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1、学习目的 海洋环流的时空变化是连续的，它把世界大洋联系在一起，使世界大洋的各种水文、化学要素及热盐状况得以保持长期相对稳定。 通过该章学习，掌握海流、环流的相关概念、形成原因及其特征，建立全球海洋及中国近海的环流结构，并了解各流系的主要特征。,第五章、海流,第五章、海流,第五章、海流,第一节、基本概念 第二节、密度流与地转流 第三节、风海流 第四节、波浪流 第五节、大洋环流 第六节、中国近海的环流及上升流,第一节、基本概念 一、海流的定义与成因 1、海流(ocean current)： 较大尺度范围内的海水具有相对稳定的速度，沿水平和垂直方向的流动。,2、海流的成因,大气 海水,风,密度不均匀
2、,形成风海流,直接形成海流,太阳辐射能在地球上分布的不均匀性,（高压低压）,天体引潮力,二、海流的分类 按成因分： 1、风海流（wind-driven current）： 由风的拖曳效应,或由风引起的海面倾斜和海水密度重新分布而形成的海流。,2、密度流(density current)： 因海水密度分布不均匀性形成的海水流动。 3、地转流(geostrophic current)： 由于气压的分布，或因径流和风等引起的增减水，使海面发生倾斜产生的海水流动， 倾斜流,4、补偿流(compensation current)： 海流使海水流向它处，由于海水的连续性，将由另一海域的海水流来补充海水流失
3、，这种补充的海流叫补偿流(compensation current)。 水平补偿流 铅直补偿流,上升流：,下降流：,流场水平辐散导致的海水上升流动。,流场水平辐聚导致的海水下降流动,潮流： 在天体引潮力作用下，海水呈现就有周期性的水平流动。,以温度特性划分： 1、暖流：相对于周围海水来说，具有较高的温度， 流向：低纬高纬 2、寒流：相对于周围海水来说，具有较低的温度， 流向：高纬低纬,近岸特有的海流： 1、河川泄流： 河川径流入海，在河口附近的海区产生的流动。 2、波浪流： 近海岸地区波浪破碎所形成的水流。 沿岸流 离岸流,三、海流的表示法： 矢量表示法 流速：海流的强度 单位：节或cm/s表
4、示 流向：海水流去的方向， 以度或方位表示,箭矢方向海流的方向， 箭矢长度或粗细（或标值）流速。 红线暖流，蓝线寒流,第二节、密度流与地转流 一、等压面和等势面 1、等压面： 海洋中压力相等的点组成的假想的面。 压力场等压面倾斜,内压场： 海水质量分布决定 平均密度大，等压面间距离小,密度小升高,外压场： 风、气压的变化及增水和减水等,2、等势面 海洋中所有位势相同的点组成的面 海水沿等势面运动，重力不作功。,3、海水受力情况： 压强梯度力等压面 ,重力等势面 ,海水密度均匀 压强梯度力=重力 海水静止,密度不均匀 -等压面倾斜,压强梯度力,（1）垂直分量， 等势面 ；,(Fz=g)，,(Fx
5、=gtg),Fz,g,Fx,（2）水平分量，等势面 ：指向压力递减方向，,二、密度流,密度大 密度小,北半球,22 23 24 25,30.2 30.3 30.4 30.5 30.6 30.7,流速的大小，与等值线倾斜的程度成正比,22.5 22.6 22.7 22.8 22.9 23.0,T,33.2 33.3 33.4 33.5 33.6 33.7 33.8,S,三、地转流 海水密度均匀，等压面(海面)-等势面倾斜角,Fz,g,Fx,fc, Fx=gtg fc=2vsin gtg=2vsin,地转流的速率,-z,y,x,北半球 顺流而立，右方高 南半球相反,四、地形对海流的影响 隆起地形：
