000m

北大西洋深层水（NorthAtlanticDeepWater，NADW）源地：北大西洋挪威海1500-4000m南极中层水

（AntarcticIntermediateWaterAAIW）

源地：南极辐聚带（南纬55°左右海区）800-1500m北大西洋中层水(NorthAtlanticIntermediateWater)

源地:

西北辐聚带(北纬60°左右海区)次表层水源地:

南北亚热带辐聚带(南北30°左右海区)

200-800m2023/1/1260DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1261DepartmentofMarineScience,CUGB现代海洋的深层环流图黑实线表示主要深层流，虚线代表次要深层回流；红圆点表示冷的密度较大水团的主要发源地。2023/1/1262DepartmentofMarineScience,CUGB从格陵兰至南极、大西洋横断面图2023/1/1263DepartmentofMarineScience,CUGB2、洋流（oceancurrent）

海洋中具有相对稳定的流速和流向的大规模的海水运动。这种运动本质上是重力和风力驱动下形成的联合效应。

密度流

吹送流

补偿流

潮流2023/1/1264DepartmentofMarineScience,CUGB三类洋流：(成因分类)吹送流（风海流）密度流补偿流2023/1/1265DepartmentofMarineScience,CUGB艾克曼螺旋EckmanSpiral1893年，南森皮叶克尼斯2023/1/1266DepartmentofMarineScience,CUGB①吹送流：（以西部边界流为例）墨西哥湾流（Gulfcurrent）黑潮（Kurashio）环南极流（AntarcticCircumpolarCurrent即“ACC”）2023/1/1267DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1268DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1269DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1270DepartmentofMarineScience,CUGB

表层宽度：100-150km②墨西哥湾流

表层流速：250cm/S

MexicoGulfcurrent

最大流量:100×106m3/S墨西哥湾流与风驱表层洋流图尤卡坦2023/1/1271DepartmentofMarineScience,CUGB前苏联工程师舒米林和波里索夫曾精心设计过一个调动两洋海水的庞大工程，74km、高50米～60米的巨型堤坝；美国科学家盖尔哈撒韦反对：设想从格陵兰到挪威建筑一条长约1700公里的海上大坝，把北冰洋和大西洋拦腰截断，阻止大西洋暖流进入北冰洋。他认为，如果大西洋温暖的海水把北冰洋巨大浮冰融化，便会造成悲剧的冰河时代。2023/1/1272DepartmentofMarineScience,CUGB③黑潮Kurashio表层宽度：100-200km深400-500m

表层流速：3-4km/h

最大流量:65×106m3/S20倍东经142°北纬35°2023/1/1273DepartmentofMarineScience,CUGB表层宽度：近2000km

表层流速：15-20cm/S

最大流量:190×106m3/S④环南极流ACC2023/1/1274DepartmentofMarineScience,CUGB⑤补偿流赤道上升流离岸上升流极地上升流2023/1/1275DepartmentofMarineScience,CUGB上升流形成机理形成上升流的几种形式2023/1/1276DepartmentofMarineScience,CUGB世界上升流区的分布2023/1/1277DepartmentofMarineScience,CUGB全球高生产力区2023/1/1278DepartmentofMarineScience,CUGB3、密度流与全球环流体系AABC

(W)NADC

(W)表层-深层水循环和全球热传送带2023/1/1279DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1280DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1281DepartmentofMarineScience,CUGB第一节海水基本的物理性质第二节海水的运动第三节海气相互作用第四节古海洋学2023/1/1282DepartmentofMarineScience,CUGB第三节

海气相互作用2023/1/1283DepartmentofMarineScience,CUGB3.1

海气间的物质交换3.2

海气间的能量交换3.3

海洋对大气的热、水贡献及气候效应3.4

厄尔尼诺与拉尼娜2023/1/1284DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1285DepartmentofMarineScience,CUGB蒸发和降水CO2陆源物质和火山灰、宇宙尘3.1海气间的物质交换2023/1/1286DepartmentofMarineScience,CUGB3.2海气间的能量交换

1、风动量传给海水产生洋流和波浪，将海洋表面吸收的太阳能传递至下层2、高低气压中心促成海水辐聚或辐散3、海洋是大气的热源、热汇及水汽源、水汽汇2023/1/1287DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1288DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1289DepartmentofMarineScience,CUGB3.3厄尔尼诺(ElNino)与拉尼娜(LaNina)2023/1/1290DepartmentofMarineScience,CUGB正常年份厄尔尼诺年2023/1/1291DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1292DepartmentofMarineScience,CUGB东亚季风和南亚季风的耦合关系及其与水温变化的联系2023/1/1293DepartmentofMarineScience,CUGB第一节海水基本的物理性质第二节海水的运动第三节海气相互