陆间海

第一章序言

一、概念

海洋学：海洋学是研究在海洋中的各种现象和过程发生、发展和演化及它们与环境相互作用、相互影

响的规律的一门综合性科学。

研究的对象：地球上70.8%的海水，属地学分支。

二、海洋的特性

1、海洋是环境的产物

在地球上，通过能量、物质的相互传递与环境相互作用。

传递方式：通过边界：海面、海底和沿岸带。

不通过边界：辐射和地球及天体对海水的引力。

海水属于混合溶液：水、盐分、气体、悬浮有机物、悬浮无机物。

2、海洋形态的固有特性：

1）广漠而有垠：面积广阔，占地球表面积70.8%，但有边

2）深又浅：平均深度4000米，最深11034m（陆地高8848m)，但地球半径6371公里。

海洋只是地球上一薄层；与水平尺度比其量级很小。

3）连通又阻隔：各大洋水域连成一体，可充分进行物质和能量的交换。

三、海洋学研究意义

1、海洋与人类生存环境关系密切

1）是蛋白质主要来源；运输和贸易的中介—航运（密度大）；国际冲突的焦点。

2）影响气候环境:环流--向高纬输送热量；对气温起调节作用（海水热容量大）

3）更好的研究海—气相互作用。

4）海洋灾害：风暴潮、赤潮、海冰、海水倒灌、海岸侵蚀、海底地震等

5）污染：排污与海洋自净能力关系。

2、海洋蕴藏着丰富的资源

海洋中蕴藏着丰富的矿产资源、化学资源、生物资源、动力资源

１）矿产资源

石油：半数以上在海底。

估计海洋石油储量为(1100－2500亿吨)，我国大约100亿吨。

锰结核：年再生1000万吨，可提炼锰、铁、铜、镭等。

此外,金刚石、重晶石、金、锡都在矿砂中找到。

２）化学资源

大量无机盐：海水中含80多种元素。1kg海水含35g无机盐。

全球海洋中共含5亿亿吨无机盐，其中：黄金：500万吨；铀：50亿吨；镁：2100亿吨；银：4

亿吨；钴：7亿吨；碘：820亿吨；盐：1立方公里海水含27万吨。

３）生物资源

海洋生物大约26万种，其中海洋动物16万、海洋植物约10万。发展近岸养殖业。我国近海15m

以内滩涂2.1亿亩，可供养殖2000万亩，89年以来634万亩。对虾养殖产量居世界首位。

海洋捕捞：适度与过度的影响。

提取海洋药物：已达分子水平上，基因工程、细胞工程

４）动力资源

潮汐：潮能发电，潜力10亿千瓦，我国乳山、江夏建有潮能发电站

波能：30—50吨压力/m2.但空间分散，时间上间断，破坏力大。挪威ToHestallen的MOW电站

1985年运行，1988年自基础削去。苏格兰Dounreng电站于安装过程被冲毁。

海流：能量最低。

温差：表底温差18度，但难度大。

3、军事、航运、港工、油气开发

军事：作战、布雷、潜艇。

航运：运输量大，航道不需维护。

港工和油气开发：设计标高、安全性、可靠性等必须估计浪、潮、流、风暴潮等的影响。

第二章地球系统与海底科学

一、地球的运动

1、日、地、月关系：地球绕太阳转-分四季，月球绕地球转-月相、日食、月食

2、地球公转、自转：地球自转，月球公转；地--月球公共质心平动，系统绕太阳公转---潮汐运动地

球发展史

3、地转偏向力：地球自转-----地转偏向力.

二、地球概观

（一）、地球结构：

１、圈层结构:

外圈：大气圈、水圈和生物圈(在太阳系中地球的独特性).

内圈：地壳、地幔、地核。地壳平均厚度15km，陆地较厚，平均33km，主要硅铝质（花岗岩）；

海洋很薄，平均6km，为硅镁质（玄武岩）。

２、形状：等位势面的形状，即全球静止海面的形状。理想的地球形状就是大地水准面的形状。

大地水准面：静止海面及向大陆延伸的假想海面，是陆上高程的起算面。

地球形状为梨型，北凸14m，南凹24m。

尺度：地表5.1亿km2，赤道半径6378km，两极6357km，平均6371。

（二）、海陆分布：70.8%地表被海水覆盖

１、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

似伸向大陆的三个大湾，成鼎状分布。

２、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%。

三、构造学说

（一）、大陆漂移说：

1912，德气象学家魏格纳提出。

1、他认为，地球上所有大陆在中生代以前曾结合成统一的联合古陆，或称泛大陆，其周围是围绕泛

大陆的全球统一海洋--泛大洋。中生代以后，联合古陆解体、分裂，其碎块--即现代的各大陆块逐渐

漂移到今日所处的位置。由于各大陆分离、漂移，逐渐形成了大西洋和印度洋，泛大洋(古太平洋)

收缩而成为现今的太平洋。

２、证据：有海岸线形态、地质构造、古气候和古生物地理分布等。但限于当时的认识水平，又缺乏

占地表71％的海洋底的地质资料，魏格纳未能合理解决大陆漂移的机制问题，大陆漂移说盛行一时

后便衰落下去了。直到50年代，古地磁学研究的进展又使大陆漂移说重新复兴，60年代海底扩张-

板块构造学说的创立再赋于大陆漂移说以新的认识。

（二）、海底扩张说：

60年代初形成的海底扩张说受到下列学术思想的影响：(1)联合古陆(Pangaea)的重建、拼合和越

来越多的大陆漂移的其他证据；(2)大洋中脊体系及其中央裂谷带的形成机制与特征；(3)海洋沉积物

自大洋中脊轴部向两侧依次变厚的事实；(4)海洋地壳的年轻性；(5)某些大陆边缘沟－弧体系的发现

及其突出的地震、火山活动特点；等等。

Hess(1960,1962)和Dietz(1961)几乎同时提出了"海底扩张"这一概念，以阐明主要与海底生成和

消亡过程有关的理论。

１、海底中存在大洋中脊，大洋中脊轴部裂谷带是地幔物质涌升的出口，既海底扩张的中心涌出的地

幔物质冷凝形成新洋底，新洋底同时推动先期形成的较老洋底逐渐向两侧扩展推移，这就是海底扩张。

海底扩展移动的速度大约为每年几厘米。洋底生成－运动－潜没的周期不超过2亿年，驱使洋底周期

性扩张运动的原动力是地幔物质对流。

２、证据：沉积岩年龄、厚度：越靠近大洋中脊，沉积物年龄越轻、厚度越薄；磁异常条带；大洋钻

探。

海底扩张说能够解释海洋地质学和海洋地球物理学领域的大部分问题，其机制符合物理学理论，并与

许多地质、地球物理观测结果一致。自从海底扩张理论系统提出以来，已使人们对洋盆及其边缘有了

深刻的理解，而且新资料几乎总是与这个统一的概念相一致。

(三)、板块构造说:

１、"板块"一词是Wilson(1965)在论述转换断层时首先提出的，后经Morgan、McKenzie、Parker、

LePichon等人的不断综合和完善，于1968年正式提出了"板块构造"学说。LePichon(1968)将全

球划分为六大板块：欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块、印度-澳大利亚板块(也称印度

板块、印度洋板块或澳大利亚板块)和南极洲板块。后来又把美洲板块划分为北美板块和南美板块，

成为七个板块。现在比较流行的是十二板块的划分方案，除七大板块外，还有纳兹卡板块，科科斯板

块、加勒比板块、菲律宾海板块和阿拉伯板块。

２、板块边缘为大洋中脊、转换断层、俯冲带、岛弧和海沟等，是地震和火山多发带。板块相遇，形

成岛弧、海沟（大洋和大陆板块相遇），或高大山脉（两个大陆板块相遇）、地震带、火山。

３、板块内部是相对稳定的，很少发生形变；而板块边界则是全球最活动的构造带，全球地震能量的

95%是通过板块边界释放的。

四、海洋的划分

（一）、海和洋的定义及水文特征

１、洋：地球上连续巨大的咸水体。面积广阔，占海洋总面积90.3%；远离陆地，受陆地影响小；

水较深（平均2—3千米）；有独立的环流和潮波系统；底质为软泥、红粘土。

2、洋的划分及其形态特征

地理位置划分：太平洋，大西洋，印度洋，北冰洋

研究角度划分：太平洋，大西洋，印度洋，南大洋

1)、太平洋：面积最大，占地表总面积1/3，海洋表面积的1/2；平均深度4028m，东西最宽达半

个赤道。海底地形以东部洋脊为主；东北部为洋盆,上有断裂带；中部海山集中,群岛很多；北部和西

部多岛弧、海沟和边缘海。

2)、大西洋：面积占世界大洋面积1/4，平均深度3627m。海沟4个，最深9218m。洋脊横贯南

北。赤道窄，分南北大西洋，海岸形态：南：平直无附属海；北：迂回曲折，多岛屿、港湾和附属海。

3)、印度洋：面积占世界洋面积的1/5，平均深度超过大西洋，平均3897m。最深7450m。“入”

