海洋導(dǎo)論2010C課件

第三章物理海洋學(xué)基礎(chǔ)2023/1/120DepartmentofMarineScience,CUGB物理海洋學(xué)的定義

研究海洋的物理特性、海洋水體的運(yùn)動(dòng)形式和過(guò)程，以及它們與大氣和海底相互作用的學(xué)科。2023/1/121DepartmentofMarineScience,CUGB第一節(jié)海水的物理性質(zhì)第二節(jié)海水的運(yùn)動(dòng)第三節(jié)海氣相互作用第四節(jié)古海洋學(xué)2023/1/122DepartmentofMarineScience,CUGB1.1海水的溫度1.2海水的密度1.3海水的其他性質(zhì)第一節(jié)海水的物理性質(zhì)2023/1/123DepartmentofMarineScience,CUGB1.1海水的溫度海水溫度是海洋中重要而活躍的因素,它對(duì)氣候、生物、海洋沉積等方面有重大影響2023/1/124DepartmentofMarineScience,CUGB太陽(yáng)輻射熱量更加集中于低緯地區(qū)水氣運(yùn)動(dòng)將熱量輸往高緯地區(qū)2023/1/125DepartmentofMarineScience,CUGB海洋水溫的分布2023/1/126DepartmentofMarineScience,CUGB海洋水溫分布的主要特點(diǎn)等溫線帶狀分布,水溫自低緯到高緯遞減熱帶海域水溫最高，水平變化梯度??；南北40°-50°間梯度最大大洋東西兩側(cè)水溫分布有明顯差異夏季大洋水溫明顯高于冬季，冬季水平水溫梯度明顯大于夏季上層水溫垂直梯度大，深層水性質(zhì)均勻，水平和垂直梯度均很小2023/1/127DepartmentofMarineScience,CUGB全球水溫的垂直分布2023/1/128DepartmentofMarineScience,CUGB1.2海水的密度單位體積內(nèi)所含海水的質(zhì)量,單位為g/cm3。海水的密度狀況,是決定洋流運(yùn)動(dòng)的基本因子之一海水密度是海水鹽度和溫度的函數(shù),此外，海水所在的深度（即壓力）對(duì)海水密度也有較大的影響。2023/1/129DepartmentofMarineScience,CUGB海水密度與溫鹽的關(guān)系

海水鹽度越大，密度越大純水的密度在4°C時(shí)最大>4°C時(shí),溫度越高,密度越小<4°C時(shí),溫度越高,密度越大

海水由于含有鹽分，最大密度值偏低海水密度與壓力的關(guān)系是通過(guò)體積變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，體積縮小則密度增大2023/1/1210DepartmentofMarineScience,CUGB鹽度受蒸發(fā)、降雨、淡水排放、結(jié)（融）冰、海水摻混影響表層海水鹽度的分布2023/1/1211DepartmentofMarineScience,CUGB溫鹽密度的經(jīng)向分布特征2023/1/1212DepartmentofMarineScience,CUGB20°N-20°S100m水深內(nèi)密度最小50-150m水深密度垂直梯度最大2023/1/1213DepartmentofMarineScience,CUGB1.3海水的其他性質(zhì)0-80m透光帶80-200m弱光帶>200m無(wú)光帶

透明度水色2023/1/1214DepartmentofMarineScience,CUGB透明度和水色均取決于海水的光學(xué)特性。決定水色和透明度地理分布的主要因素是懸浮物質(zhì)（包括浮游生物）透明度深度水色藍(lán)色水色高（號(hào)碼?。?，褐色水色低（號(hào)碼大）2023/1/1215DepartmentofMarineScience,CUGB水色號(hào)碼1-22-55-99-1011-13水色藍(lán)青藍(lán)青綠綠黃透明度（m)26.723.216.215.55.0大洋水色和透明度對(duì)照表2023/1/1216DepartmentofMarineScience,CUGB第一節(jié)海水基本的物理性質(zhì)第二節(jié)海水的運(yùn)動(dòng)第三節(jié)海氣相互作用第四節(jié)古海洋學(xué)2023/1/1217DepartmentofMarineScience,CUGB第二節(jié)海水的運(yùn)動(dòng)2023/1/1218DepartmentofMarineScience,CUGB第二節(jié)海水的運(yùn)動(dòng)2.1科里奧利效應(yīng)及其對(duì)海水運(yùn)動(dòng)的影響2.2波浪2.3潮汐2.4水團(tuán)和洋流2023/1/1219DepartmentofMarineScience,CUGB2.1科里奧利效應(yīng)1884(Corioliseffect，Coriolisdeflection)在轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的慣性力之一，它是由參考系具有加速度而引起的一種假想的力。例如地球由于自轉(zhuǎn)產(chǎn)生加速度，當(dāng)物體在其上作方向不沿轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)在北（南）半球上受到向右（左）的偏向力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)。2023/1/1220DepartmentofMarineScience,CUGB“科里奧利力”