6、 北半球 上坡，向右偏转（顺时针） 下坡，向左偏转（逆时针） 南半球方向相反,第三节、风海流 一、风海流的受力分析,3、下层海水阻力,1、风的切应力,2、地转偏向力,艾克曼（Ekman）风海流理论,二、无限深海的风海流漂流,假设： 1、海水密度均匀分布； 2、稳定均匀的风长时间吹刮于无限宽广、 无限深的海洋上，海面不发生升降； 3、只考虑湍流粘滞系数引起的水平摩擦力； 4、不考虑地转偏向力随纬度变化。,结论： 1.深海中，表层流的方向在北半球偏于风向右边45，南半球偏左。偏向不随风速、流速和纬度变化。 2.表层流流速与风速和所在地理纬度有关：,V：表层流的流速米/秒； U：风速米/秒； ：纬度
7、； 0.0127：经验数据 -风力系数。,当风速大于6m/s以上时，流速经验公式：,艾克曼螺线,艾 克 曼 螺 旋,3.风海流的速度和方向随水深变化：,3.风海流的速度和方向随水深变化： 流速随深度增加按指数规律减小； 流向随深度增加逐渐向右(北半球) ，到摩擦深度D ，流速为表层流速4.3%。 摩擦深度D：流向与表层流向相反的深度， -无限深海漂流所及深度。,摩擦深度D 与纬度、风速的经验关系：,风速愈大，表层流速度愈大，影响深度愈深。 相同风速，表面流速及风海流影响深度，随纬度增高减小。 赤道底层无逆流。 风海流到达不同深度所需的时间不一致， 几小时-几个月,三、浅海风海流,表面流方向与风
8、向交角比无限深海小，流向随深度变化较缓。 水深越浅，表面流与风向右偏角越小，从上层到下层流速矢量越趋近风矢量。 理论计算：h/D2时，无限深海。,四、海岸对风海流的影响 海流与海岸垂直相遇，分为两支反方海流；,海流与海角垂直相交，分为两股流；,两股垂直向岸的海流，两者间产生一反向逆流。,1、风海流的体积运输,五、风海流的体积运输及副效应,深海： 海水的运输方向风向，北半球向右 浅海： 海水的运输方向与风向偏角90， 深度越小，偏角越小。,五、风海流的体积运输及副效应 1、风海流的体积运输,风海流的水量运输，导致海岸附近增、减水 产生与风向一致的倾斜流和密度流。,2、上升流与下降流 ：,风摩擦深
9、度和底摩擦深度形成两个相反方向的海水运输-垂直环流 。 一边-下降流，另一边-上升流 环流水层：200-300m,风向与岸成21.5，产生的升降流最大。,纬度愈低，升降流愈强,升降流形成的其他因素： 北半球,强大,气旋 反气旋,上升流 下降流,中心,顺时针环流 反时针环流,下降流 上升流,中央,第四节、波浪流 1、沿岸流 波浪斜向海岸入射时，在破波带形成的大致平行于海岸的水流,K：海底摩擦系数 i：海底的坡度 ：波峰破碎时波峰线与岸线的交角 hb：破碎水深 H、T：波浪破碎前瞬间波高和周期,2、离岸流 近岸破碎的波浪带入破碎区的大量海水经破碎带重新返回海洋的流。 平直且海底坡度大致相同的海岸
10、-离岸流大致等距,弯曲海岸 -离岸流在湾中部形成,流头,补给区,流颈,破波带 沿岸流,海岸流,第五节、大洋环流(ocean circulation) 在海面风力和热盐效应等作用下，海水从某海域向另一海域流动形成的首尾相接的独立循环系统或流涡。 海水及海水中的各种物理量和化学量循环于世界大洋的自然现象。(广义),一、大洋环流研究的发展 1、风生大洋环流理论 西向强化：,大洋西岸流线密集、流速大,北太平洋黑潮 北大西洋湾流 印度洋莫桑比克流,斯托梅尔(H.Stommel) ： 地转偏向力随纬度变化，大洋东西两侧海水的旋转方向不同，所受力的旋度就不同 。 (a) 科氏力=0,n (b) 纬度科氏力,