字型洋脊：由南而北扩张速度减小。

4)、北冰洋：面积最小，水深最浅，平均1200m。有人称其为北极地中海。具有世界上最宽的大陆

架：1000km。

5)、南大洋：南纬45度至南大陆间的广阔水域；具有独特的潮波系统和环流系统。

3、海：占总面积9.7%；位于大陆边缘，被陆地、岛弧分割的许多形态各异的小水体。靠近陆地，

受陆地影响大；面积小，水浅；无独立的潮波系统；底质为陆屑。

4、海的分类

1）海所处的位置可将其分为陆间海、内陆海和边缘海；

陆间海、地中海：陆间海是指位于大陆之间的海，面积和深度都较大，如地中海和加勒比海。

内陆海：是伸入大陆内部的海，面积较小，其水文特征受周围大陆的强烈影响,如渤海和波罗的海等。

边缘海：位于大陆边缘，以半岛、岛屿或群岛与大洋分隔，但水流交换通畅，如东海、日本海等。

2）按其连通性可分为海湾、海峡；

海湾:洋或海延伸进大陆且深度逐渐减小的水域。

海峡：两端连接海洋的狭窄水道。最主要的特征是流急，特别是潮流速度大。

五海底地形

一、大陆边缘

1、大陆架：海岸线到水深200米以内，平均深度133米；宽度1—1000km，平均75km；平均

坡度0.1度；地壳为硅质花岗岩构成。浪、潮、流季节变化，丰富的油气田，渔业，养殖业主要场所。

2、大陆坡：陆架外缘较陡倾斜的地区，平均坡度4.3度，宽度15—90km，平均28km，深度

200—2500m。地形：深切陡峭的V型海底峡谷，水下冲积锥．

3、大陆基（裙）：坡外与洋盆间较平坦地区；面积大，平坦，深度2000—5000m，平均3700m。

4、岛弧和海沟：深于6000m的陷落地带。

二、洋中脊

1、洋中脊是大洋的主体,大洋中的山脉或隆起，成因相同、特征相似。具有全球规模(如图）。北端

在各大洋分别延伸上陆，南端互相连接。顶部水深大多在2~3km，高出盆底1~3km，宽数百至数

千千米不等。面积占洋底面积32.8%。全长7万余公里。

2、轴部都发育有延其走向延伸的断裂谷地，称为中央裂谷，向下切入1~2km，宽数十至一百多千

米。是一个全球性地震活动带，震源浅、强度小，释放能量占全球地震释放能量5%。是海底扩张中

心和海洋岩石圈增生的场所。扩张速度平均1—15cm年。其上有横向断裂，如罗曼奇断裂带，大西

洋脊错移1000km以上。

三、洋盆

１、定义：指大洋中脊坡麓与大陆边缘之间的广阔洋底，水深4000－5000m的开阔水域，占海洋

总面积的45%。

２、其上分布正地形和负地形

１）正地形：海底山，海峰，海底平顶山；海隆；海台；海岭；海丘等。

海底山：孤立或比较孤立的坡度较陡的海底高地，高度在1000m以上。

海峰；海底平顶山。

海隆：海底上宽广、和缓的隆起区。

海台（海底高原）：具有比较平坦、宽阔顶面的海底高地，高出邻近海底1000m以上。

海岭：带状分布、轴状分布。无震海岭，活动海岭（大洋中脊）。

海丘：高度小于1000m，圆形或椭圆形。

２）负地形：海盆，海槽

海盆：面积大而形状多少带盆状的洼地。

海槽：长而宽，两侧坡度平缓的海底洼地。

六中国海形态

一、中国海形态

1、渤海：内陆海，从老铁山角（老铁山头）至蓬莱角（登州头）联线与黄海为界。面积7.7万km

２，平均深度18m，最深83m。

2、黄海：半封闭浅海，南界为启东嘴至济州岛连线与东海相接。面积38万km２，平均深度44m，

最深超过100m。地形中央凹地。

3、东海：太平洋边缘海，水域辽阔，面积77万km２，平均深度370m，最深2719m。

4、南海：面积350万km２，平均深度1212m，最深5377m。

第三章海水的物理特性和世界大洋的层化结构

一、海水的化学组成：

11种主要无机盐，占99.99%；混合溶液=淡水+无机盐+有机物+悬浮质+……；

海水组成恒定性原理：Marcet原理或Dittwar定律，无论海水所溶解的盐类的浓度大小如何，其中

常量离子间比值总是恒定的。

二、海水的物理性质：

1、淡水

分子结构：极性，分子缔合力

溶解力强：水分子有很强的极性

密度变化异常：不遵从“热胀冷缩”。最大密度时温度是4摄氏度

沸点和融点、比热、蒸发潜热等热性质比氧的同族化合物高。

2、海水的热力学性质

1)热容、比热容

热容：海水温度升高1K所吸收的热量。（单位：J/K）

比热容：单位质量海水的热容。单位：J/(Kkg)

定压比热Cp:在一定压力下测定的比热容。

定容比热Cv:在一定体积下测定的比热容。

二者皆是温(T)、盐(S)、压(P)的函数。Cp在海洋学中较常用，比Cv值略大。Cp值随盐度的增高

而降低，随温度的变化比较复杂，低温、低盐时随温度升高而减小，高温、高盐时随温度升高而增大。

2)热膨胀

热膨胀系数:温度升高1K单位体积海水的增量。是T、S、P的函数。

海水的热膨胀系数比纯水的大，且随温度、盐度和压力的增大而增大；在大气压力下，低温、低盐海

水的热膨胀系数为负值，说明当温度升高时海水收缩。由正转负对应的密度最大。

3)压缩性、绝热变化，位温

压缩系数：单位体积海水，压力增加1Pa体积的负增量。

若海水微团在被压缩时，因和周围海水有热量交换而得以维持其水温不变，则称为等温压缩。若海水

微团在被压缩过程中，与外界没有热量交换，则称为绝热压缩。海水的压缩系数随温度、盐度和压力

的增大而减小。

绝热变化：绝热提升时，压力减小，体积膨胀，对外做功，消耗内能导致温度降低；绝热下沉时，压

力增加，体积减小，对力对海水微团做功，增加期内能使温度增加。

位温：某一深度海水绝热上升到海面时温度称该深度海水的位温。比现场温度低

4)蒸发潜热和饱和水气压

比蒸发潜热：使单位质量海水化为同温度的蒸汽所需的热量，称为海水的比蒸发潜热，以L表示，单

位是焦耳每千克或每克,记为J/kg或J/g。

饱和水气压：是指水分子由水面逃出和同时回到水中的过程达到动态平衡时，水面上水汽所具有的压

力。

5)热传导

相邻海水温度不同时，热量由高温处向低温处转移，这就是热传导。

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ｓ的增加

而降低。

3海水的其他物理性质

1)粘滞性(viscosity)：

当相邻两层海水作相对运动时，由于水分子的不规则运动或者海水块体的随机运动(湍流)，在两层海

水之间便有动量传递，从而产生切应力。

2)渗透压：

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。那么，淡水一侧的水会

慢慢地渗向海水一侧，使海水一侧的压力增大，直至达到平衡状态。此时膜两边的压力差，称为渗透

压。

3)表面张力：液体的自由面上，由于分子之间的吸引力所形成的合力使自由表面趋向最小。

4）温、盐、密概念及之间关系

1.温度

描述物质分子热运动的量度。

2.盐度

1)盐度(1902)：1kg海水中将(Br-,I-)以氯置换，碳酸盐分解为氧化物,有机物全部氧化,所余固体物

质的总克数。(480度加热48小时）利用"海水组成恒定性"，测定出其中某一主要成分的含量，便

可推算出海水盐度。

2)氯度:1kg海水中将(Br-,I-)以氯代替，所含氯的总克数。转换为盐度的关系式为：

S‰=0.030+1.8050Cl‰

3)实用盐标PSS78：

为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖，JPOTS又提出了1978年实用盐度标度，并建立了计算公

式，编制了查算表，自1982年1月起在国际上推行。建立实用盐度的固定参考点：

配制一种浓度为32.4356‰高纯度的KCl溶液，它在"一个标准大气压力"下，温度为15℃时，与

氯度为19.374‰(盐度为35.000‰)的国际标准海水在同压同温条件下的电导率恰好相同，把这

一点作为实用盐度的固定参考点。

3.密度和比容

密度：单位体积物体的质量；

比容：单位质量物体的体积是比容。

二者皆是温、盐、压的函数。

现场密度：一定温、盐、压下测得的密度。

状态方程:描述海水温、盐、压、密等理化特征参量之间关系的数学表达式。

三海冰

1、Tf、Tmax与盐度关系

随盐度的增加而降低，且前者比后者降的慢，当盐度为24.695时二者均是-1.33度。

2、结冰过程

淡水结冰：表层开始结冰。

海水结冰：大于24.695时结冰前一直对流混合，然后混合层都达冰点时一起结冰。

结冰条件：冰点温度，结晶核

3、海冰分布

北极

南极

季节变化

4、海冰物理性质

盐度：1kg海冰融化后海水的盐度。

密度：与S有关，与冰内的气泡有关。1/10在水上，9/10在水下。

比热：比纯水冰大，且随盐度增高而增大。受卤水的影响，随温度有较大的变化，因其盐度值有很大

差异。低盐比热小，高盐比纯水冰大数倍。

热传导系数：比纯冰小，受气泡影响大大减小，天然保温层。

5、海冰与海洋水文状况的关系

1）对水文要素垂直分布影响:

同性成层：丰富的渔业资源。

盐度跃层：

密度跃层：融冰时表层会形成暖而淡的水层覆盖在高盐冷水上，形成密度跃层。

形成大洋底层水；

2）对海水运动影响：潮汐，海浪

3）对海洋热状况影响：辐射，水温

冬季：结冰，结晶热，冰盖，皮袄；

夏季：反射，融冰，融结热

6、海冰的危害：港口，航运，海上油气开发

四世界大洋的热量

海面热收支

（一）、太阳辐射Qs

1、辐射定律：

1）斯蒂芬—波尔兹曼定律：任何温度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。

2）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：

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。

（二）、海面有效回辐射Qb

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：

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随纬度及季节变化小。

（三）、蒸发潜热Qe

1、对海气间热交换起重要作用

2、影响因素：

A.水汽温差

B.大气中水汽垂直分布

C.风速

3、分布及变化：

(a)经向（南北）：

赤道蒸发量小（相对湿度大，风速小）高纬度海区小（温度低，水汽含量少）副热带和信风带海区大

气流下沉，空气干燥，气温高，风大

(b)季节变化：

冬季最强（风速大，水汽压差大，水温高于气温，空气层结不稳）

（四）、感热交换Qh(

1、海气温度不等，通过热传导也有热量传递。

2、有两个影响因素：海面风速和海气温差。

3、分布：寒暖流区较强

4、季节变化：冬季强，夏季较小

（五）、世界大洋海面年平均热收支随纬度变化

海洋内部热交换（Heatexchangeintheocean）：铅直方向上的热输运Qz(vertical)；水平方向热

输送QA(horizontal)；海洋中全热量平衡(equilibrium)。

五海洋中的水量平衡

一、影响因子(Influencingfactors)：

1、蒸发（evaporation）：

热量、水量消耗的过程。44万立方千米。124—126cm/a

2、降水：41万立方千米,113.7cm/a。各大洋分布不均匀。与大气环流有关。

3、大陆径流、地下水：2.92万km3,大西洋最多，亚马逊(第一径流)，密西西比(第二大河)，刚果

(第二大径流)，全部注入大西洋(Atlantic)，可使海面上升23cm/a.印度洋(IndianOcean)次之，

太平洋最少。长江(第三径流)只及亚马逊18.9%。全部注入，使太平洋(PacificOcean)海面上升

7cm/a。

4、结冰与融冰:局地影响

5、海流整个大洋是可逆的，局部海区有影响。

二、水平衡方程

1、方程：对整个世界大洋、全年或多年平均

2、水平衡对盐度的影响

1）世界大洋表层盐度分布取决于蒸发和降水量之差。

2）(E-P)~S

3）低纬度海区：降水大于蒸发,P-E>0,S低。

4）副热带海区：蒸发大于降水,P-E<0，S高。

5）副极地海区：多云带，蒸发少，S低。

3、局部地区各大洋的情况

北冰洋：径流大，蒸发量小，水量盈余，盐度低，冰点升高，易结冰。

太平洋：降水最多，降水+径流>蒸发，水量盈余，平均盐度低。

大西洋：降水少，蒸发>降水+径流，导致水位损失12cm/a。平均盐度高。

六世界大洋及中国海温盐密分布及变化

一、概述(Summary)

1.对整个世界大洋

75%的水体温度在0-6°C,50%在1.3-3.8°C,整体水温平均3.8°C。其中太平洋3.7°C，大西洋

4.0°C，印度洋3.8°C。表层海水平均温度17.4°C，其中太平洋19.1°C，大西洋16.9°C，印度

洋17.0°C。（太阳辐射入海的光能被表层海水吸收，因此表层海水温度高于海洋内部。

2.大西洋表层水低于太平洋的原因：

1)两大洋拥有的热带海域面积;