“CoriolisForce”AxisofrotationFcFw

(weight)

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

(weight)

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

sinF

Vm

地球自轉(zhuǎn)角速度

Ve物體運(yùn)動(dòng)的速度

F地理緯度m物體質(zhì)量

2023/1/1223DepartmentofMarineScience,CUGB科里奧利效應(yīng)及其對(duì)海水運(yùn)動(dòng)的影響2023/1/1224DepartmentofMarineScience,CUGB地面冷熱不均引起大氣運(yùn)動(dòng)2023/1/1225DepartmentofMarineScience,CUGB大氣運(yùn)動(dòng)太陽(yáng)輻射的緯度分布不均，造成高低緯度間的溫度差異垂直運(yùn)動(dòng)—?dú)饬鞯纳仙蛳陆邓竭\(yùn)動(dòng)—風(fēng)原因：表現(xiàn)：2023/1/1226DepartmentofMarineScience,CUGB風(fēng)力大?。核綒鈮禾荻攘孛妗c等壓線成一夾角（水、地、摩）高空—與等壓線平行（水、地）風(fēng)影響因素：風(fēng)向：1、水平氣壓梯度力2、地轉(zhuǎn)偏向力3、摩擦力2023/1/1227DepartmentofMarineScience,CUGB

假設(shè)地球表面是均勻的只考慮高低緯度間的熱量差異，赤道溫度高，極地溫度低，那么在赤道和極地之間會(huì)產(chǎn)生單一的熱力環(huán)流嗎？想一想2023/1/1228DepartmentofMarineScience,CUGB南極北極考慮高低緯間熱量差異----單圈環(huán)流赤道赤道2023/1/1229DepartmentofMarineScience,CUGB赤道與極地之間的單一經(jīng)向環(huán)流不可能存在。在假設(shè)條件下，由于赤道和極地之間存在的溫度差異，導(dǎo)致氣壓差異，高空大氣由赤道上空流向極地上空，近地面大氣由極地流向赤道。但是在地球自轉(zhuǎn)的情況下，大氣一經(jīng)運(yùn)動(dòng)，就會(huì)受到地轉(zhuǎn)偏向力的影響，氣流方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，北半球向右偏，南半球向左偏。2023/1/1230DepartmentofMarineScience,CUGB

假設(shè)地球表面是均勻的，引起大氣運(yùn)動(dòng)的因素是高低緯之間的受熱不均和地轉(zhuǎn)偏向力。我們以北半球?yàn)槔?，分析大氣的運(yùn)動(dòng)狀況。

？！。2023/1/1231DepartmentofMarineScience,CUGB赤道低壓帶極地高壓帶副熱帶高壓帶東北信風(fēng)帶副極地低壓帶中緯西風(fēng)帶極地東風(fēng)帶低緯環(huán)流中緯環(huán)流高緯環(huán)流考慮高低緯間熱量不均，地轉(zhuǎn)偏向力----三圈環(huán)流2023/1/1232DepartmentofMarineScience,CUGB赤道低壓帶副熱帶高壓帶副熱帶高壓帶副極地低壓帶副極地低壓帶極地高壓帶極地高壓帶東北信風(fēng)中緯西風(fēng)極地東風(fēng)東南信風(fēng)中緯西風(fēng)極地東風(fēng)七個(gè)氣壓帶和六個(gè)風(fēng)帶2023/1/1233DepartmentofMarineScience,CUGB氣壓帶分布成因特征氣流氣候赤道低氣壓帶

