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1、海洋科学导论- 1 -海洋科学导论复习提纲第一章 绪论海洋科学研究内容:全球海洋总面积约 3.6 亿平方公里，平均深度约 3800 米，最大深度 11034米。全球海洋的容积约为 13.7 亿立方公里，占地球总水量的 97%以上。地球科学：以地球为研究对象的科学体系地球科学包括地理学、地质学、大气科学、海洋科学、水文科学、固体地球物理学。其相关学科有环境科学和测绘科学。 地理学：研究地球表面自然现象、人文现象以及他们之间的相互关系和区域分异的学科地质学：关于地球的物质组成、内部结构、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史的知识体系大气科学：研究大气的各种现象及人类活动对他的影响，这些现象的演变
2、规律，以及如何利用这些规律为人类服务的一门综合性学科水文科学：关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系。海洋科学：研究地球上海洋的自然现象、性质以及其变化规律，以及和开发与利用海洋有关的知识体系。海洋科学分为：物理海洋学、海洋化学、海洋生物、海洋地质等四大学科。物理海洋学：以物理学的理论、技术和方法研究发生于海洋中的各种物理现象及其变化规律的学科。海洋化学： 研究海洋各部分的化学组成、物质分布，化学性质和化学过程的学科。海洋生物学：研究海洋中一切生命现象和过程及其规律的学科海洋地质学：研究海洋的形成和演变，海底地壳构造和形态特征，海底沉积物的形成过
3、程和有关海洋的起源及演化以及海洋地热、地磁场和重力场等。海洋科学的研究对象是地球表面的海洋，以及溶解或悬浮于海水中的物质，生存于海洋中的生物、海洋底边界、侧边界和上边界。海洋科学特点：1、特殊性与复杂性；2、作为一个物理系统，海洋中的三态变化无时不刻不在进行，是其他星球上未发现的。3、海洋作为一个自然系统，具有多层耦合的特点。研究特点：1、明显依赖于直接观测；2、信息论控制论系统论等方法在研究中越来越显示其作用；3、学科分支细化与相互交叉渗透并重，而综合与整体化研究的趋势日益明显。海洋学研究意义:1 海洋与人类生存环境关系密切； 2.海洋蕴藏着丰富的资源（矿产、化学、生物、动力）3.军事、航运
4、、港工、油气开发；海洋学研究发展史1、 早期研究（麦哲伦，库克，郑和、王充、哥伦布、列文虎克、牛顿、贝努力、拉瓦锡、拉普拉斯）2.海洋科学研究开始（达尔文、18721876 年，英国“挑战者”号考察被认为是现代海洋学研究的真正开始。19251927 年，德国“流星”号在南大西洋的科学考察，第一次采用电子回声测深法）3.全面认识和近期高速发展：（1957 年，海洋研究科学委员会(SCOR) 和1960 年政府间海洋学委员会(IOC)的成立，促进了海洋科学的迅速发展。 ）4.国际研究计划及研究前景和规划第二章 地球系统与海底科学地球的形状:赤道面向外膨胀、沿地轴向内收缩；不规则椭球体。梨形地球圈层
5、结构1、地球外部圈层（1）按自然地理学观点，地球外部分为五大圈层，从外到内： a、大气圈 b、水圈97%集中于海洋 2%以固态水存在 c、生物圈渗透在另三大圈层内部 d、岩石圈属于地球内部圈层部分 海洋科学导论- 2 -e、人类圈 （智能圈） （2）按环境学观点第五圈层为土壤层 （3）按大气科学的观点，第五层为冰雪圈，冰雪圈可包含在广义水圈中 2、地球内部圈层地球内部因地震波传播方向与速度不同由外而内分为同心圈层结构：地壳、地幔、地核；地壳与地幔的分界面为莫霍面（M 面）；地核与地幔的分界面为古登堡面（G 面）；地幔又可分为上地幔与下地幔；地核又可分为液质外核与固质内核。地壳与上地幔：大陆性地