2)与北冰洋水交换

3.热赤纬：最高温出现的位置。平均在7°N左右。热赤纬不是在赤道的原因：

1）大洋环流系统的配置

2）与两极水交换

二、分布

（一）水平分布

1.表层：等温线成条带状，沿纬向逐渐减小东、西边界等温线弯曲方向相反寒暖流交汇处等温线密集

径向温度梯度冬季大于夏季。

2.深层：表层以下太阳辐射直接影响减弱，环流情况与表层不同，所以水温分布与表层不同。500m，

水温经向梯度减小，南北温差减小。西边界出现明显高温区。1000m，经向变化更小，大西洋、印

度洋高温区是高温高盐地中海水溢出形成高盐中层水。4000m，温度分布均匀，整个大洋温差不过

3°C。底层，南极底层水影响，性质均匀，约0°C左右。

（二）垂直分布

表层高，随深度增加而降低。各纬度分布不同：

1.低纬度：表层温高的均匀层(100m左右)，下面强大温跃层(主温跃层)。主温跃层（又称永久性温

跃层）：不随季节变化。在纬向上，赤道附近的主温跃层较强、较薄，深度大约在300m左右；在

副热带海域下降，深度加深，厚度加大。高纬度)区域，强度增大，厚度减小，水层变浅。极地水域

不出现永久性跃层。

2.中纬度：上为均匀混合层，其下季节性温跃层。

3.高纬度：极锋(front)向极一侧，不存在永久性跃层，冬季在上层出现逆温现象(暖中间水)，深度

100m左右；夏季冷中间水。

季节性温跃层生消规律：

三、水温的变化

（一）日变化：

很小，变幅不超过0.3°C。

日较差：最高温与最低温之差。

1.影响因素：主要因子是太阳辐射、内波等。

2.表层：

相比之下，晴天比多云大；无风比有风大；低纬比高纬大；夏季比冬季大；近岸比外海大。主要受云、

风、潮流影响。

3.深层：

表层水温的日变化，通过海水内部的热交换向深层传播。变幅随深度增加而减小，位相则落后。

（二）年变化：

表层受制太阳辐射年变化。最高温与最低温差为年较差，赤道和极地海域年变幅小于1°C，最大值出

现副热带海域8-9°C，寒暖流交汇处可达14、15°C。北半球变幅大。近海大于大洋。

表层以下水温的年变化，主要靠混合和海流等因子施加影响。

（三）非规则变化：西班牙圣婴ELNino现象。

盐度分布及变化

一、概述

世界大洋盐度平均值以大西洋最高，为34.90；印度洋次之，为34.76，太平洋最低，为34.62。

二、空间分布

空间分布不均匀。

（一）水平分布

1.表层：

总特征，基本上具有纬线(woof)方向的带状分布特征和经向分布呈鞍马状；

寒暖流交汇区和径流(runoff)冲淡海区等盐线密集；某些海域达0.2/km。盐度的最高与最低值多出

现在大洋边缘的海盆中；地中海、波斯湾、红海达39-43，波罗的海北部最低时只有3。

冬季盐度分布特征与夏季相似。

平均各大洋表层盐度，北大西洋(最高(35.5)，南大西洋、南太平洋次之(35.2)，北太平洋最低

(34.2)。

大西洋盐度高于太平洋盐度的原因：

(1)大西洋沿岸无高大山脉；(2)洋流影响

2.深层：

盐度差异随深度的增加而减小。在500m，整个大洋盐度水平差异约2.3，高盐中心移往大洋西部。

1000m约1.7；至2000m,0.6；深处几近均匀。

（二）垂直分布

1.赤道区：

均匀低盐层、盐度最大层—盐度跃层—盐度最小层,缓慢增加。南强北弱

2.副热带海区：均匀高盐层、盐度最小层.

3.极地海区：

层状分布的原因，大洋表层以下的海水都是从此海区表层辐聚下沉而来的。

三、盐度的变化

1.日变化：表层很小，变幅通常小于0.05。下层，受内波的影响，常有大于表层的。

日较差：一天中最高、最低盐度之差。

2.季节变化：

由蒸发、降水、径流、融冰结冰及大洋环流等因素制约。有年变化的周期。但各海区不同，无普遍规

律可循。

3.不规则变化：（1）径流（2）地震

密度分布及变化

一、分布

（一）水平分布

是T、S、P的函数

1.表层：取决于温度和盐度,沿经向从赤道向两极逐渐增大。

2.深层：密度水平差异减小。

（二）垂直分布

主要取决于温度.