0°附近熱力原因熱低壓上升濕熱副熱帶高氣壓帶30°附近動(dòng)力原因熱高壓下沉干熱副極地低氣壓帶60°附近動(dòng)力原因冷低壓上升濕溫極地高氣壓帶90°附近熱力原因冷高壓下沉冷干氣壓帶和風(fēng)帶的分布及主要特征2023/1/1234DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1235DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1236DepartmentofMarineScience,CUGB科里奧利效應(yīng)及其對(duì)海水運(yùn)動(dòng)的影響2023/1/1237DepartmentofMarineScience,CUGB海水在風(fēng)的作用下所產(chǎn)生的海面波動(dòng)2.2波浪2023/1/1238DepartmentofMarineScience,CUGB1、決定風(fēng)浪大小的要素：

風(fēng)區(qū)風(fēng)吹經(jīng)的區(qū)域風(fēng)速風(fēng)吹送的速度風(fēng)時(shí)風(fēng)持續(xù)的時(shí)間2023/1/1239DepartmentofMarineScience,CUGB風(fēng)區(qū)岸線2023/1/1240DepartmentofMarineScience,CUGB波長(zhǎng)波高波谷波峰2、波浪形態(tài)的幾何要素2023/1/1241DepartmentofMarineScience,CUGB3、海水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式海水由無(wú)數(shù)質(zhì)點(diǎn)組成，無(wú)風(fēng)時(shí)保持平衡狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)作用時(shí)水質(zhì)點(diǎn)偏離平衡位置，按照風(fēng)行進(jìn)的順序各相鄰水質(zhì)點(diǎn)可產(chǎn)生一個(gè)相等的相位差，用平滑曲線將同一時(shí)刻各水質(zhì)點(diǎn)擺動(dòng)位置相連，即可得到該時(shí)刻的波面。波浪向前運(yùn)動(dòng),僅傳播波形,水質(zhì)點(diǎn)則以平衡位置為中心在原地作等速圓周運(yùn)動(dòng)。2023/1/1242DepartmentofMarineScience,CUGB4、波浪的基本特性波浪的折射，使波浪運(yùn)動(dòng)總是對(duì)著海岸。波浪的繞射，使波浪可繞過(guò)障礙物進(jìn)入港灣。波浪隨深度變化：波高隨水深的增加而減小。2023/1/1243DepartmentofMarineScience,CUGB1)成因分類:風(fēng)浪、暴風(fēng)浪和津浪（Tsunami也稱海嘯）、潮波、內(nèi)波。其中風(fēng)浪是經(jīng)常性持續(xù)起作用的波浪，是影響沉積作用的主要因素；暴風(fēng)浪和津浪均為突變性短暫事件，但它們的作用巨大。5、波浪的類型2023/1/1244DepartmentofMarineScience,CUGB不論海區(qū)的實(shí)際深度如何，只要它大于波浪的波長(zhǎng)之半即可將該種波動(dòng)看作深水波2)按水深與波長(zhǎng)的關(guān)系分：深水波、淺水波2023/1/1245DepartmentofMarineScience,CUGB深水波的動(dòng)態(tài)模擬2023/1/1246DepartmentofMarineScience,CUGB8級(jí)風(fēng)海況3級(jí)風(fēng)海況4級(jí)風(fēng)海況6級(jí)風(fēng)海況7級(jí)風(fēng)海況10級(jí)風(fēng)海況2023/1/1247DepartmentofMarineScience,CUGB2.3

