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1、水文学城市与环境学院 第五章 海洋的结构 与海水的运动 水文学城市与环境学院 第一节 海洋的组成与结构 第二节 海水的运动-波浪 第三节海水的运动-潮汐 第四节海水的运动-洋流 第五节 海洋效应 水文学城市与环境学院 第一节海洋的组成与结构 一、海洋的组成 二、海洋运动的结构 水文学城市与环境学院 一、海洋的组成 由于海水所出的地理位置及其水文特征的不同， 从区域范围上可分为洋、海、海湾、海峡等，他们 共同组成了海洋。 海洋：地球上广大连续的咸水水体的总称。面积3.61 亿km2,占地表的70.8。调节气候，蕴藏丰富的动力资 源、矿产资源、生物资源、化学资源和水资源，交通 “大道”，认识宇宙、
2、发展自然科学的理想试验场。 水文学城市与环境学院 1.洋，洋是世界大洋的中心部分和主体部分，它远 离大陆，深度大，面积广，不受大陆影响，具有较 稳定的理化性质和独立的潮汐系统以及强大洋流系 统的水域。 位于大洋边缘，被大陆、半岛或岛屿所分割的具 有一定形态特征的小水域，称为海、湾和海峡。 水文学城市与环境学院 2.海 海是靠近大陆，深度浅（2-3km）,面积小，兼 受洋、陆影响，具有不稳定的理化性质，潮汐现象 明显，并有独立海流系统的水域。包括地中海和边 缘海，地中海分陆间海和内陆海。 陆间海是于介两个以上大陆之间，并有海峡与 相邻海洋相连通的水域，一般深度较大，如亚、欧 、非大陆之间的地中海
3、；内陆海是入大陆内部，海 洋状况受大陆影响显著，海的个性很强，如黑海、 红海等。 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 边缘海是位于大陆边缘的水域，一部分以大陆 为界，另一部分以岛屿、半岛、群岛与大洋分开。 与大洋的水分交换比较自由。靠近大陆一边受大陆 影响大，水文状况季节变化显著；靠大洋一边受大 洋影响大，水文状况比较稳定。 3.海湾：海湾是海洋伸入大陆的部分，其深度和宽 度向大陆方向逐渐减小的水域。海湾中的海水因其 与邻近海或洋相通，故海水性质与相邻海洋的性质 相似。海湾中的最大水文特点是潮差很大，原因是 深度和宽度向大陆方向不断减小。如杭州湾的钱塘 江怒潮，潮差一般为68m。北美芬
4、地湾潮差更达 18m之最。 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 4.海峡 海峡是连通 海洋与海洋之间 狭窄的天然通道 。其水文特征是 水流急，潮速大 ，上下层或左右 两侧海水理化性 质不同，流向不 同。 水文学城市与环境学院 二、海洋运动的结构 1.海洋形态结构 (1)大陆边缘 大陆架 大陆坡 大陆基（大陆隆） (2)大洋盆地：世界海洋中面积最大的地貌单元。 (3)大洋中脊：洋中脊或中央海岭的是世界大洋中最宏伟 的地貌单元。 (4)海沟：海洋中最深区域。 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 2.海水运动结构 洋流
5、系统； 潮汐系统； 波浪系统； 混合系统。 水文学城市与环境学院 第二节 波 浪 波浪概述 小振幅波和有限振幅波 风浪和涌浪 地震、海啸与风暴潮 近岸波 水文学城市与环境学院 一、波浪概述 1.波浪要素 波浪是宽敞水面的水体运动，水质点周期振动 引起的水面起伏现象。 波峰、波谷、波顶、波底、波高、波长、波陡 周期、波速等等。 水文学城市与环境学院 2.海洋中波的分类 (1)按波的周期（频率）分类：表面张力波、短周 期重力波、长周期重力波、长周期波和长周期潮波 。 (2)按成因分类：风浪和涌浪、内波、潮汐波和海 啸。 (3)按水深分类：深水波和浅水波。 (4)按波形的传播性质分类：前进波（进行波
