海洋物理現(xiàn)象

Review大氣的垂直結(jié)構(gòu)(basedontemperaturevariations)Troposphere對流層(weatherzone)Stratosphere平流層Mesosphere中層Thermosphere熱成層Exosphere逸散層Variables:Temperature（不同溫標(biāo)之間的換算）,Pressure,Humidity,Wind（風(fēng)向的表示）大尺度水平運(yùn)動基本上是在水平氣壓梯度力和科氏力相平衡下維持的地轉(zhuǎn)平衡運(yùn)動三圈環(huán)流（哈得萊環(huán)流、費(fèi)雷爾環(huán)流和極地環(huán)流）Monsoon(季風(fēng)）(WetSummerMonsoon;DrywinterMonsoon)臺風(fēng)（也稱颶風(fēng)、熱帶風(fēng)暴和氣旋。產(chǎn)生于熱帶海洋，強(qiáng)氣旋式渦旋）ENSO是厄爾尼諾和南方濤動的合稱。ElNinoandLaNina正常年的東西向環(huán)流（沃克環(huán)流）1)東岸冷海水與暖海水的交界面（溫躍層－thermocline）貼近洋面；2)西太平洋的大氣有旺盛的對流，造就印尼的熱帶雨林但幾年后，由于熱帶地區(qū)東風(fēng)減弱，洋面上暖海水被向西推動的力量減弱了，東太平洋洋面的溫度乃告上升這時東西太平洋洋面的溫度梯度倒過來了，赤道上的沃克環(huán)流也跟著顛倒了過來，原來下雨的地方變成干旱，原來干旱的地方洪水泛濫，形成反常氣候。特別要注意赤道太平洋的東岸，海水溫躍層現(xiàn)在深入深海之中。ThemechanismOceanResponsetoAtmosphericConditionsTypicalConditionsThermoclineWestEastPhytoplanktonthrivingintheupwellingalongtheequatorshowupasathin,lightblueband.ThehighphytoplanktonconcentrationinducedbyupwellingalongtheSouthAmericancoastsupportoneoftheworld’srichestfisheries.EquatorOceanResponsetoAtmosphericConditionsENSOConditionsUpwellingdecreasesSealevelrisesThermoclinerisesSealeveldropsEasterliesweakenEquatorSurfacewatersurgeseastwardalongequatorThermoclineplungesBiologicalConsequencesofENSOSatelliteRemoteSensingTypicalConditionsSatelliteRemoteSensingENSOConditionsTheElNinoSouthernOscillation(ENSO)andexamplesofitsecologicaleffectsStensethN.C.,etal,2002.Science,V297,1292Ocean-surfaceelevationmeasuredbyTOPEX/Poseidon.南方濤動指數(shù)(SOI)Chavez,F.P.,etal,1999.Sicence,V286,2126ElNino發(fā)展期間，上層暖水范圍增加、溫躍層下降、CO2分壓降低、營養(yǎng)鹽濃度驟減、葉綠素濃度只為正常年份的一半。上升流的變動是其物理機(jī)制。赤道東太平洋對1997-1998年ElNino事件的生物化學(xué)響應(yīng)Feb.281995Mar.91995Mar.271995Feb.81998Feb.251998Mar.1319981998年2月8日，以20C等溫線定義的暖水舌端已到達(dá)24N；2月25日逼近25N1995年2月28日，才觀測到20C等溫線舌端接近24N；3月9日，暖水才推移到24.5°N附近海域。在ElNi?o達(dá)到高峰的1998年2-3月，北上暖水強(qiáng)度明顯增強(qiáng)1986-2004年間冬季平均的a)MEI(MultivariateENSOIndex)、b)SSTA(海表溫度距平)、c)R(暖冷水面積比值)、d)HChl(高葉綠素區(qū)面積)和e)MWSA(經(jīng)向風(fēng)應(yīng)力距平)時間系列示意圖1997/1998年冬季發(fā)生強(qiáng)暖事件，SSTA達(dá)到~1.4oC（1985-2003)；暖(SST空間距平+2C）冷(SST空間距平-2C)水面積比R達(dá)到高值，相應(yīng)強(qiáng)南風(fēng)距平，指示南下富營養(yǎng)沿岸流的減弱和北上寡營養(yǎng)暖水影響的擴(kuò)大；SeaWiFS葉綠素〉1mg/m3的面積僅為2001年的1/2；–1995temperature;o-1998temperature;▲–1995salinity;-1998salinity.–1995nitrate;o-1998nitrate.–1995chlorophyll-a;o-1998chlorophyll-a.1995、1998年3月初海峽中部實測數(shù)據(jù)的比較鹽度從1995年的<33.8變到1998年的>34.8增加了1個鹽度單位，而溫度從<16C變到>19C增加了>3C。硝酸鹽從1995年的6M降到了1998年的不可檢測限，葉綠素濃度下降了1/2http:///tao/jsdisplay/