1.随深度增加而不均匀的增大。

2.低纬与主温跃层对应，出现密度跃层。

3.沿各纬度分布与主温跃层相应。热带表面密度小，密度跃层强度大，副热带表面密度增大，密度跃

层强度相对减弱。极锋(front)向极一侧，不存在跃层。（表面密度大）个别海域形成浅而弱的密跃

层。（降水、融冰）在浅海，随着季节性温跃层的生消也会存在密度跃层的生消过程。

二、变化

1.日变化：微不足道。深层有密度跃层存在时，受内波影响会有波动，但无规律。

2.年变化：与温度、盐度年变化有关，综合作用也导致了密度年变化的复杂。

中国海温盐分布及变化

季节性温、盐跃层

温、盐日较差

温、盐年较差

观测手段

一、传统：颠倒温度计

二、电子：CTD

三、红外：热电偶、热敏电

海水混合

一、混合概念、形式

（一）定义：

混合是海水的一种普遍运动形式，混合过程就是海水各种特性逐渐趋向均匀的过程。

（二）混合形式：分子混合，涡动混合，对流混合

分子混合：分子的热运动与相邻海水进行交换，只与海水的性质有关。

涡动混合：海水微团的随机运动与相邻海水进行交换。与海水的运动状态有关。

对流混合：热盐作用引起，主要是铅直方向水体交换。

（三）海水混合具有区域性：界面混合和内部混合。

1、界面混合

海气界面：强烈的动力和热力过程。风混合；热力对流混合。

海底层混合：主要由海流、潮流等动力因子引起，自海底向上发展。

海洋锋区：不同水团相交汇的海区，有水平和垂直混合。

2、海洋内部混合

海洋内波引起的混合尤为重要；

“双扩散对流”效应：由于分子热传导系数大于盐扩散系数（100倍），引起的自由对流，促进海洋内

部混合。通常两种形式：

1）冷而淡的海水置于暖而咸的海水之上温度出现不稳定状态，上下层海水是静力稳定状态，由于分

子扩散的结果，上层海水增温增盐，下层降温降盐，由于热传导系量是盐扩散系数的100倍，所以

上层海水由于增温而密度减小，导致海水从界面处上升，下层降温降盐而密度增大，导致海水从界面

处下降。对流从界面开始分别向上和向下扩展。

2）暖而咸海水置于冷而淡海水之上与1）形式相似，上下层海水通过界面产生对流。海洋中观测到“盐

指”双扩散对流效应大大促进了海洋内部的混合。

二、混合效应及影响因素

1.动力混合：均匀层，温度跃层，盐度跃层，形成密度跃层

2.对流混合：均匀层，增盐：温度跃层，降温：盐度跃层，不会出现密度跃层

三、混合增密效应

混合收缩效应:混合后的密度大于混合前海水的平均密度。

海水密度随温、盐和压力的变化是非线性的。

四、水团之间混合

海洋热盐细结构

一、海洋细结构：

相对常规观测尺度的铅直向结构，称其为“细微”。很多很薄的水层构成，层内温盐性质相对均匀的分

层结构。

二、两种型式：阶梯状结构和不规则的扰动型

1.阶梯状结构：

海洋上层大风的扰动或相邻海水的入侵。在海洋深层的一般认为是“双扩散”对流是其形成原因。

2.不规则扰动型：

跃层内有厚度为数米的温度和密度相当均匀的薄层，有时甚至有逆温现象。可能是内波的破碎或小尺度湍

流形成。

第四章海水的化学组成和特性

1）海水的化学组成，特别是海水中溶解的气体和营养盐。

2）海水中元素的逗留时间的定义及推算方法

3）海洋污染的定义及其主要污染源

4）海水中的二氧化碳系统，特别强调海洋对大气中二氧化碳的吸收对全球气候的重要影响。

海水中二氧化碳的分布特征，与其他气体分布的差别。

海水中二氧化碳含量对海水pH值的影响。控制海水吸收二氧化碳的三个因素，强调海洋化学与物理

海洋之间的交叉，特别是目前的国际合作研究计划“上层海洋与低层大气研究（SOLAS）”，主要就

是海洋化学和物理海洋学科的结合。控制海-气界面二氧化碳交换速度的因素，强调这是海洋化学家

和物理海洋学家共同关心的问题。

5）气体在海水中的溶解度及其影响因素：分压、温度和盐度

6）海面上气体通量的估计，强调海-气界面通量是大气海洋相互作用研究的核心问题。

7）海水中的气体，强调二甲基硫（DMS）是由海洋浮游植物生成的一种“负温室气体”；在缺氧的

环境中甲烷（CH4）含量较高，甲烷是一种温室效应非常强的气体。

8）海水中的营养元素。海水中营养盐对生物活动的重要性和循环过程。

第五章海洋环流

1、定义及分类

1.1.海流：海水大规模相对稳定的流动。

1.2.分类：

按成因分：密度流，风海流，补偿流；

按受力分：地转流、惯性流；

按发生区域：赤道流，陆架流，东西边界流等；

按运动方向：上升流，下降流；

按海流温度与周围海水温度差异分：寒流，暖流等

2、影响和产生海流的力

引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，引潮力

海水运动后派生的力：科氏力，摩擦力

2.1、重力：地心引力与地球自转产生的惯性离心力的合力。习惯上将单位质量物体所受重力称为重

力加速度，以g表示。与纬度和海水深度有关:海面上赤道到极地差为0.052m/平方米,在中纬度，

海面与10km深处的差为0.031m/平方米。因此，在海洋研究中，一般视其为常数9.8m/平方米

重力势：从一水平面逆重力方向移动物体到另一高度所做功。

等势面：位势相等的面叫等势面。处处与重力垂直的面称水平面。

海平面：海洋表面的平均位置。

2.2、压强梯度力：

等压面：压强相等的面。

压强梯度力：单位质量水体所受的静压力的合力，与等压面垂直，指向压力减小的方向。即与压强梯

度方向相反。

正压场：等压面与等势面平行

斜压场：等压面相对等势面发生倾斜时。

海洋内压场：由海洋中密度差异形成的斜压状态，在海洋上部斜压性很强。

外压场：外部原因（风、降水、江河径流）引起海面倾斜产生的压力场。

2.3、风应力：切应力，将大气动量输送给海水，目前，只能以经验公式给出

2.4、科氏力：因为地球自转而产生的偏转力

2.5、摩擦力：分子粘性力和湍流粘性力

3、海水动力学方程

3.1、地转流：压强梯度力水平分力与科氏力达到平衡时的稳定流动。

3.1.1均匀海洋中地转流

１）地转流流速大小与等压面和等势面的夹角的正切成正比，与科氏参量成反比；

２）沿两面的交线流动,北半球流向偏在压强梯度力水平分力右方90度；

３）在北半球，面向流去的方向，右面等压面高，左面低。

４）内压场引起的等压面倾斜主要体现在海洋的上层，随深度增加而减小。外压场引起的等压面倾斜

则直达海底。

3.1.2二层海洋中地转流

１）等压面倾斜与等势面倾斜方向相反，若上层流速小于下层流速，倾斜方向相同。

２）流向沿三面交线流，且面向流去方向右面密度小，左边大。右边温度高，左边低。

3.2、风海流

3.2.1无限深海风海流（亦称漂流）

艾克曼于1905年根据南森在北冰洋考察时发现冰的漂流方向与风向不一致。

1、定义：海水摩擦力和科氏力平衡时的稳定流动。

假定：I.均匀；II.海区无限宽广，海面无起伏；III.风场均匀，只沿x方向吹；IV.只考虑垂直涡动

粘滞系量引起的水平方向的摩擦力，且视为常数；V.科氏力不随纬度变化。

2、空间结构：１）表层流速最大，流向偏向风向的右方45度；

２）随深度增加，流速逐渐减小，流向逐渐右偏；

３）至摩擦深度，流速是表面流速的4.3%，流向与表面流向相反，可忽略；

４）连接各层流速的矢量端点，构成艾克曼螺旋线。

3.2.2浅海风海流

水深越浅，从上层到下层的流速矢量越是趋近风矢量的方向。

3.2.3风海流体积输运

无限深海风海流垂直风向输送，北半球在风向的右边，南半球相反。浅海风海流存在岸、底摩擦，在

x,y方向都有输送。

3.2.4风海流的附加效应

升降流：

1)顺岸风

2)气旋与反气旋

3)辐散、聚带等引起

3.3惯性流

科氏力和加速度达平衡，流速、流向，水质点运动是等速圆周运动。

4大洋环流及水团结构

4.1大洋环流的成因

4.1.1风生大洋环流：风应力驱动，密度差异控制建立起的环流。

1.西向强化理论：科氏参量随纬度变化。

l理论：1948,风应力、铅直湍切应力及科氏力等的平衡关系。将大洋视为等深矩形风应

力随纬度变化。

理论：1950,考虑均质大洋边界侧向摩擦力作用，将北太平洋为三角形，得到与实测海流相

似的结果。

4.1.2热盐环流：密度差驱动的环流（包括风、热通量、水通量及海洋内部混合等）

由温、盐变化引起的环流。相对而言，在大洋中下层占主导地位。

大洋主温跃层稳定性：低纬海区有净的热输入，表明深层有冷水上升，有效阻止热量从表面向下扩散。

使跃层深度保持稳定。

4.2海洋表层环流的地理分布

4.2.1、副热带海区反气旋式环流：

太平洋、大西洋：南半球和北半球都存在。

印度洋南半球与大西洋和太平洋相似，北半球冬夏环流形式受季风影响不同，冬半年是反气旋式环流，

夏季则消失。

4.2.2、气旋式环流：太平洋和大西洋的亚北极海区受极地弱东风的影响。

4.3大洋表层环流各流系的特征

4.3.1赤道流系：

1）.南、北赤道流对应信风带，亦称信风流。南北不对称，夏季北赤道流在10°N到20°N—25°N

之间，南3°N—10°S之间。冬季稍偏南。赤道流自东向西逐渐加强。

2）.赤道流系特征

主要100—300m的上层，平均流速0.25—0.75m/s。下部有强大的跃层存在，跃层以上温暖高盐

的表层水。溶解氧含量高，营养盐低。赤道流是高温、高盐、高水色及透明度大为特征的流系。

3）.印度洋赤道流系特征

主要受季风控制。11月至翌年3月盛行东北季风，5—9月盛行西南季风。

4）.赤道逆流

对应赤道无风带，平均位置在3°N—10°N之间。逆流区有充沛的降水，相对赤道流具有高温、低盐

特征。它与北赤道流之间存在辐散上升运动，水色和透明度也相对降低。

5）.赤道潜流南赤道流区下方温跃层内，与赤道流相反自

西向东的流，成带状分布，厚约200m，宽300km，最大流速达1.5m/s。流轴常与温跃层一致，

向东变浅。

4.3.2西边界流：

1）.大洋西侧沿大陆坡从低纬向高纬的强流。太平洋黑潮和东澳流，大西洋湾流和巴西流，印度洋莫

桑比克流。是反气旋环流一部分，赤道流的延续。与近岸水相比，具有高温、高盐、高水色和透明度

大等特征。北强南弱。

2）.湾流：佛罗里达流与安的列斯流汇合处视为起点。北上经1200km，到哈特拉斯角，又离岸向

东，直到45°W附近的格陵兰滩以南，行程2500km。然后转向东北，横越大西洋——北大西洋流。

湾流在海面宽度100—150km，表层最大流速2.5m/s，最大流速偏在流轴左方，沿途流量不断增

大，影响深度可达海底。两侧有自北向南的逆流存在。湾流方向左侧为高密冷水，右侧低密暖水，水

平温度梯度高达10°C/20km。等密线倾斜渗达2000m以下。绝大部分达海底。有弯曲现象，流轴

弯曲足够大，与主流分离，在南侧形成气旋式冷涡，在北侧则形成反气旋式暖涡。空间特征尺度为数

百千米，有时存在几年，沿湾流相反方向移动。

3）.黑潮：菲律宾群岛东侧北上，主流从台湾东侧经台湾和与那国岛之间水道进入东海，沿陆坡向东

北方向流动。到九州西南方一部分向北层对马暖流，经对马海峡进入日本海。在此之前也有一部分进

入黄海称黄海暖流，具有风生补偿流特征。黑潮主干经吐海峡进入太平洋，沿日本列岛流向东北。在

35°N附近分两支：主干转向东流直到160°E，称黑潮延续体，一支在40°N附近与亲潮汇合转向

东流汇于黑潮延续体，横过太平洋。西边界流每年向高纬输送热量，约同暖气团输送热量相等。

4.3.3西风漂流：

1）.北太平洋漂流：是黑潮延续体的延续。在北美沿岸附近分为两支：向南一支称为加利福尼亚流，

汇于赤道流；向北一支称为阿拉斯加流，它与阿流申流汇合，连同亚洲沿岸南下的亲潮共同构成北太

平洋高纬海区气旋式小环流。

2）.北大西洋漂流：在欧洲沿岸附近分为三支，中支进入挪威海，称挪威海流；南支沿欧洲海岸向南，

称加那利流，在向南与北赤道流汇合，构成北大西洋反气旋式环流；北支流向冰岛南方海域，称伊尔

明格流，与东、西格陵兰流及北美沿岸拉布拉多流构成。北大西洋高纬海区气旋式小环流。

3）.南极绕极流：由于南极海域连成一片，南半球西风飘流环绕整个南极大陆，是一支自表至底、自

西向东的强大流动，其上部是漂流，下部为地转流。南极锋位于其中,大西洋和印度洋平均位置为

50°S，太平洋位于60°S。极锋两侧海水特性、气候特征有明显差异。极地海区干冷、亚南极海区

为极地气团与温带海洋气团轮流控制，季节性明显。

4）.南极辐聚带：风场分布不均，低温、低盐、高溶解氧的表层水在极锋向极一侧辐聚下沉。南极绕

极流在太平洋东岸向北分支为秘鲁流(，大西洋本格拉流，印度洋西澳流。分别在各大洋中向北汇入

南赤道流。

5）.“咆哮45°”或“咆哮好望角”:频繁的气旋活动，降水量较多，海况恶劣。特别南半球的冬季，风

与浪更大。

4.3.4东边界流：

太平洋的加利福尼亚流、秘鲁流，大西洋的加那利流、本格拉流，印度洋的西澳流，都是寒流。他们

的流幅宽、流速小、影响深度浅，水色低、透明度小。上升流是东边界流海区的一个重要水温特征。

原因：信风常年沿岸吹，风速分布不均，近岸小，海面大，海水离岸运动。另外，来自高纬海区的寒

流，形成大气冷下垫面，上层大气层结稳定，有利海雾形成，因此干旱少雨。与西边界流区具有气候

温暖、雨量充沛的特点形成明显的差异。

4.3.5亚北极海流：气旋式环流

大西洋：伊尔明格、东格陵兰、西格陵兰、拉布拉多、西风漂流。太平洋：阿拉斯加、阿留申、亲潮、

西风漂流。

4.3.6极地环流

北冰洋中的环流：从大西洋进入的挪威流及一些沿岸流。加拿大海盆为一巨大反气旋式环流，从楚奇

科海穿越北极到达格陵兰海，部分西折，部分汇入东格陵兰流，把大量的浮冰携带进入大西洋。

南极海区环流：南极大陆边缘一个很窄范围内，极地东风作用，形成一支自东向西绕南极大陆边缘的

小环流，称为极地东风环流。与南极绕极流间，形成南极辐散带。与南极大陆间形成海水沿陆架的辐

聚下沉，即南极大陆辐聚区，亦是南极陆架表层海水下沉的动力学原因。

4.4大洋水团及表层以下环流

4.4.1.次表层水的运动和分布

1）表层水以下与大洋主温跃层以上的海水。

2）副热带海域的表层水下沉形成的。

3）高盐高温，只能下沉到表层水以下的深度上。

4）大部分水体流向低纬一侧，沿主温跃层散布，少部分流向高纬一侧。

4.4.2.大洋冷水区环流

4.4.2.1.中层水的运动

1）南极辐聚区和西北辐聚区下沉的海水形成，带有源地低盐的特征。温度较低，故密度较大，分布

在次表层水之下。

2）南极辐聚下沉的海水，温盐特征为2.2°C与33.8，下沉到800—1000m深度上，一边参加南

极绕极流，一部分水体向北散布进入三大洋。大西洋可达25°N；太平洋可越过赤道，印度洋在南纬

10度。

3）高盐中层水：北大西洋的高盐地中海水（温13°C，盐37）由直布罗陀海峡溢出，下沉到

1000—1200m深度上，然后向西、西南和东北方向散布。印度洋中的红海高盐水（温15°C，盐

36.5）通过曼德海峡流出，在600—1600m深度上沿非洲东岸向南散布，与南极中层水相遇发生

混合。

4.4.2.2.大洋底层水的运动

1）源地是南极大陆边缘的威德尔海、罗斯海，其次次为北冰洋的格陵兰海与挪威海等。普遍认为南

极威德尔海是南极底层水的主要来源在冬季冰盖下海水（盐34.6，温-1.9°C）密度迅速增大，沿陆

坡下沉到海底，一方面加入南极绕极流向东流，一方面向北进入三大洋。主要沿洋盆西侧向北流动。

在大西洋可达40°N，与北大西洋深层水相遇，由于南极底层水密度更大，继续潜入海底向北扩散。

2)北冰洋底层水因白令海峡很浅，不可能进入太平洋，只在偶然情况下，少量海水通过海槛溢出而进

入大西洋。因此北冰洋底层水处于几乎是被隔绝状态。

4.2.2.3.大洋深层水的运动

1）深层水介于中层水和底层水之间，约在2000—4000m的深度上。主要由北大西洋格陵兰南部

的上层海洋中形成。东格陵兰流与拉布拉多寒流向该区输送冷的极地水，与湾流混合后下沉（盐34.9，

温近3°C）向整个洋底散布。在大洋西部接近40°N，与来自南极密度更大的底层水相遇，在其上向

南流去，直到南大洋。

2）贫氧是深层水的主要特征。

4.3水团

4.3.1、水团的定义

源地和形成机制相近，具有相对均匀的物理、化学和生物特征及大体一致的变化趋势，与周围海水存

在明显差异的宏大水体。“内同性”“外异性”长期来把温盐特性作为分析水团的主要指标温盐图解判定

水团的数目。

4.3.2、水型和水系

1）水型：性质完全相同的水体元的集合

2）水系：符合一个给定条件的水团的集合。即只考虑一种性质相近即可。“沿岸水系”，“外海水系”，

“暖水系”，“冷水系”。

4.3.3大洋水团

1）、表层水：富溶解氧。

2）、次表层水：高盐

3）、中层水：低盐；高盐中层水：地中海，红海

4）、深层水：贫氧.