6、）和 驻波。 水文学城市与环境学院 二、小振幅波和有限振幅波 1.小振幅波动（线性波动） 小振幅波动是只波高远小于波长的简单波动。 (1)短波（深水波） 小振幅前进波 小振幅驻波（立波） (2)长波（浅水波）波长很长的波浪 水文学城市与环境学院 2.有限振幅波动 (1)斯托克斯波: (2)正弦波（摆线波） 水深为无限时的摆线波 水深为有限时的摆线波 (3)孤立波: (4)椭圆余弦波: 无旋转的、表面呈周期性起伏的波动. 只有一个波峰或波谷，而且只出现于浅水水域中. 用椭圆函数来描述波面的形状. 水文学城市与环境学院 三、风浪和涌浪 1.风浪生成和成长理论:风浪是在风的作用下所产生 的波浪。力学
7、机理：共振、平流的不稳定性。 2.涌浪：当风开始平息，或波速超过风速时，风浪 就要离开风区传到远处去，这种波浪称为涌浪。 四、地震、海啸与风暴潮 1.地震海啸:由火山爆发、海底地震引起海底大面积 升降,以及沿海地带山崩和滑坡等造成的巨浪,称为 地震海啸。 水文学城市与环境学院 2.风暴潮：由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和 气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现 象，叫风暴潮，又称风暴增水或气象海啸。 (1)温带风暴潮：多发 生在春秋季节，中 纬度沿海各地都可 以见到。 (2)热带风暴潮：热带 风暴潮常见于夏秋 季节，总伴有急剧 的水位变化。 水文学城市与环境学院 五、近岸波 1.波浪的
8、绕射：当波浪传入近岸时，如果受到沙 嘴、岬角等的阻挡时，波浪将从其旁边绕过、 进入波影区，波峰线变形，波高递减，波浪能 量大为减小，故波影区一般为比较平静的水域 。 2.波浪的折射：由于波浪受海底摩擦阻力影响大 小不一，使波向发生转折，最终波峰线基本与 海岸线平行；当入射波浪不垂直于海岸时，便 可造成水体沿海岸流动，形成沿岸流。 水文学城市与环境学院 第三节 潮 汐 一、潮汐及其类型 二、潮汐的成因 三、潮汐的变化 四、潮流 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 我国古代把白天出现的海水涨落称为“潮”，晚 上出现的海水涨落称为“汐”，合称“潮汐”。 水文学城市与环境学院 一、潮汐及其类型
9、 1、潮汐基本要素 潮汐指海水位周期性涨落的现象. 潮汐要素:高潮 或满潮、低潮或干潮,涨潮、落潮,平潮、停潮,高潮 时、低潮时，潮差，高潮间隙和低潮间隙，两者合 称为月潮间隙。 水文学城市与环境学院 l在潮汐涨落过程中，当海面上涨到最高位置时，称 为高潮（high tide)或满潮；当海面下降到最低位置时 ，叫做低潮（low tide)或干潮。从低潮到高潮，海面 不断上涨，海水涌向海岸的过程叫涨潮（flood tide)； 从高潮到低潮，海面不断退落的过程叫落潮（ebb tide)。 l当潮汐达到高潮或低潮时，海面在一段时间内既不 上升，也不下降，把这种状态分别称为平潮和停潮。 平潮的中间时
10、刻，叫高潮时；停潮的中间时刻，称为 低潮时。相邻二次高潮时或低潮时的时间间隔，称为 潮期（潮周期）。相邻高潮与低潮的水位差，叫潮差 。 水文学城市与环境学院 一、潮汐及其类型 2.潮汐类型 潮汐的涨退现象是因时因地而异的，但从涨退周 期来说，可分为4种类型：半日潮、全日潮、不正 规半日潮、不正规全日潮。 水文学城市与环境学院 1、半日潮：指在一个太阴日内，有两次高潮和两次低潮 ，而且相邻两次高潮或低潮的潮位相等，涨潮时间和 落潮时间也很接近，潮汐周期为半日。 2、全日潮：在一个月内，多数日子一天有一次高潮和低 潮，少数日子为一日有两次涨落。 3、不正规半日潮：指一日内虽然有两次高潮和低潮，但
11、潮位和涨、落时间有很大差异。 4、不正规全日潮：在半个月内，较多天数为不规则半日 潮，但有时一天里也发生一次高潮、一次低潮的现象 ，但全日潮不过7天。 水文学城市与环境学院 二、潮汐的成因 海洋潮汐是由月球和太阳的引潮力引起的。作 用力有两个：吸引力和惯性离心力。 1.引潮力 引力的性质、惯性离心力的性质 、引潮力的 性质。 2.平衡潮理论（静力学理论） 平衡潮理论系由牛顿1687年首创。 3.潮汐的动力理论 拉普拉斯于1775年提出了动力理论. 潮汐的成因 顺潮顺潮对潮对潮 内因：内因：海洋水体海洋水体； 外因：外因：天体引潮力。月球引潮力是太阳的天体引潮力。月球引潮力是太阳的 2.172.