研究意義(Significanceofresearch)

生物(organism)：植物(plant)，光合作用(photosynthesis)；

動物(animal)，晝夜遷棲習(xí)慣。

區(qū)分水團(tuán)和海流：光的散射(Scatter)和吸收(Absorption)與懸浮物質(zhì)(SuspendMaterial)、混濁度(Turbidity)有關(guān)。

海洋中的光現(xiàn)象（UnderwaterLight)海洋熱力狀況：海水吸收輻射能主要在表層。

海底攝影

Amountoflightenteringtheoceandependsupontheheightofthesunabovethehorizonandthesmoothnessofseasurface.海水的光學(xué)特性(Opticalcharacterofseawater)Electromagneticspectrum(電磁波)Visiblelightoccupyaverynarrowsegmentofthespectrum.太陽輻射能譜：

紅外(infrared)、可見(visible)、紫外線(ultravioletradiation)LightTransmissioninSeawater60%oflightenteringtheoceanisabsorbedwithinthefirstmeterandconvertedintoheat.Only1%oflightenteringtheoceanreaches150m.Nolightpenetratesbelow1000m.Waterdisplaystheselectiveabsorptionoflight

withlongwavelengthsabsorbedfirstandshortwavelengthsabsorbedlast.Redabsorbedintop10mYellowto100mBlueandgreento250m選擇性吸收Intheopenocean,bluelightpenetratesthedeepest.Inturbidcoastalwaterslightrarelypenetratesdeeperthan20m.andthewaterappearsyellowtogreenbecauseparticlesreflectthesewavelengths.ColorintheOceanColorappearsbecauseitisreflected;notabsorbedUnproductivewatercarrieslittleornoalgaeoryellowsubstances\blue("desertcolor")Objectsthatarenotdirectlyintheindividual’slineofsightcanbeseeninwaterbecauseoftherefraction(折射)ofthelightrays.Therefractioniscausedbythedecreasedspeedoflightinwater.Inair3x10(8th)m/secInwater2x10(8th)m/secWhathappenstolightintheOcean?Theintensitydecreasesexponentially

ThisdropiscausedbyAttenuation(衰減)Twotypes:Absorption(吸收)Scattering(散射)Absorption:Involvestheconversionofelectromagneticenergyintootherformssuchasheatorchemicalenergy(photosynthesis光合作用)Scattering:Changesinthedirectionoftheelectromagneticenergyasaresultofmultiplereflectionsfromsuspendedparticles.AbsorptionandScatteringAbsorption:(Energyconversion)Phytoplankton(photosynthesis)lightisanenergysourceScattering:(Reflectionfromsuspendedparticles)Inshort,thegreatertheturbidity,thegreaterthedegreeofscattering.透明度和水色(Transparency&Watercolor)

1)透明度(transparency):

相對透明度：直徑30cm的白色圓盤垂直沉入海水中，直到剛看不見為止的深度。

透明度儀：一束準(zhǔn)平行光束，經(jīng)過一段距離后其光能強(qiáng)度與原強(qiáng)度之比。

L=1/γ為衰減長度。

2)水色(watercolor)：

將透明度盤提升至透明度一半深度處，俯視透明度盤之上的水柱顏色。由海水的光學(xué)性質(zhì)決定。

水色計3）海色(seacolor)：站在岸邊觀察的海水的顏色。主要是反映天空的顏色。

透明度和水色的分布(Distributionoftransparency&watercolor)：

二者分布一致。

淺海透明度小，水色低；遠(yuǎn)洋透明度大，水色高。

低緯透明度大，水色高；高緯透明度小，水色低。其分布與海流方向一致。

MeasuringDevicesSecchiDisk(透明度盤)Simple,easy,cheapmeansofassessingwaterclarityBeamTransmissometerOwnlightsourceandreceiver;directionallightMeasuresClarity．．．OceanColor(水色)聲波在海洋中的傳播

Underwatersound1聲速（SpeedofSound）CompressionorpressurewaveTheaveragevelocityofsoundinseawateris1500m/s,334m/sindryairIn1826,CharlesSturm(left)andDanielColladon(right)madethefirstaccuratemeasurementofthespeedofsoundinwater.SturmrangasubmergedbellandColladonusedastopwatchtonotethelengthoftimeittookthesoundtotravelacrossLakeGeneva.Theirmeasurementof1,435meterspersecondwasonly3meterspersecondofffromthespeedacceptedtoday(reprintedwithpermissionfromtheAcousticalSocietyofAmerica).Thespeedofsoundinwaterincreasesassalinity,temperatureandpressureincrease,butintheocean,thespeedofsoundismainlyafunctionoftemperatureandpressure.Anincreaseof1oC→anincreaseinc(speedofsound)ofabout3m/sAnincreaseof1ppt→anincreaseincof1.1m/sAnincreaseindepthof100m→anincreaseinpressureofnearly10atmospheres→cincreasesbyabout1.8m/s

