海洋物理現(xiàn)象

Review大氣的垂直結(jié)構(gòu)(basedontemperaturevariations)Troposphere對(duì)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(dòng)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(dòng)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(tái)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(dòng)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(duì)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(dòng)的力量減弱了，東太平洋洋面的溫度乃告上升這時(shí)東西太平洋洋面的溫度梯度倒過(guò)來(lái)了，赤道上的沃克環(huán)流也跟著顛倒了過(guò)來(lái)，原來(lái)下雨的地方變成干旱，原來(lái)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(dòng)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(yíng)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(dòng)是其物理機(jī)制。赤道東太平洋對(duì)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(cè)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(shí)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(yíng)養(yǎng)沿岸流的減弱和北上寡營(yíng)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(shí)測(cè)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(gè)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(cè)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(dòng)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(yáng)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(duì)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(guò)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(zhǎng)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(jì)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(duì)聲波的吸收和散射，經(jīng)海底反射回來(lái)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(duì)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(shí)聲能大部分限制在此水層間，沒經(jīng)過(guò)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?yàn)楸砻娌ɡ撕痛罅繗馀菀鸬纳⑸涫孤暷軗p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(jiǎn)答題4.計(jì)算作圖題考試內(nèi)容 重點(diǎn)：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(shí)間、地點(diǎn)1月7日上午8:00-10:00，2#418風(fēng)浪成長(zhǎng)與風(fēng)時(shí)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(diǎn)達(dá)到正常，則其靠風(fēng)區(qū)上沿的點(diǎn)都已達(dá)正常，而其它的點(diǎn)則有繼續(xù)成長(zhǎng)的趨勢(shì)過(guò)渡區(qū)的波高不隨地點(diǎn)變化過(guò)渡區(qū)與定常區(qū)的分界線隨時(shí)間向風(fēng)向的下方移動(dòng)定常狀態(tài)的波浪只受制于風(fēng)區(qū)，而過(guò)渡狀態(tài)的風(fēng)浪只受制于風(fēng)時(shí)無(wú)論風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度多大，風(fēng)時(shí)多長(zhǎng)，風(fēng)浪不可能無(wú)限地成長(zhǎng)2.近岸浪(1)水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡：圓→橢圓(2)水深變淺，其波速波長(zhǎng)都逐漸變小(3)折射：波峰線與等深線平行的趨勢(shì)(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(wú)粘;不考慮fc、f無(wú)引潮力海面為球面等重力勢(shì)面為球面引潮力海面為橢球面(長(zhǎng)軸指向月球)地球自轉(zhuǎn)潮汐等勢(shì)面為橢球面(G+)靜力理論基本思想潮汐動(dòng)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(dòng)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