6、壳平均厚度 33km，上层为“硅铝层”，下层为“硅镁层”；海洋性地壳平均厚度为 6km，上层为沉积层，中层是以玄武岩为主、上部夹有固结沉积岩的混合层，下层为大洋层。其中，地壳与地幔顶部的刚性岩石叫做岩石圈； 存在于上地幔 60-250km 深处，地震波传经此处时，横波波速发生明显衰减。可能是此处物质发生部分熔融，引起塑性形变和缓慢流动，此圈层称为软流层。内圈层从外到内：地壳、莫霍面（M）、地幔（上地幔、下地幔）、古登堡面（G）、地核（液质外核、固质内核）海洋的划分地表海陆分布：、对庶分布:南极(为陆，北极为水；南半球海水连一体，北半球陆地连成一体；南半球水多，北半球陆多；三大洋似伸向大陆的三个
7、大湾，成鼎状分布。、海陆分布不均衡:北半球，陆地占其总面积的 67.5%，南半球占 32.5%；北半球陆地和海洋比例为 60.7%和 39.3%，南半球海陆比例为 80.9%和 19.1%。海洋的划分1、洋：辽阔连续巨大的咸水体；全球共 4 个，远离大陆；占海洋总面积的 90.3%；水深2000m，平均 3000m；底质为红粘土和软泥；有独立的潮汐与洋流系统；温、盐要素不受大陆影响；平均盐度 35，年变化小。2、海：陆地边缘的咸水小水体；全球共 54 个，靠近陆地；占海洋总面积的 9.7%；水深北赤道（高温水） ，风引起涡动由分子的随机运动引起的热传导，称为分子热传导。主要与海水的性质有关。由
8、海水块体的随机运动所引起，则称为涡动热传导或湍流热传导。主要和海水的运动状况有关。6)沸点升高、冰点降低：海水的沸点和冰点与盐度有关，即随着盐度的增大，沸点升高而冰点下降。冰点温度随盐度的增加而降低。相邻两层海水作相对运动时，由于水分子的不规则运动或海水块体的随机运动(湍流)，在两层海水间便有动量传递，从而产生切应力。摩擦(切)应力的大小与两海水间的速度梯度成比例。界面上单位面积的应力为 t=m*u/n，式中 n 为海水界面法线方向，u 为流速，m 称为动力(学)粘滞系数(粘度)，单位记 Pas；m/r 称为运动(学)粘滞系数，单位记 m2s-1。m 随盐度增大略有增大，但随温度升高却迅速减小
9、。单纯由分子运动引起的 m 的量级很小。在讨论大尺度湍流状态下的海水运动时，其粘滞性可以忽略不计。但在描述海面、海底边界层的物理过程，以及研究很小尺度空间的动量转换时，分子粘滞应力起着重要作用。分子粘滞系数只取决于海水性质，而涡动粘滞系数则与海水运动状态有关若在海水与淡水之间放置一个半渗透膜，水分子可以透过，但盐分子不能透过，则淡水侧的水慢慢渗向海水侧，使之压力增大，直至达到平衡状态，此时膜两边的压力差称为渗透压。渗透压随海水盐度增高而增大；低盐时随温度变化不大，高盐时随温度升高而增幅较.海水与淡水之间的渗透压，依理论计算可达水位差约 250m 的压力。在液体自由表面上，由于分子之间的吸引力所
10、形成的合力，使自由表面趋向最小，这就是表面张力。海水的表面张力随温度增高而减小，随盐度增大而增大。海水中杂质增多也会使表面张力减小。表面张力对水面毛细波的形成起着重要作用。3.1.3 海水的密度与海水状态方程海水密度 ：单位体积海水的质量（g /cm3）比容 ：单位质量海水的体积（cm3 /g） 海水的密度和比容都是温、盐、压力的函数，用 S，T，P 和 S，T ，P 表示海洋科学导论- 7 -现场密度：在现场温度和压力下的海水密度，称为“现场密度”，S.T.P 或 S.T.P条件密度：大气压力下的海水密度称为“条件密度”t （大气压力为 0）海水比容：VS.T.P= (S.T. P 0.9)
11、 1000 现场比容：在现场温度、盐度、压力下的海水比容，称为：“现场比容”。 条件比容：大气压力下时的海水比容，称为“条件比容” Vt。Vt = V S.T.0 Vt =(S.T.0-0.9)103 海水状态方程“一个大气压国际海水状态方程(EOS80)” ：在一个标准大气压(海面为 0)下，海水密度r(S,T,0)与实用盐度 S 和温度 T()的关系为 r(S,T,0)=rw+AS+BS3/2+CS2 上式中A=8.2449310-1-4.089910-3T+7.643810-5T2 -8.246710-7T3+5.387510-9T4 B=-5.7246610-3+1.022710-4T