12、17倍倍。 水文学城市与环境学院 三、潮汐的变化 1.潮汐周期现象 根据平衡潮理论，在引潮力作用下，海面呈椭 圆球状，形成潮汐椭球。通常将月球引潮力引起的 潮汐叫太阴潮，太阳引潮力引起的潮汐叫太阳潮。 由潮汐椭球的概念，解释几种潮汐的周期现象。 (1)潮汐的日变:半日周期潮和日周期潮； (2)潮汐的月变:半月周期潮和月周期潮； (3)潮汐的年变和多年变化:年周期潮多年周期潮 。 水文学城市与环境学院 (1)潮汐的日变 由于地球的自转，同一地点向着月球和太阳与 背着月球和太阳各一次，所以一日之内将发生两次 涨潮和落潮，又由于海洋潮汐的主体是太阴潮，所 以高潮与低潮相隔时间为1/4太阴日，即6小时
13、13分 。可见，每太阴日内发生两次高潮和低潮是海洋潮 汐的一个基本周期。 水文学城市与环境学院 潮汐的日变：可分为半日周期潮和日周期潮。 半日周期潮：当月球赤纬为零时，即月球在赤道上空，海 面任一点都为半日潮（如图）。潮汐高度从赤道向两极递减 ，并以赤道为对称，故称为赤道潮（或分点潮）。 水文学城市与环境学院 日周期潮：当月球赤纬不为零时，不同纬度的潮型不同：在赤道 为半日潮；在赤道至中纬地区为混合潮；在高纬地区为全日潮。 当月球赤纬增大到回归线附近时，潮汐周日不等现象最显著，这 时的潮汐称为回归潮（如图）。 水文学城市与环境学院 （2）潮汐的月变 又由于太阳、月球和地球的会合运动，在一个朔望
14、月（ 29.5306日）内，日、月、地三者的相对位置发生变化，使得海 洋潮汐以朔望月为周期的变化（图）。在朔日（农历初一、新 月、日月合朔）和望日（农历十五、满月），太阳、月球和地 球的中心几乎在一条直线上太阳引潮力和月球引潮力最大程度 地叠加，地球受到的引潮力相当于月球引潮力和太阳引潮力之 和，形成高潮特高、低潮又特低，潮差最大，故称大潮。而在 上弦（农历初八）和下弦（农历二十三）时，日、月、地三个 天体的中心几乎成一直角位置，地球受到的引潮力相当于月球 引潮力与太阳引潮力之差，合引潮力最小，形成高潮不高、低 潮不低，潮差最小，所以称为小潮。 可见，每朔望月内发生两次大潮和小潮也是潮汐的基本
15、周 期。 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 水文学城市与环境学院 月周期潮：它是由于月球绕地球旋转而产生的。当 月球运行到近地点时，所涨的近地潮大，而当月球 运行到远地点时，所涨的远地潮小。近地潮较远地 潮约大40。月球绕地球转一因为一个月，故一个 月内有一大潮和一小潮，故称月周期潮。 水文学城市与环境学院 （3）潮汐的年变和多年变；可分为年周期潮和多年周期 潮。 年周期潮：地球绕太阳转时，当地球运行到近日点时所涨 的近日潮为大潮；而当地球运行到远日点时所涨的远日潮 为小潮。近日潮比远日潮大10。地球绕太阳转一周为一 年，故形成年周期潮。 多年周期潮：月球的轨道
16、长轴方向上不断变化，其近地点 的变化周期为8.85年，故潮汐有8.85年长周期变化。又由于 黄道与白道交点的移动周期为1861年，故潮汐也有18.61 年的周期变化。 水文学城市与环境学院 2、地形对潮汐的影响 以上只考虑天文因素对潮汐的影响，实际上潮汐还要受当地自然 地理条件的影响。各地海水对天体引潮力的反应，视海区形态而 定。 物体失去外力作用后还能自行振动，这振动称为自由振动。 其振动周期称为自然周期。潮汐是一种受迫振动，当受迫振动周 期与海水本身的自然振动周期相接近时，便会产生共振，反应就 强烈，振动就特大，否则相反。而海水振动的自然周期与海区形 态和深度有密切关系，故各海区对天体的引潮力反应也不同。例 如，在雷州半岛西侧的北部湾为全日潮，而东侧的湛江港则为半 日潮。又例如钱塘江口，由于呈喇叭形，故常出现涌潮。其特点 是潮波来势迅猛，潮端陡立，水花飞溅，潮流上涌，声闻数十里 ，如万马奔腾，排山倒海，异常壮观。这一奇特景观也叫怒潮, 潮高可达6-8米，最大可达12米，前进速度6-7米/秒，吼声在