11、蒙克(W.H.Munk) 西向强化与侧向摩擦力有关 三角形大洋,2、热盐环流 热量平衡和水量平衡产生温度和盐度分布不均匀导致海水密度分布不均匀而产生海水运动。 大洋中下层占主导地位,热盐环流模型 -一套叠置在一起的“锅”,热盐环流模型 -一套叠置在一起的“锅”,3、海-气相互作用和ENSO,厄尔尼诺 (ElNino) 南方涛动（Southern Oscillation）,海洋对大气作用-热力 大气对海洋作用-动力,4、大洋中尺度涡 各大洋中存在的一种水平尺度100500km，时间尺度20200d的流涡，广泛寄居于大洋环流之中，且以(15)10-2m/s的速度移动。 1958年，英国 斯罗华,二
12、、大洋表面环流,成因： 风、大洋的位置、海陆分布形态、地转偏向力的综合作用。,一、气压风的地理分布,1、赤道无风带： 空气-上升运动 10N附近,赤道无风带,2、信风带：,30-35：副热带高压,信风带,N信风：东北向 S信风：东南向,赤道低压,信风带,赤道无风带,信风带,信风带,3、盛行西风带：,副热带高压间,中纬低压,N:西南风 S:西北风,盛行西风带,盛行西风带,赤道无风带,信风带,信风带,盛行西风带,盛行西风带,4、极地东风带,极地高压,中纬低压,N:东北风 S:东南风,极地东风带,极地东风带,二、大洋表面环流一般模式,副热带高压间,副热带高压间,6、南极大陆附近东风漂流。,1、南北半
13、球主体存在与副热带高压对应的巨大反气旋式环流；,2、南北反气旋环流之间为赤道逆流；,4、主涡旋北部有小的气旋式环流；,5、西风漂流绕南极大陆流动；,3、北半球强大的西边界流；,三、各大洋的表层环流 (一)大西洋,巴西海流,南赤道流,本格拉海流,西风漂流,暖流,暖流,寒流,寒流,东格陵兰海流,拉布拉多海流,湾流,北大西洋流,加那利海流,北赤道流,暖流,暖流,暖流,寒流,寒流,寒流,湾流系统： 佛罗里达海流 湾流 北大西洋海流,湾流,西边界流,右侧：温暖低密 左侧：低温高密,年变化 夏强冬弱,非周期性变化 弯曲现象,弯曲与主流断离-独立涡旋 左侧暖涡，右侧冷涡,（二）、太平洋的表面环流,南赤道流,
14、东澳海流,西风漂流,秘鲁海流,合恩角海流,阿拉斯加海流,亚北极海流,亲潮,黑潮,北太平洋流,加利福尼亚海流,北赤道流,暖流,暖流,暖流,寒流,寒流,寒流,暖流,暖流,暖流,寒流,寒流,寒流,.黑潮（暖流）,西边界流 高温，高盐 流速强，流量大，流幅窄,黑潮流系,黑潮本体： 黑潮续流： 北太平洋流：,由35N的附近离岸东流，142-160E之间 ：160E以东散开,台湾南端开始至35N日本太平洋沿岸之间,黑潮分支：35N附近沿日本东海岸北上，与北方南下的亲潮汇合后折向东流汇于黑潮延续体。,黑潮逆流：从黑潮和黑潮续流分离出来，从外海转向西南至西方向流动的海流。,在日本东南侧黑潮主体常发生逆时针方向的大弯曲，形成若干流环,(三)印度洋 北部海流-季风流,南半球,北冰洋： 超极海流、北大西洋海流分支、沿岸流系组成环流系统。,(四)北冰洋和南极海区,南极海区： 大陆周围海水西流,西风漂流-东流,南极辐散带,发源 流向 温度变化 盐度 厚度 水色 透明度 含氧量 上层营养物,低纬-热带、亚热带 高纬-寒带、亚寒带 低纬高纬 高纬低纬 高低 低高 高 低 小大 大小 高 低 大 小 小（流动中从大气获O2） 大（流动中向大气释O2） 少 多,（六）、暖流与寒