潮汐在天體（月球、太陽(yáng)）作用下，表面海水周期性的起伏運(yùn)動(dòng)稱為潮汐。2023/1/1248DepartmentofMarineScience,CUGB法國(guó)的圣·米歇爾落潮時(shí)漲潮時(shí)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漲時(shí)間高度落潮時(shí)漲潮時(shí)潮汐要素示意圖基準(zhǔn)面2023/1/1250DepartmentofMarineScience,CUGB在地球上向著月亮的地方，月亮的引力大于離心力，則引力起主導(dǎo)作用，海水上升，形成高潮；在背著月亮的地方，離心力大于月亮的引力，離心力起主導(dǎo)作用，海水上升，也形成高潮。地球和月球繞地月系統(tǒng)的公共質(zhì)心運(yùn)動(dòng)，海水質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生背離公共質(zhì)心的離心力，它們大小相等，方向平行；與此同時(shí)，海水質(zhì)點(diǎn)還受到月球的引力作用，它們的方向與離心力相反，且大小依與月球的距離而變化。2、潮汐引力2023/1/1251DepartmentofMarineScience,CUGB月球?qū)Φ厍蛏先我獾攸c(diǎn)單位質(zhì)量物體的引力，減去月亮對(duì)地心單位質(zhì)量物體的引力，所得的力即為引起地球潮汐現(xiàn)象的原動(dòng)力2023/1/1252DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1253DepartmentofMarineScience,CUGB長(zhǎng)江口漲落潮2023/1/1254DepartmentofMarineScience,CUGB半日潮混合潮全日潮3、潮汐的類型半日潮型：一個(gè)太陰日內(nèi)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，前一次高潮和低潮的潮差與后一次高潮和低潮的潮差大致相同，漲潮過(guò)程和落潮過(guò)程的時(shí)間也幾乎相等（6小時(shí)12.5分）。我國(guó)渤海、東海、黃海的多數(shù)地點(diǎn)為半日潮型，如青島、廈門等。全日潮：一個(gè)太陰日內(nèi)只有一次高潮和一次低潮。如南海汕頭、渤海秦皇島等。南海的北部灣是世界上典型的全日潮海區(qū)?；旌铣保阂辉聝?nèi)有些日子出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，但兩次高潮和低潮的潮差相差較大，漲潮過(guò)程和落潮過(guò)程的時(shí)間也不等；而另一些日子則出現(xiàn)一次高潮和一次低潮。我國(guó)南海多數(shù)地點(diǎn)屬混合潮型。如榆林港，十五天出現(xiàn)全日潮，其余日子為不規(guī)則的半日潮，潮差較大。2023/1/1255DepartmentofMarineScience,CUGB1、水團(tuán)(watermass)

海洋里規(guī)模宏大而溫、鹽相對(duì)均勻的水體。大多數(shù)水團(tuán)形成于確定海區(qū)的表層，少量則形成于海洋內(nèi)部的混合作用。表層水團(tuán)

次表層水團(tuán)

中層水團(tuán)

深層水團(tuán)

底層水團(tuán)2.4水團(tuán)和洋流2023/1/1256DepartmentofMarineScience,CUGB水團(tuán)多數(shù)形成于海洋表層：赤道：高溫低鹽副熱帶：高溫高鹽副極地：低溫低鹽極地：低溫低鹽或低溫高鹽下部各水團(tuán)均由表層水團(tuán)下沉生成：南極底層水、

北大西洋深層水、

南極中層水、

北大西洋中層水、次表層水2023/1/1257DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1258DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1259DepartmentofMarineScience,CUGB南極底層水(AntarcticBottomWaterAABW)

源地：南極威德爾海

>4000m

北大西洋深層水（NorthAtlanticDeepWater，NADW）源地：北大西洋挪威海1500-4000m南極中層水

（AntarcticIntermediateWaterAAIW）

源地：南極輻聚帶（南緯55°左右海區(qū)）800-1500m北大西洋中層水(NorthAtlanticIntermediateWater)

源地:

西北輻聚帶(北緯60°左右海區(qū))次表層水源地:

南北亞熱帶輻聚帶(南北30°左右海區(qū))

200-800m2023/1/1260DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1261DepartmentofMarineScience,CUGB現(xiàn)代海洋的深層環(huán)流圖黑實(shí)線表示主要深層流，虛線代表次要深層回流；紅圓點(diǎn)表示冷的密度較大水團(tuán)的主要發(fā)源地。2023/1/1262DepartmentofMarineScience,CUGB從格陵蘭至南極、大西洋橫斷面圖2023/1/1263DepartmentofMarineScience,CUGB2、洋流（oceancurrent）

海洋中具有相對(duì)穩(wěn)定的流速和流向的大規(guī)模的海水運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上是重力和風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下形成的聯(lián)合效應(yīng)。