SoundVelocityProfileExampleInthetopthousandorsometerswhereDT↑,cisgovernedlargelybytemperatureBelowthepermanentthermocline,neithertemperatureorsalinityvarygreatlysopressurebecomesthedominantcontroloncInthethermocline,temperatureandpressurecompetefordominance...temperaturewinsVerticalisgreaterthanhorizontalvariationincSoundVelocityProfileSOFAR(SOundFixingAndRanging)Channel(水下聲道)islocatedwheresoundspeedisataminimum.Refractionofsoundwaveswithinthechannelpreventsdispersionofthesoundenergyandsoundwavestravelfor1000sofkilometerswithinthechannel.聲速極小值所在平面稱聲道軸,聲波在其可傳播很遠(yuǎn)，此即水下聲道現(xiàn)象(soundchannel)。聲波在海洋中的傳播(Transmissionofsoundinsea)波導(dǎo)型：

(dc/dz)>0，即聲速隨深度增加而增大，聲線向上彎曲，在海面或某層反射向前傳播，不存在海底的吸收和散射，聲能傳播距離遠(yuǎn)。多見于冬季淺海和深海2000m以下。在淺海亦稱表面聲道。聲吶在淺海冬季比夏季傳播遠(yuǎn)。

反波導(dǎo)型：

(dc/dz)<0，聲線彎向海底，由于海底對聲波的吸收和散射，經(jīng)海底反射回來的聲能減弱，且存在聲陰影區(qū)。聲傳播距離受到限制。夏季淺海的“午后效應(yīng)”。

Soundwaveschangevelocityandrefractastheytravelatananglethoughtwaterlayersofdifferentdensities.分裂型：

某層存在聲速最大層，聲能部分向上部分向下折射，使到達(dá)某區(qū)的聲能減小，存在聲陰影區(qū)。秋季，混合層下出現(xiàn)溫躍層(Thermohaline)。

水下聲道(sofarchannel)：由躍層效應(yīng)，在溫躍層以下深水區(qū)，水溫隨深度增加變化減小，壓力對聲速的影響顯著，使c(z)曲線有極小值。若聲源在此附近，從聲源發(fā)出的聲線束將向聲速極小值所在的水層彎曲，此時聲能大部分限制在此水層間，沒經(jīng)過海面和海底的反射、散射和吸收，聲能損失很少，像在水下存在一聲能傳播的通道，因此傳播距離很遠(yuǎn)，稱水下通道。

按聲道軸（聲速最小層所在水層）所處位置可分：深水聲道(或水下聲道)和淺水聲道（或表面聲道），前者深度各大洋不同，大西洋中緯1260m附近，太平洋中緯則900m深的地方。后者常不穩(wěn)定，因為表面波浪和大量氣泡引起的散射使聲能損失了一部分能量。

期末考試考試類型1.填空選擇2.是非判斷3.簡答題4.計算作圖題考試內(nèi)容 重點：波浪、潮汐大氣與海洋、海洋中光、聲的傳播（填空或是非判斷）考試時間、地點1月7日上午8:00-10:00，2#418風(fēng)浪成長與風(fēng)時風(fēng)區(qū)的關(guān)系H隨t↗而↗，到ts,H=L↗ts↗L↗,Hs↗海區(qū)某一點達(dá)到正常，則其靠風(fēng)區(qū)上沿的點都已達(dá)正常，而其它的點則有繼續(xù)成長的趨勢過渡區(qū)的波高不隨地點變化過渡區(qū)與定常區(qū)的分界線隨時間向風(fēng)向的下方移動定常狀態(tài)的波浪只受制于風(fēng)區(qū)，而過渡狀態(tài)的風(fēng)浪只受制于風(fēng)時無論風(fēng)區(qū)長度多大，風(fēng)時多長，風(fēng)浪不可能無限地成長2.近岸浪(1)水質(zhì)點運(yùn)動軌跡：圓→橢圓(2)水深變淺，其波速波長都逐漸變小(3)折射：波峰線與等深線平行的趨勢(4)波高的變化一是折射因子二是群速的變化(5)波浪的破碎(6)海浪的反射與繞射為什么？（2）、（3）、（4）潮汐靜力理論基本思想假設(shè)光滑圓球;全水;慣性;無粘;不考慮fc、f無引潮力海面為球面等重力勢面為球面引潮力海面為橢球面(長軸指向月球)地球自轉(zhuǎn)潮汐等勢面為橢球面(G+)靜力理論基本思想潮汐動力理論基本思想(1)只有水平引潮力才是重要的(2)潮波運(yùn)動除受到FH作用外，還受到地轉(zhuǎn)偏向力、摩擦力和海洋的形態(tài)特征(如水深、寬度、海陸分布等