5）、底层水：高密。

6）、海洋锋和中尺度涡

第六章海洋中的波动现象

1概述

1.1波浪要素

波峰(谷)，波长，周期，波速，波高，振幅，波陡，波峰线，波向线

1.2波浪类型

成因分：风浪、涌浪、地震波、海啸

相对水深：深水波、浅水波

波形传播：前进波、驻波

发生位置：表面波、内波、边缘波

动力机制：开尔文波、罗斯贝波

2小振幅重力波

2.1、波形传播与水质点的运动

水质点运动速度随深度指数衰减；运动轨迹为圆(浅水为椭圆)；在波峰处有正的最大水平速度，波谷

处负的最大水平速度，铅直速度为零。在平均水面上的水质点，水平速度为零，铅直速度最大。

水质点运动与波形传播

2.2、波动能量

1）势能：单位截面铅直水柱内的势能：沿波峰线单位宽度一个波长内的势能

2）动能：波峰线方向单位宽度，自表至波动消失，一个波长所具有的动能。

2.3、波动叠加

1）驻波：两列振幅、周期、波长相等，传播方向相反的正弦波叠加。

波腹：波面具有最大的升降；

波节：无升降；波形不传播，故称驻波。

水质点运动速度：波节处只有水质点的水平运动分量u，波腹处只有铅直分量w；波面上各点

2）波群：两列振幅、周期、波长相近，传播方向相同的正弦波叠加。

振幅变化的速度：群速

3有限振幅波

3.1有限重力波

相对于小振幅波而言，有限振幅波有较大振幅。与实际海浪的形状更接近。如Stokes波，摆线波、

孤立波等。

1）波面：对于横轴不对称，水质点振动中心高于平均水面。

2）波速：与波长有关，还与波高有关。当波陡愈大时，波速也愈大。

近似公式：

当δ很小时，蜕变为小振幅波速的形式。

3）水质点运动轨迹：

接近为圆，但在一个周期内不封闭。有净位移，此水平位移称“波流”。波流可解释物质输运现象。对

海流、波浪成长及泥沙输运有一定影响。

4）能量：动能>势能

5）波浪破碎：波陡达一定限度，波峰就会破碎。

3.2海洋内波

研究意义：能量传递、混合等；海洋生物生长；声波传输；潜艇航行和停留等。

界面内波：（密度不同两层海水界面处）

1）波速：具有相同波长的界面波与表面波波速比为1/20。

2）振幅：界面内波比表面波振幅大30倍。

3）能量：

4）水质点运动：上下两层海水水平运动方向相反，界面处形成强烈的流速剪切。同一层流速方向相

反，形成辐聚与辐散。

3.3密度连续变化海洋中的内波

1）内波的恢复力：弱化重力（重力与浮力之差）

2）内波的频率：介于惯性频率与Brünt-Vａisａlａ频率之间。

3）内波传播方向：一般沿与水平方向成一角度传播，频率(frequency)越高，夹角越小。

4）内波能量的输送：能量以群速传播，但群速与波速量值不同，传播方向垂直，在同一铅直面上。

5）内波的反射：群速的入射与反射与铅直方向夹角相等。

4开尔文波与罗斯贝波

4.1开尔文波：

长周期重力波，同时受重力和科氏力作用。是右界波振幅为a的自由长波)，通过一无限长，具有侧

向铅直边界，水深为h的水道时波动。波动振幅是y的函数，波峰处，波面右高左低，波谷处左高

右低。即右岸波高大于左岸。

4.2罗斯贝波：亦称行星波,是一种远小于惯性频率f的低频波，恢复力是科氏力随纬度的变化率。

5风浪和涌浪

5.1定义

1）风浪：当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动状态。

2）涌浪：海面上由其他海区传来的或当地风力减小、平息，或风向改变后海面上遗留下的波动。

5.2决定因素

1）风速：风力大小；

2）风时：状态相同的风持续作用在海面上的时间；

3）风区：状态相同的风作用的海域的范围。

5.3风浪成长状态

定常态：某点的风浪尺度达到理论上的最大值；

过渡态：某点风浪未达理论最大，随时间的推移，还可继续增长；

最小风时：对应风区内某点，风浪达到定常状态所用的时间。

最小风区：实际风时一定，对应某一风区内的波浪达到定常态，此一风区长度称为最小风区。

判别风浪的状态：

风时>最小风时，风浪是过渡态，反之定常态；

风区>最小风区，风浪是定常态，反之是过渡态。

充分成长：波浪在成长过程达到一定尺度后，摄取与消耗能量达到平衡时，波浪不再增大。

5.4涌浪传播

波高逐渐降低，波长、周期逐渐变大，从而波速变快。

原因：摩擦消耗及弥散作用、角散作用

不同波长、周期、振幅的分波在传播过程中波长大的速度快，短的速度慢，使原来叠加一起的波分散

开。

角散作用：各分波传播方向不同，在传播中向各方向分散开来。传播速度快，距离长。

拍岸浪、先头涌

6浅海和近岸海浪

6.1波速、波高变化：

波速变小(从短波与波长有关C*C=gλ/2π，在浅水为与水深有关C*C=gh)，周期保守，波长变小。

6.2波向转折

波峰线有逐渐与等深线平行的趋势，也就是波向线与等深线逐渐垂直的趋势。海底凸出的海岬处，波

向线辐聚(converge)，出现大浪；而在凹进的海湾处，波向线辐散，波浪较小。

6.3波高变化

能量守恒:

称折射因子，波向线辐聚时，L0>L,折射因子大于1，能量集中，波高增大(海岬)。

称为地形因子，波浪从深水进入浅水，波高略有降低，然后随相对深度的减小而迅速增大。

6.4波浪破碎、沿岸流沿岸流与离岸流

1）波浪破碎：风大；波浪传到浅水波长变短，波陡增大；海底摩擦；波峰、谷处相速不同，波面变

形；浅滩、沙丘、暗礁。

2）破碎类型：溢波、卷波、崩波、溃波。

离岸流，沿岸流，物质输动，海湾沙丘

6.5反射和绕射

1）波浪遇陡峭的海岸反射形成驻波。

2）防波堤的效用

3）遇障碍物绕射，波高明显减少。

第七章海洋资源

1海底矿产资源：溶存于海水中的海水矿产资源和赋存于海地的海底矿产资源

特点：数量的有限性；分布的局限性；矿产资源的伴生性；开发投资高，技术要求难度大。

1.1海底油气资源：天然气，石油

形成：具有开采价值的油气藏多数不再生油层中，而是经过了一个移动和聚集地过程（运移，圈闭）

分布：大陆架

1.2锰结核：一种黑褐色的铁和锰的氧化物凝块，富含铁、锰、铜、钴、镍等金属。

外形：矿瘤，皮壳，被覆状，圆盘状，椭球状

内部：围绕着一个微小的核心形成多伦层状。

成因：有机成因；无机成因；混合成因

1.3海底磷矿：磷钙石结核，磷钙石沙，磷质泥

特点：海底沉积生成的矿物，大陆风化运移到海底的碎屑；生物残体与陆地相比，品味通常偏低。

来源：大陆；海岸侵蚀，地球内部火山和热液活动；宇宙物质；生物体

成因：生物成因；化学成因

分布：滨外浅滩，浅海陆架；陆架上部；边缘台地；海山等；上升流幅散、沉积速率不大的地方。

1.4海底砂矿：滨海及浅海地区由于海水的反复运动，使有用矿物发生机械分选作用，在有利地形部

位富集而成的碎屑矿床。包括金、铂、锡、钛、锆、金刚石。

分布：陆上河谷或河成阶地内，海面下淹没的河谷沙和海滩砂矿。

1.5海底热液矿床：海底热液成矿作用或海底热液喷泉形成的多金属软泥和块状硫化物矿床，富含

Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Mn、Fe等多种金属元素。

分布：水深1500-3000米水深的裂谷处，沿大洋中脊和边缘岛弧岩浆活动带发育。

2海水及海水化学资源

2.1海水：工业用水：工业冷却；制冷；工业溶剂；还原剂等

大生活水利用：生活中的洗刷、卫生、消防和游泳池用水

灌溉利用

2.2海盐资源：海水中溶解的各种盐类中，以食盐含量最高，占70-80%

2.3海水化学资源：

溴：海洋元素，地球上99%的都融入海洋中

碘：属于痕量元素，在海水中提取碱，可望能解决充足的碘源，但是也是高难度的科研课题

钾：在地壳中分布很广，海洋中占第四位，分布不均匀

镁：海洋中含量很大，海水提取镁也是必进一步发展

铀：储量较多的天然放射性元素，需求量很大，陆上已经不能满足。我国因为资金问题，基本上处于

停滞状态。

重水：赤道地区表层海水中，有富集的倾向。蒸馏法，电解法，化学交换法，吸附法等

3海洋能资源

特点：总蕴藏量大；非耗竭、可再生；能量密度低；海洋能随时空存在一定得变化；对环境无害

3.1潮汐能：潮水的涨落是一种壮观的自然现象，其中蕴藏着巨大的动能，集中在沿海

特点：资源量的地域差别较大

发电水头低，具有间歇性和周期性

海水对机组及水工建筑物存在腐蚀的作用

海洋生物的附着

潮汐发电资源充足、过程洁净、储量丰富、可再生

主要集中在沿海

3.2波浪能

特点：能量密度小，运动速度较慢

往复运动

不稳定，致使海上工作环境恶劣

主要集中在沿海，利用障碍体等装置把海流能提取出来，进而转化成电能的方式

3.3温度差能：在海水中，以表、深层的温、冷海水的温度差形式所储存的热能

利用：应用热力学原理，以表、深层的冷、温水为热源、冷源，将温度差能转换为电能

3.4海洋盐度差能：两种浓度不同的溶液间渗透产生的势能。

将海水和淡水间产生的盐度差能转换成电能的方式，是一种高度集中的高能量、储量大，可再生，不

污染环境。

4海洋空间资源

4.1海洋航运和港口

航运：目的不在于改变海洋环境的特征

海洋四通八达，连接各大洲，为航运提供条件

航运不产生任何新产品，通过是劳动对象发生位移，而提高商品的价值

海洋航运资源有限，港湾有限，航线有限，港口的生产力布局有限

海洋不仅是航海的劳动条件，而且是劳动对象，港口需要人力的维修

港口类型：

河口港：位于大河入海处或位于内河据海口尚有一段距离的地方，为数最多，入上海港、天津港、荷

兰的鹿特丹港

海湾港：位于海湾里边，常有岬角或岛屿等天然屏障，可避风浪。如大连湾、青岛港、日本横滨港、

神户港

海峡港：位于大陆和岛屿或岛屿和岛屿之间，如新加坡港

人工港：人工在岸边创造建港条件后建立的港口，日本鹿岛港

4.2围海造陆

兴起原因：土地资源不足，影响城市建设、工厂建设、开垦农田、开发旅游地等等。

方法：通过围堤、堵坝、水闸等工程来圈围部分滩涂、围割部分海域，挡潮、御卤、防浪，控制围内

水位，形成陆地，进而用于各种经济活动。

4.3海洋桥梁：连接海峡或陆地与岛屿之间的交通，为沿海地区的经济发挥作用。

威尼斯：400多座桥梁连接着118个岛屿

纽约岛：世界上最高的跨海大桥，据海面210M

澳大利亚悉尼桥：世界上最宽的跨海大桥，桥面宽49米

日本濑户内海大桥：世界上最长的，1100米，后来被日本海峡大桥取代，长3910米

土耳其的博斯普鲁斯海峡大桥：洲际大桥，连接欧洲和中东

4.4海底隧道：一般鉴于海峡和海湾之间，至今，世界上有200多条

日本青函海底隧道：全长53.85千米，世界最长，穿越日本津轻海峡，沟通北海道和本州

英吉利海峡隧道：英法两国建造，联通欧洲大陆和英国，全长53千米，由两条火车隧道和一条服务

隧道组成，每天通行400辆火车

4.5海底管线

海底输液输气管道：经济、快速、世界大油田都用

输送海洋石油、天然气：输送污水和热废水入海；输送清洁淡水和海水

输送电力的电缆：从多佛尔到法国加来（第一条）；从加拿大的温哥华------美国夏威夷----斐济的

苏瓦---新西兰的奥克兰和澳大利亚悉尼（最长的太平洋电缆）

传输信息的光缆：1976年研究，1988年连接欧美横跨大西洋的光缆投入使用，上海—嵊泗

4.6人工岛：为解决沿海工业发达城市面临的人口密集、城市拥挤、污染严重等问题，通过在海中填

充沙石、泥土、废料等在近岸或浅水海域中建成的岛屿，岛屿与海岸用堤坝或栈桥相连，作为城市用

处的称为海上城市。

日本神户人工岛：市中心可供4500户，20000人居住地中高层住宅和公寓，有商业街、中小学、

邮电、3个公园、一个体育场，还建有可停泊28艘万吨级巨轮的深水码头。

4.7海上机场

航天发展迅速，造成严重的空气和噪声污染，现在世界上有10多个海上机场

填海式的：日本长崎海上机场，斯里兰卡的科伦坡机场，香港新机场

浮体式：日本关西国际机场，航空母舰

围海式和栈桥式：美国纽约的拉呱抵押机场

4.8海上工厂：利用海洋空间建造固定或浮体设施，在其上安装工厂，就地开发利用海洋资源，或者

把有污染或者危险性而不宜在陆上的项目建在海上。

液化天燃气厂，石油提炼厂，纸浆厂，发电厂，海水淡化厂，垃圾处理厂

4.9海上贮藏基地：将石油、矿石、化工原料和中间产品、粮食、核燃料等有危险性的或者放射性的

物品放在海上贮藏，同时，便于大宗货物的运输。

挪威在北海油田建世界上最大的海上储油罐

美国正在建世界上最大的聚苯乙烯混凝土制液化气储藏基地

日本研究储煤及液化气的方法

已经研制出6个3000m3储罐储藏粮食，低温

4.10利用海洋处理垃圾：利用海水自净

方式：海洋倾废：直接将固体废弃物投入海洋

远洋焚烧：利用焚烧船在远海对固体废弃物进行处理的一种方法，适合处理各种含氟的有机废弃

物。

4.11海洋旅游

利用滨海地带，开阔海面，海底空间进行旅游开发。许多沿海国投巨资兴建海滨度假旅游区、海洋公

园、海上娱乐场、海上旅游中心等形式的旅游设施核基地

4.12海洋军事基地

沿海的军港、潜艇基地、海上军事基地与海底军事基地。用于建海底的导弹和卫星发射基地、反潜基

地、作战指挥中心和水下武器实验场。美国和俄罗斯的居多

5海洋生物资源

按系统：

海洋植物资源：海藻生物资源，红树林资源，海洋草本植物资源

海洋动物资源：无脊椎动物，脊椎动物

海洋底栖动物：生活在海洋基底表面或沉积物重的各种生物，种类非常多，生活方式复杂

海洋游泳生物：具有发达的运动器官，可以克服阻力自由游动

海洋浮游生物：缺乏发达的运动器官，没有或仅有微弱的游动能力，主要悬浮在水层中随水流移动，

绝大部分个体很小，但种类繁多、数量巨大、分布很广，几乎世界各海域都有分布。

按资源的利用类型：水产资源，观赏资源，工业资源，药物资源，生物遗传基因遗传

按分布海域：滩涂生物资源，近海生物资源，远洋生物资源

按其相对丰度：普通海洋生物，特种海洋生物，珍惜海洋生物

生态系统面临的问题：

1过度利用：过度利用目标鱼类，而且，无意中捕杀了大量其他动物；不仅损害物种资源，而且引起

遗传上的变化，改变了生态关系。

2自然条件改变：

渔业拖网：破坏了生物活动层，改变物种组成、结构和生态系统；使水体中悬浮泥沙猛增10倍，影

响植物的光合作用。

河流输入：丰富的陆源营养物质，带来大量的颗粒悬浮物；江河断流

沿海大型工程：大型水库、拦河坝，影响入海径流量及其所携带的营养物质的入海量，降低该地的初

级生产力；影响河口区的水文条件，可能造成原有生态系统的崩溃；会阻断某些洄游生物的路线，引

起群落组成的改变。

其他：如填海造陆，采伐红树林，海岸河口筑堤，海滩挖沙，采矿和石油天然气的开发严重改变了局

部海域的自然环境，是海洋生物承受巨大的环境压力。

自然改变：台风、海啸等。

3海洋污染的威胁：

引起生物病变，损害其免疫系统，降低其繁殖能力，破坏生物多样性，固体废弃物进入海洋，鱼钩和

线会不断缠绕鱼类等生物，塑料制品被鱼类吞食，使其死于赌塞，

4外来物种的侵入：指人类有意无意引进某海域历史上从未出现的物种，外来物种具有竞争性，捕食

性，寄生性和防卫性。引入途径有两种，一种是船舶压舱水的排放

生物多样性

遗传多样性，物种多样性，生态系统多样性

第八章潮汐

1概述

1.1定义

1.1.1.概念：物体在天体引潮力的作用下所产生的周期性运动。

1.1.2分类：.固体潮；大气潮；海潮

习惯上将铅直向涨落称潮汐，水平方向的流动称潮流。

1.2研究意义

国防，动力资源，航运，海岸建筑，渔业生产，生物采集，风暴潮

1.3基本要素

平潮：涨潮时潮位不断提高，达到一定的高度以后，潮位短时间内不涨也不退，称之为平潮停潮：当

潮位退到最低的时候，与平潮情况类似，也发生潮位不退不涨的现象，称之为停潮

高潮时：平潮的中间时刻

低潮时：停潮的中间时刻

涨潮时：从低潮时到高潮时的时间间隔

落潮时：从高潮时到低潮时的时间间隔

高潮高：海面上涨到最高位置时的高度

低潮高：海面下降到最低位置时的高度

潮差：相邻高潮高与低潮高之差

1.4分类

1）正规半日潮：一个太阴日（24时50分）内，有两次高潮两次低潮，潮差相等。

2）全日潮：一个太阴日（24时50分）内，有一次高潮一次低潮。

3）混合潮：一个朔望月内，既有半日潮，又有全日潮。包括：

不正规半日潮：一个塑望月内的大多数日子是半日潮，少数日子是全日潮。

不正规日潮：一个塑望月内的大多数日子是日潮，少数日子是半日潮。

1.5潮汐不等现象

潮汐日不等现象：

高高潮、低高潮；高低潮、低低潮；

塑望大潮、两弦小潮。

2与潮汐现象有关的天文知识

2.1天球

1）天球：是一个以地球为中心，以无限长为半径，内表面分布着各种各样天体的球面。

2）天极与天轴：天轴指的是将地轴无限延长所得到的一根假想的轴。天轴与天球的交点叫天极，南

北天极

3）天球赤道：赤道向外无限延伸与天球所交的圆圈。

4）天顶与天底：观测点的铅垂直线无限延伸后与天球交于两点，向上与天球的交点称为天顶，而向

下延伸与天球的交点，称为天底。

5）天子午圈：以地心为圆心，过天极和天顶的大圈。

6）天体时圈：以地心为圆心，过天极和天体的大圈

7）天体方位圈：以地心为圆心，过天顶、天底和天体的大圈。

8）天体中天：天体通过天子午圈叫中天。上中天：靠近天顶；下中天：靠近天底。

9）时角：观测者所在的天子午圈与天体时圈在天赤道上所张的角度。当天体上中天时，时角为0°，

西行为正。

10）天顶距：在天体方位圈上，天体与天顶之间所张的角度。

11）赤纬：从天赤道沿着天体的时圈至天体所张的角度称为该天体的赤纬，常用δ表示。以天赤道

为赤纬0°，向北为正，向南为负，分别从0°到90°。

12）黄道、白道：太阳的周年视运动轨道叫做黄道。

月球绕着地球公转的结果使得月球在天球上也有一个视运动的轨道，这个轨道称为白道。

13）黄赤交角：黄道面与天赤道面的交角为23°27′。

黄白交角：白道面与黄道面的平均交角为5°09′。

白赤交角：白道面与天赤道面的交角为23°27′+5°09′或23°27′-5°09′。

14）春分点，秋分点：黄道与天赤道交点，从南向北通过天赤道为春分点，从北向南为秋分点．

夏至点，冬至点：黄道所能达的最北点为夏至点，最南点为冬至点。

升交点，降交点：白道与黄道交点，从南向北通过黄道为升交点，北向南为降交点。

2.2时间单位

1）平太阳日：平太阳连续两次经过上中天的时间间隔。

1平太阳日=24平太阳时

平太阳时：1/24平太阳日

2）平太阴日：平太阴连续两次经过上中天的时间间隔。

1平太阴日=24.8412平太阳时(约24h50min)

平太阴时：1/24平太阴日

3）平太阳年：从春分点出发回到春分点时间间隔

4）回归月：从赤白交点出发在回到赤白交点所用的时间。长度为：27.32平太阳日

朔望月：月球从新月位置出发再回到新月位置的时间间隔。日地月三者关系与月相变化周期，长度

29.5306日月相与大潮，小潮

3引潮力

3.1吸引力

万有引力：与M成正比，与R*R成反比,方向沿连线

3.2惯性离心力

地月绕公共质心公转平动，各点受惯性离心力相等。与地心所受月球引力大小相等，方向相反。

3.3引潮力

地球上单位质量物体(受月球引力和地球绕公共质心运动产生的惯性离心力合力。

3.4引潮力公式展开及讨论

与质量成正比，与距离的立方成反比。

1.垂直引潮力，水平引潮力

垂直引潮力与重力相比：只是重力的0.56-1.12‰。

2.太阴引潮力与太阳引潮力相比：

约2.17倍(E=81.5M,S=333400E,D=60.3r,D’=389D）

3.月球与金星（离地球最近）相比：近2万倍(S1=0.815E，D1=108.92D)

因此，海洋潮汐现象主要是月球产生的。

3.5引潮势

自地心移动单位质量物体克服引潮力所做功。

太阳引潮势，太阴引潮势

4潮汐理论

4.1平衡潮理论

4.1.1等势面

从地心移动单位质量物体到某一点，克服重力和引潮力所作的功，叫该点位势，位势相等的面叫等势

面。

椭球形等势面：

由于在地月连线上引潮力方向与重力方向相反，在垂直地月连线的大圆上引潮力方向与重力方向相

同，因此，考虑引潮力后的等势面就变成椭球形，这个椭球的长轴指向月球。

4.1.2潮汐静力理论

1.假设：1)圆球，等深海水覆盖；

2)海水无粘性，无惯性；

3)不受地转偏向力和摩擦力作用。

2.形成潮汐椭球：

在重力、引潮力作用下海面变成椭球形，长轴恒指向月球。地球自转，地球表面相对椭球形海面运动，

使固定点发生周期性的涨落。

3.结论：1)赤道永远出现正规半日潮；

2)月赤纬不为0时，高纬地区出现正规日潮；其他纬度出现日不等现象。

3)同时考虑月球和太阳对潮汐的效应，在朔望之时，长轴方向靠近，两潮叠加形成大潮；上、下弦之

时，两潮抵消形成小潮。

4.1.3潮高公式及讨论

按平衡潮理论，海面与考虑引潮力后的等势面重合。

（一）等势面，重力势，引潮力势

1.平衡潮最大可能潮差78cm。

2.平衡潮潮高另一种形式：用月赤纬、时角替换天顶距。可分出长周期潮、全日潮、半日潮。

（二）.潮汐不等现象：

1.日不等：

月赤纬不为零，除高纬，地球上各点潮汐都为半日潮与全日潮叠加，出现日不等现象。

月赤纬增大，日不等现象显著，最大时称为回归潮；

月赤纬为零，地球上各点潮汐都为正规半日潮，称为分点潮（。

2.朔望潮，两弦潮：太阴、太阳时角差。出现半月不等现象。

3.月球近地点月不等；地球近日点年不等；

4.月赤纬18.61年变化周期；月球近地点有8.85年的变化周期。

4.4分潮与假想天体

4.4.1.假想天体：

实际海洋潮汐认为是许多简单波动的叠加，每个单一波动都对应有一个天体，即“假想天体”。

许多“假想天体”共同作用逼近实际天体作用。

4.4.2.分潮：

每个假想天体对海水作用引起的潮汐称为分潮。主要分潮有11个，半日分潮：M2,S2,N2,K2;全日

分潮:K1,O1,P1,Q1;3个浅水分潮：M4,MS4,M6(地形)和干涉效应引起的分潮)