密度流

吹送流

補(bǔ)償流

潮流2023/1/1264DepartmentofMarineScience,CUGB三類洋流：(成因分類)吹送流（風(fēng)海流）密度流補(bǔ)償流2023/1/1265DepartmentofMarineScience,CUGB艾克曼螺旋EckmanSpiral1893年，南森皮葉克尼斯2023/1/1266DepartmentofMarineScience,CUGB①吹送流：（以西部邊界流為例）墨西哥灣流（Gulfcurrent）黑潮（Kurashio）環(huán)南極流（AntarcticCircumpolarCurrent即“ACC”）2023/1/1267DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1268DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1269DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1270DepartmentofMarineScience,CUGB

表層寬度：100-150km②墨西哥灣流

表層流速：250cm/S

MexicoGulfcurrent

最大流量:100×106m3/S墨西哥灣流與風(fēng)驅(qū)表層洋流圖尤卡坦2023/1/1271DepartmentofMarineScience,CUGB前蘇聯(lián)工程師舒米林和波里索夫曾精心設(shè)計(jì)過(guò)一個(gè)調(diào)動(dòng)兩洋海水的龐大工程，74km、高50米～60米的巨型堤壩；美國(guó)科學(xué)家蓋爾哈撒韋反對(duì)：設(shè)想從格陵蘭到挪威建筑一條長(zhǎng)約1700公里的海上大壩，把北冰洋和大西洋攔腰截?cái)啵柚勾笪餮笈鬟M(jìn)入北冰洋。他認(rèn)為，如果大西洋溫暖的海水把北冰洋巨大浮冰融化，便會(huì)造成悲劇的冰河時(shí)代。2023/1/1272DepartmentofMarineScience,CUGB③黑潮Kurashio表層寬度：100-200km深400-500m

表層流速：3-4km/h

最大流量:65×106m3/S20倍東經(jīng)142°北緯35°2023/1/1273DepartmentofMarineScience,CUGB表層寬度：近2000km

表層流速：15-20cm/S

最大流量:190×106m3/S④環(huán)南極流ACC2023/1/1274DepartmentofMarineScience,CUGB⑤補(bǔ)償流赤道上升流離岸上升流極地上升流2023/1/1275DepartmentofMarineScience,CUGB上升流形成機(jī)理形成上升流的幾種形式2023/1/1276DepartmentofMarineScience,CUGB世界上升流區(qū)的分布2023/1/1277DepartmentofMarineScience,CUGB全球高生產(chǎn)力區(qū)2023/1/1278DepartmentofMarineScience,CUGB3、密度流與全球環(huán)流體系A(chǔ)ABC

(W)NADC

(W)表層-深層水循環(huán)和全球熱傳送帶2023/1/1279DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1280DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1281DepartmentofMarineScience,CUGB第一節(jié)海水基本的物理性質(zhì)第二節(jié)海水的運(yùn)動(dòng)第三節(jié)海氣相互作用第四節(jié)古海洋學(xué)2023/1/1282DepartmentofMarineScience,CUGB第三節(jié)

海氣相互作用2023/1/1283DepartmentofMarineScience,CUGB3.1

海氣間的物質(zhì)交換3.2

海氣間的能量交換3.3

海洋對(duì)大氣的熱、水貢獻(xiàn)及氣候效應(yīng)3.4

厄爾尼諾與拉尼娜2023/1/1284DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1285DepartmentofMarineScience,CUGB蒸發(fā)和降水CO2陸源物質(zhì)和火山灰、宇宙塵3.1海氣間的物質(zhì)交換2023/1/1286DepartmentofMarineScience,CUGB3.2海氣間的能量交換

1、風(fēng)動(dòng)量傳給海水產(chǎn)生洋流和波浪，將海洋表面吸收的太陽(yáng)能傳遞至下層2、高低氣壓中心促成海水輻聚或輻散3、海洋是大氣的熱源、熱匯及水汽源、水汽匯2023/1/1287DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1288DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1289DepartmentofMarineScience,CUGB3.3厄爾尼諾(ElNino)與拉尼娜(LaNina)2023/1/1290DepartmentofMarineScience,CUGB正常年份厄爾尼諾年2023/1/1291DepartmentofMarineScience,CUGB2023/1/1292DepartmentofMarineScience,CUGB東亞季風(fēng)和南亞季風(fēng)的耦合關(guān)系及其與水溫變化的聯(lián)系2023/1/1293DepartmentofMarineScience,CUGB第一節(jié)海水基本的物理性質(zhì)第二節(jié)海水的運(yùn)動(dòng)第三節(jié)海氣相互