12、-1.654610-6T2 C=4.831410-4 纯水项 rw=999.842594+6.79395210-2T-9.09529010-3T2 +1.00168510-4T3-1.12008310-6T4+6.53633210-9T5 适用范围：T=-240，S=042。海水状态方程的应用：可直接应用于计算海水密度，此外，还可计算海水热膨胀系数、压缩系数、声速、绝热梯度、位温、比容偏差以及比热容随压力的变化等。海冰：由海水冻结而成的冰称为海冰。海冰的盐度：海冰的盐度是指海冰融化后所得海水的盐度。二、海冰的形成1、形成条件：海水温度降至冰点；相对冰点稍有过冷现象；有凝结核存在。 2、形成过程
13、 原理：t max 随盐度的增大而降低的速度比 tf 快 当 s24.695 时，结冰情况与淡水相同； 当 s24.695 时，海水冰点高于最大密度温度，海面温度降低到冰点，但海水仍在增密过程，使海水呈对流混合状态而无法结冰。只有当对流混合层的温度同时到达冰点，海水才会在整个对流混合层同时结冰。 三、海冰的分类1、按结冰过程的发展阶段：初生冰；尼罗冰；饼状冰；初期冰；一年冰；老年冰 2、按海水的运动状态 固定冰：与海岸、岛屿或海底冻结在一起的冰 流冰：自由浮在水面上，能随风、流漂移的冰 冰山：由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面 5m 以上的巨大冰体 四、海冰的分布北冰洋：3-4 月，最大
14、，约占北半球面积的 5%；8-9 月，最小，约占最大覆冰面的 3/4；多年冰厚度 3-4m 流冰：绕洋盆边缘运动，冰界线 58N；冰山：发源地格陵兰；平均冰界线 40N 南极大陆：世界最大的天然冰库；终年被冰覆该 冰界线：南太平洋 50-55S；印度洋 45-55S；南大西洋 43-55S 五、海冰的盐度1、定义：海冰融化后海水的盐度，一般为 3-7 2、“盐泡”和“气泡”：结冰时来不及流走的盐分以卤汁的形式 被包围在冰晶之间的空隙里形成“盐泡”；结冰时来不及逸出的气体被包围在冰晶之间的空隙里形成“气泡”。 3、影响盐度因素（卤汁）：冻结前海水的盐度；冻结前海水盐度越高海冰的盐度也越高；冻结的
15、速度（冻结越快，卤汁越多，盐度越高）；下层冰层比上层慢，盐度随深度的加大而降低；冰龄（冰龄越大，盐度越小） 六、海冰的密度海洋科学导论- 8 -纯水冰 0917kg/m 海冰密度低于纯水冰（含有气泡） 新冰914- 915kg/m 冰龄越长，密度越小（卤汁渗出） 七、海冰的热性质和其他物理性质1、比热容 比纯水冰大；S，；T， 2、融解潜热 比纯水冰大 3、热传导系数 比纯水冰小；Z，；表层为纯水冰的 1/3，1m 以下和纯水冰近似 4、热膨胀系数 （即密度随温盐的变化） 5、抗压强度 纯水冰的 3/4（有空隙） 6、对太阳辐射的反射率：远远大于海水 1、辐射定律：斯蒂芬波尔兹曼定律：任何温度
16、高于绝对零度的物体都能以辐射的形式向外释放能量，它与绝对温度 Tk 的 4 次方成正比。维恩定律：辐射能量的最大波长与辐射体表面的绝对温度成反比。总辐射能=直达辐射+散射辐射2、影响因素)：A、太阳高度 B、大气透明度 C、天空中的云量、云状3、总辐射能分布：1）纬度(latitude)：A、随纬度升高而减小 B、除赤道地区外，夏半年均高于冬半年且差值随纬度升高而增大。C、经向梯度夏半年小于冬半年。2）进入海水中的辐射能：主要被表层海水吸收，随深度增加指数衰减。海面有效回辐射1、定义：海面向大气的长波辐射与大气向海洋的长波辐射之差。2、影响因素：A、海面水温 B、空气中的湿度 C、云量、云状3、分布(distribution)：表面水温和海洋上层的相对湿度的日变化和年度变化相对较小，则Qb