按分潮性质对潮汐分类：半日潮；混合潮中的不正规半日潮；混合潮中的不正规日潮；全日潮。

4.5评价

1.贡献：潮汐的发生，潮汐不等，分潮振幅，周期

2.缺点：1)潮差

2)潮汐类型

3)潮汐间隙

4)潮流

5)无潮点

5风暴潮

5.1定义：风暴潮:指由于强烈的大气扰动,如强风和气压骤变所招致的海面异常升高现象。

5.2分类：按照诱发风暴潮的大气扰动的特征分类

1.热带风暴（即台风、飓风）：夏秋季常见

2.温带气旋：主要发生于冬、春季。

3.风潮：中国北方黄渤海地区所特有，在春、秋过渡季节，由寒潮或冷空气所激发的风暴潮是显著的

5.3风暴潮预报

数值预报。简称“经验预报”和“数值预报”。

1）经验预报：

用回归分析和统计相关建立风和气压与特定港口的经验预报方程或相关图表。

2）动力-数值预报

第八章潮汐

1概述

1.1定义

1.1.1.概念：物体在天体引潮力的作用下所产生的周期性运动。

1.1.2分类：.固体潮；大气潮；海潮

习惯上将铅直向涨落称潮汐，水平方向的流动称潮流。

1.2研究意义

国防，动力资源，航运，海岸建筑，渔业生产，生物采集，风暴潮

1.3基本要素

平潮：涨潮时潮位不断提高，达到一定的高度以后，潮位短时间内不涨也不退，称之为平潮停潮：当

潮位退到最低的时候，与平潮情况类似，也发生潮位不退不涨的现象，称之为停潮

高潮时：平潮的中间时刻

低潮时：停潮的中间时刻

涨潮时：从低潮时到高潮时的时间间隔

落潮时：从高潮时到低潮时的时间间隔

高潮高：海面上涨到最高位置时的高度

低潮高：海面下降到最低位置时的高度

潮差：相邻高潮高与低潮高之差

1.4分类

1）正规半日潮：一个太阴日（24时50分）内，有两次高潮两次低潮，潮差相等。

2）全日潮：一个太阴日（24时50分）内，有一次高潮一次低潮。

3）混合潮：一个朔望月内，既有半日潮，又有全日潮。包括：

不正规半日潮：一个塑望月内的大多数日子是半日潮，少数日子是全日潮。

不正规日潮：一个塑望月内的大多数日子是日潮，少数日子是半日潮。

1.5潮汐不等现象

潮汐日不等现象：

高高潮、低高潮；高低潮、低低潮；

塑望大潮、两弦小潮。

2与潮汐现象有关的天文知识

2.1天球

1）天球：是一个以地球为中心，以无限长为半径，内表面分布着各种各样天体的球面。

2）天极与天轴：天轴指的是将地轴无限延长所得到的一根假想的轴。天轴与天球的交点叫天极，南

北天极

3）天球赤道：赤道向外无限延伸与天球所交的圆圈。

4）天顶与天底：观测点的铅垂直线无限延伸后与天球交于两点，向上与天球的交点称为天顶，而向

下延伸与天球的交点，称为天底。

5）天子午圈：以地心为圆心，过天极和天顶的大圈。

6）天体时圈：以地心为圆心，过天极和天体的大圈

7）天体方位圈：以地心为圆心，过天顶、天底和天体的大圈。

8）天体中天：天体通过天子午圈叫中天。上中天：靠近天顶；下中天：靠近天底。

9）时角：观测者所在的天子午圈与天体时圈在天赤道上所张的角度。当天体上中天时，时角为0°，

西行为正。

10）天顶距：在天体方位圈上，天体与天顶之间所张的角度。

11）赤纬：从天赤道沿着天体的时圈至天体所张的角度称为该天体的赤纬，常用δ表示。以天赤道

为赤纬0°，向北为正，向南为负，分别从0°到90°。

12）黄道、白道：太阳的周年视运动轨道叫做黄道。

月球绕着地球公转的结果使得月球在天球上也有一个视运动的轨道，这个轨道称为白道。

13）黄赤交角：黄道面与天赤道面的交角为23°27′。

黄白交角：白道面与黄道面的平均交角为5°09′。

白赤交角：白道面与天赤道面的交角为23°27′+5°09′或23°27′-5°09′。

14）春分点，秋分点：黄道与天赤道交点，从南向北通过天赤道为春分点，从北向南为秋分点．

夏至点，冬至点：黄道所能达的最北点为夏至点，最南点为冬至点。

升交点，降交点：白道与黄道交点，从南向北通过黄道为升交点，北向南为降交点。

2.2时间单位

1）平太阳日：平太阳连续两次经过上中天的时间间隔。

1平太阳日=24平太阳时

平太阳时：1/24平太阳日

2）平太阴日：平太阴连续两次经过上中天的时间间隔。

1平太阴日=24.8412平太阳时(约24h50min)

平太阴时：1/24平太阴日

3）平太阳年：从春分点出发回到春分点时间间隔

4）回归月：从赤白交点出发在回到赤白交点所用的时间。长度为：27.32平太阳日

朔望月：月球从新月位置出发再回到新月位置的时间间隔。日地月三者关系与月相变化周期，长度

29.5306日月相与大潮，小潮

3引潮力

3.1吸引力

万有引力：与M成正比，与R*R成反比,方向沿连线

3.2惯性离心力

地月绕公共质心公转平动，各点受惯性离心力相等。与地心所受月球引力大小相等，方向相反。

3.3引潮力

地球上单位质量物体(受月球引力和地球绕公共质心运动产生的惯性离心力合力。

3.4引潮力公式展开及讨论

与质量成正比，与距离的立方成反比。

1.垂直引潮力，水平引潮力

垂直引潮力与重力相比：只是重力的0.56-1.12‰。

2.太阴引潮力与太阳引潮力相比：

约2.17倍(E=81.5M,S=333400E,D=60.3r,D’=389D）

3.月球与金星（离地球最近）相比：近2万倍(S1=0.815E，D1=108.92D)

因此，海洋潮汐现象主要是月球产生的。

3.5引潮势

自地心移动单位质量物体克服引潮力所做功。

太阳引潮势，太阴引潮势

4潮汐理论

4.1平衡潮理论

4.1.1等势面

从地心移动单位质量物体到某一点，克服重力和引潮力所作的功，叫该点位势，位势相等的面叫等势

面。

椭球形等势面：

由于在地月连线上引潮力方向与重力方向相反，在垂直地月连线的大圆上引潮力方向与重力方向相

同，因此，考虑引潮力后的等势面就变成椭球形，这个椭球的长轴指向月球。

4.1.2潮汐静力理论

1.假设：1)圆球，等深海水覆盖；

2)海水无粘性，无惯性；

3)不受地转偏向力和摩擦力作用。

2.形成潮汐椭球：

在重力、引潮力作用下海面变成椭球形，长轴恒指向月球。地球自转，地球表面相对椭球形海面运动，

使固定点发生周期性的涨落。

3.结论：1)赤道永远出现正规半日潮；

2)月赤纬不为0时，高纬地区出现正规日潮；其他纬度出现日不等现象。

3)同时考虑月球和太阳对潮汐的效应，在朔望之时，长轴方向靠近，两潮叠加形成大潮；上、下弦之

时，两潮抵消形成小潮。

4.1.3潮高公式及讨论

按平衡潮理论，海面与考虑引潮力后的等势面重合。

（一）等势面，重力势，引潮力势

1.平衡潮最大可能潮差78cm。

2.平衡潮潮高另一种形式：用月赤纬、时角替换天顶距。可分出长周期潮、全日潮、半日潮。

（二）.潮汐不等现象：

1.日不等：

月赤纬不为零，除高纬，地球上各点潮汐都为半日潮与全日潮叠加，出现日不等现象。

月赤纬增大，日不等现象显著，最大时称为回归潮；

月赤纬为零，地球上各点潮汐都为正规半日潮，称为分点潮（。

2.朔望潮，两弦潮：太阴、太阳时角差。出现半月不等现象。

3.月球近地点月不等；地球近日点年不等；

4.月赤纬18.61年变化周期；月球近地点有8.85年的变化周期。

4.4分潮与假想天体

4.4.1.假想天体：

实际海洋潮汐认为是许多简单波动的叠加，每个单一波动都对应有一个天体，即“假想天体”。

许多“假想天体”共同作用逼近实际天体作用。

4.4.2.分潮：

每个假想天体对海水作用引起的潮汐称为分潮。主要分潮有11个，半日分潮：M2,S2,N2,K2;全日

分潮:K1,O1,P1,Q1;3个浅水分潮：M4,MS4,M6(地形)和干涉效应引起的分潮)

按分潮性质对潮汐分类：半日潮；混合潮中的不正规半日潮；混合潮中的不正规日潮；全日潮。

4.5评价

1.贡献：潮汐的发生，潮汐不等，分潮振幅，周期

2.缺点：1)潮差

2)潮汐类型

3)潮汐间隙

4)潮流

5)无潮点

5风暴潮

5.1定义：风暴潮:指由于强烈的大气扰动,如强风和气压骤变所招致的海面异常升高现象。

5.2分类：按照诱发风暴潮的大气扰动的特征分类

1.热带风暴（即台风、飓风）：夏秋季常见

2.温带气旋：主要发生于冬、春季。

3.风潮：中国北方黄渤海地区所特有，在春、秋过渡季节，由寒潮或冷空气所激发的风暴潮是显著的

5.3风暴潮预报

数值预报。简称“经验预报”和“数值预报”。

1）经验预报：

用回归分析和统计相关建立风和气压与特定港口的经验预报方程或相关图表。

2）动力-数值预报

第十章海洋中的声、光传播及其应用

声波在海洋中的传播

1．教学名称：声波在海洋中的传播。

2．教学目的：掌握影响海水中声波传播速度的主要因素及规律；掌握海洋中的声道现象；了解声波

在海洋研究中的作用；了解影响海水中声波传播距离的各种因素；了解声波在海洋中的波导和反波导

传播。

3．教学内容和方法：

声波在海洋研究中的作用；海水中声波的传播速度及其影响因素：

概述声波在海洋研究和开发中的作用及应用前景；在理想流体中建立一维简谐平面波的波动方程，在

线性条件下得到得到某一简谐波的相速度；海水中声波的传播速度应为群速度，由热力学定律将声速

与介质的压缩系数和密度联系起来，分析海水温度、盐度和压力变化对声速的影响。

声波传播时的声能损失；波导和反波导传播；声道现象；海洋噪声的源。

介绍声波在水中传播过程中引起声波能量损失的各种原因；结合图例介绍声速剖面和声线；讲解声波

的波导和反波导传播，深海水下声道和浅海表面声道；介绍海洋噪声的产生源。

4．课时安排：4学时。

5．教学重点或难点：海水中声波的传播速度及其影响因素；声波的波导和反波导传播；声道现象。

6．思考题或练习题

1）为什么说声学方法是开发和研究海洋最有效的技术？

2）详述声波在海洋中传播与哪些海洋参数有关系。

3）水下声道形成的原因和它的作用如何？

§11-2海洋中的光现象

1．教学名称：海洋中的光现象

2．教学目的：了解海洋的光学性质及其光学测量仪器；掌握海色、水色和透明度的概念和它们的分

布规律；了解激光雷达和水下电视在海洋研究和开发中的作用。

3．教学内容和方法：

海洋光学中的基本辐射量：

简单介绍海洋光学的发展，引入海洋光学中一些辐射量的定义和计算式并进行图示和讲解说明。

海洋的光学性质和海洋光学仪器：

讲解海—气交界面的光学性质和光在海水中的吸收和散射衰减；介绍用光学仪器测量海水的光学性

质。

海色、水色和透明度的概念及其分布规律：

讲解海色、水色和透明度的概念，在不同海水中它们的特点及其成因；介绍激光雷达和水下电视的应

用。

4．课时安排：2学时。

5．教海色、水色和透明度的概念及其分布规律；激光雷达和水下电视的应用。

6．教学重点或难点：海洋的光学性质。

7．思考题或练习题

1）垂直入射于辐照度计表面的辐亮度为L，问辐照度E为多少？

2）各向同性辐射场的辐亮度为L，求辐照度E和标量辐照度E0为多少？

3）平静海表面入射角为900的光束，其折射角为多少？各向同性辐射场入射平静海表面，水面下

辐射场如何变化？

4）海水体积散射函数，求前向和后向散射系数各为多少？

5）大洋和浅海的水色、透明度有什么特点？为什么？

第十一章认识海洋的技术方法

概述一、海洋遥感及空间海洋观测历史背景：

1.1957年苏联发射第一颗人造卫星。

1960年NASA（美国宇航局）发射了第一颗电视与红外(infrared)观测卫星。

1961年美国水星(Aqua)计划。

1973年Skylab证实了可见光和近红外遥感对地球连续观测的能力。

1975年GEOS-3卫星高度计。

(美国海洋大气局)

1972-1976发射NOAA-1，2，3，4，5卫星，装载了红外扫描辐射计和微波辐射计，估计海表温

度、大气温度、湿度剖面。

1978NASA发射了三颗卫星，喷气动力实验室（JPL）研制的空间飞行中心（GSFC）研制的TIROS-N

和Nimbus-7卫星

A海洋实验卫星装载了微波辐射计SMMR

微波高度计RA、微波散射计SASS、合成孔径雷达SAR、可见红外辐射计VIRR5种传感器，提供

的海洋信息：SST、海面高度、海面风场、海浪、海冰、海底地形、风暴潮、水汽和降雨等。寿命

108天，被称为卫星海洋遥感的里程碑。

TIROS-N上装载了AVHRR(高级甚高分辨率辐射计)和TIROS业务化垂直探测器TOVS.奠定了卫

星海表温度进入气象、海洋业务化预报的基础。

Nimbus-7装载了7台传感器，其中多通道扫描微波辐射计SMMR和沿岸带海色扫描仪CZCS与海

洋观测有关，奠定了海色卫星遥感的基础。

1978-86CZCS提供了8年的全球海色图像以及海洋次表层叶绿素浓度参数。

二、海洋遥感现状：

三、发展前景(Development)：

EOS计划：投入100亿美元，18年完成。1999/12/18/18：35第一颗卫星TERRA已发射上天。

上面搭载5个传感器：高级空间热辐射反辐射计（ASTER），云和地球辐射能量系统(CERES)，多

角光谱成像辐射仪(MISR)，中分辨光谱成像辐射仪(Modis)，对流层(troposphere)污染观测仪

（MOPITT）（注：ASTER:高级空间热辐射反辐射计，采集自可见光至热红外地高分辨率（15-90m）

多光谱资料，用于局部和区域过程研究。

CERES：云和地球辐射能量系统，确定云净辐射作用和地球辐射收支。

MISR：多角光谱成像辐射仪，中分辨率（275-1100m）成像观测，研究地表覆盖、气溶胶(aerosol)、

云散射的角度分布特征。

Modis：中分辨光谱成像辐射仪，36波段和250-1000m的分辨率，对地球陆地、海洋和大气进行

逐日综合评价。陆地覆盖特征及陆地变化、海洋生产力(oceanproduction)、陆地和海洋上气溶胶

特性、可降水量、大气温度廓线、云滴尺度、云高和云顶温度探测。

MOPITT：对流层(troposphere)污染观测仪,全球三个高度层CO分布图，及分辨率(resolution)

为22km全球甲烷(methane)分布图。

卫星遥感观测系统组成(ComponentsofSatelliteRemoteSensingObrvationSystem)

一、卫星遥感观测系统组成(Components)：

1.空间平台(platform)：

装载传感器(nsor)的空间运载工具，包括人造卫星(man-madesatellite)

2.卫星传感器(nsor)：根据电磁辐射(electromagneticradiation)原理获取海洋信息。

3.数据传输系统(Data-transmissionsystem)：

星载传感器通常产生测量电压或频率(frequency)信号，大部分以数字信号形式传输到地面接收站。

4.地面接收站(earthstation)：

5.数据处理系统(Data-processingsystem)：对卫星轨道(satelliteorbit)和仪器校正。

6.数据分发系统(Data-distributionsystem)：行政性组织机构，将数据分到科学家手里。

二、卫星轨道(Orbit)

两种：静止轨道(stationaryorbit)和极轨轨道。

1.静止轨道：

地球同步轨道(geo-synchronousorbit)。离地面高度36000km，覆盖范围固定（事先设定），一

般观测范围小于45。对某地扫描时间间隔短，可认为时间连续。传感器主要是被动式(passive)。

分辨率低(lowresolution)，主要为气象服务。海洋观测卫星都是采用极轨轨道。

2.极轨轨道：与太阳同步轨道(sun-synchronousorbit)。每次过这个地方时间固定，一天两次。离

地面高度600—1000km，可变轨（在轨机动），技术上一段时间进行轨道修正。运行周期100分

钟左右。其相邻轨道间隔由轨道倾角和轨道高度决定，在赤道上存在某些空白区（见动画）。观测范

围基本覆盖全球。同一地点采样间隔长，TOPEX是9天两次，ERS-1、2为35天两次，NOAA和

TERRA每天两次。

传感器原理及海洋参数反演(PrinciplesofSensor)

一、传感器分类(Sortsofnsors)：

目前用于海洋观测的所有卫星传感器，均根据电磁辐射原理获取海洋信息。遥感技术采用的电磁波包

括可见光(visible

light)、红外(infrared)、微波(microwave)。可见光谱范围在0.4—0.7μm，红外波谱在1—100μm，

微波光谱在1.8cm—6m(对应波段：0.3—100GHz)。

传感器按工作方式分为主动式(active)和被动式(passive)。

1、被动式：

可见、红外扫描辐射计(radiometer)，微波辐射计(microwaveradiometer)。

2、主动式：

如微波高度计(MicrowaveAltimeter)（垂直下视）、微波散射计(MicrowaveScatterometer)（侧

视）、合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar)(侧视合成）等。只有微波波段有，光源电磁波发

射效率低，能量损失大，另外太阳辐射频率含盖红外、可见、紫外等频段，发射波受其影响很大。微

波和激光，后者单点又造价太高。

二、传感器工作原理及海洋参数反演(Principles)

（一）被动式(passive)：辐射计工作原理是测量向上辐照度。按工作波段分可见、红外、微波等。

可测表层叶绿素浓度，海洋初级生产力(primaryproduction)，悬浮物浓度、海表温度

(asurfacetemperature)、海面风速(asurfacewindspeed)，海冰(aice)，水汽含量等。

1、红外：

1)温度（皮温,skintemperature）、黑潮(Kuroshio)(高温)、上升流(upwelling)（低温）、中尺

度涡(mesoscaleeddy)（10—100km）、ENSO、军事航天

2)AVHRR（AdvancedVeryHighResolutionRadiometer）先进甚高分辨率辐射计:测海表面温度

TirosNOAA-6

2、高光谱、多光谱：

1)连续频段、多个频段扫描

2)赤潮(redtide)、溢油、冰覆盖率…

3)水色卫星：8个频道。SeaWiFS:(Sea-ViewingWideField-of-View

Senor)，第二代水色卫星，可反演叶绿素含量、海表温度(SST)、悬移质、地面植被、大气校正等

3、微波辐射计：

微波辐射计：海面温度、海面风速、大气柱水汽含量、可降水量、盐度、气温

SpecialSensorMicrowave/TemperatureSounder(SSM/T)

SpecialSensorMicrowave/WaterVaporProfiler(SSM/T2)

SpecialSensorMicrowave/Imager(SSM/I)

4、海色传感器反演海洋参数对应波段：

测海表温度：卫星SST分为海表皮温(skintemperature)（海表微米量级）和海表体温（海表

0.5—1.0m层温度）。

中心波段：11μm和12μm通道，3.7μm水汽校正通道。

表层叶绿素浓度：433—453nm（纳米）（中心波段443nm），500—530nm(510、520nm)，

660—680nm(670nm)。

悬浮物浓度：540—560nm(550nm)。

地面植被：700—800(750)nm。

气溶胶(Aerosol)：745—785(765)nm,845—885(865)nm。

大气校正：660—680(670)nm，745—785(765)nm,845—885(865)nm。

（二）主动式(active)：

1、微波高度计(MicrowaveAltimeter)：测时间和散射强度得到海面高度(asurfaceheight)、后

向散射系数(backscatteringcoefficient)、有效波高(significantwaveheight)、海面风速

(asurfacewindspeed)，可反演流、潮等动力参数及地球结构和重力场。

2、微波散射计(MicrowaveScatterometer)：

通过测量风引起得粗糙海面对微波的后向散射特性来推算风场(WindField)。海面风场（10m），有

方向。

3、合成孔径雷达SAR(SyntheticApertureRadar)：

测海面的后向散射系数。反演波浪方向谱，内波(internalwave)，水下地形，中尺度涡

(mesoscaleeddies)等。

卫星(Satellite)

NOAA(NationalOceanicandAtmosphereAdministration)系列气象卫星：携带传感器为甚高分辨

率扫描辐射计AVHRR(AdvancedVeryHighResolutionRadiometer)。

-1：沿轨迹扫描辐射计ATSR-1、高度计(Altimeter)、散射计(Scatterometer)和

SAR(SyntheticApertureRadar)(C),已停用。

-2：沿轨迹扫描辐射计ATSR-2、高度计(Altimeter)、散射计(Scatterometer)和

SAR(SyntheticApertureRadar)(C)。

/POSEIDON（希腊海神）：专为海洋设计，携带传感器为高度计。

R：海洋宽视场传感器SEAWIFS(Sea-viewingWideField-of-ViewSensor)

AT：SAR(SyntheticApertureRadar)(C)

：5个辐射计

观测、研究及应用(Obrvation,StudyandApplication)

一、观测(Obrvation)

1、浮标测波仪(buoywaverecorder)：

测波面加速度变化（放在水面，跟随波面测定波面的加速度变化）

2、悬线(suspendedline)：

测电容变化。悬线入水，电容变化量与进水高度有关，订正后得到波高。

3、压力式测波仪(pressuregaugetypewaverecorder)：

波动中压力变化。仪器固定，压力变化反应波高变化。

4、人工观测(manualobrvation)：

目测；

用光学测波仪：

与浮筒配合，确定仪器与浮筒的位置、俯视角及平均海面高度，看浮筒位置的变化推算波高（三角原

理）

5、遥感(remotensing)：

高度计(Altimeter)（有效波高(significantwave

height)）、合成孔径雷达SAR（方向谱）、地波雷达（有效波高和波向）

二、研究方法(Methodsofrearch)：

1、谱分析方法（随机运动）(spectrumanalysismethods)

2、波面（波动方程）(waveequation)

三、应用(Applications)：

1、航海(navigation)

2、工程(project)：海浪破坏力和过水问题。

对建筑物的破坏力，单一大浪有限，严重的是波群，周期性持续拍击，可能与共振有关。

3、波浪发电(producingpower)：能量贮备大，但破坏力也大。

4、国防军事(nationaldefence)：潜艇、声纳