厦门大学海洋科学导论课件(水文部分)lect101105.ppt

假设 定常，=const，海区宽阔；Kz=const，水平压强梯度力为0,+,边界条件 恒定风，只沿y轴方向吹,h,深海风海流,1,北半球指向风向,经验公式,W为风速,W V0,2,随z 指数衰减，流向(45+az)右偏（北）,3,VD=0.043V0,流向与表层流向相反,经验公式,W D,h有限,浅海风海流,1,表层流向仍偏向风向的右方(北)，水深越小，右偏的角度就越小,2,Vz随z 而减小，流向仍向右偏(北),A,右方45 ,南半球左方45 ,风海流,B,深海划分的标准：h/D2,计算时应先判断,即使海区的水深h固定，也随风速的大小可作浅海处理，也可作深海处理,C 海水体积运输风海流的副效应（在岸边形成堆积或流失，从而形成上升、下降流、倾斜流）,深海：风向右方度（北），南半球相反,浅海：风向右方，但小于度（北） 风向左方，小于度（南半球）,Southern Hemisphere,Characters of the upwelling,1 夏季高雄水位比汕头高0.2m，高雄与汕头之间的距离为360km，=23，求地转流流速并作图以箭号表示流向。,解：,2 设台湾以东24N海区有三个观测站（如下图），AB相距20km，BC相距20km，根据实测的温盐算得各站各深度处海水的当场比体积(s,t,p)如下表。已知2000m深处的等压面是零面，求(1)B站海面比A站海面高多少？(2)1500m深处的地转流流速？(3) 100m深处的地转流流速？(4)50m深处的地转流流速? (5)表层的流速。（各个流向分别用箭号表示于图中） 表 当场比体积(m3/kg),0MPa,0.5MPa,1MPa,2MPa,5MPa,10MPa,15MPa,20MPa,计算步骤： (1)划分计算的层次 (2)假设一个适当的零面 (3)求出hP-PN(三步近似) (4)求Vp (5)作图,解：,(1),(2),(3),v1MPaBA,v1MPaCB,v1MPa,(4) 50m的流速与100m的流速是一样的,(5),v0MPaBA,v0MPaCB,v0MPa,七、世界大洋环流,地面上的风带,90N,60N,30N,0N,30S,90S,60S,极地高压,中纬低压,副热带高压,赤道低压,副热带高压,中纬低压,极地高压,fp,极地东风带(东北),西南风,东北信风,东南信风,西北风,极地东风带(东南),1.赤道无风带 2. 信风带 3. 盛行西风带 4. 极地东风带,fp,fp,fp,fp,fp,Gyres flow clockwise in the northern hemisphere and counterclockwise in the southern hemisphere.,在一個理想海洋中，風生海流 理論上應有的環流型態。摘自 Stowe, K. (1995) “Exploring Ocean Science“, 2th ed.。,（一）大洋环流的成因(Cause of Circulation),(1). 西向强化理论(Western Intensification Theory)： In the North Atlantic and North Pacific the currents flowing on the western side of each ocean tend to be much stronger and narrower in cross section than the currents on the eastern side. 科氏参量随纬度变化。,(2). Stommel 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。,1、风生大洋环流(Wind Driven Circulation ),三种科氏参量情况下的解结果：,(3). Munk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。,大洋环流的一种模型(Munk,1950),2、热盐环流(Thermohaline Circulation ),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。,风生大洋环流(Wind driven circulation)：风应力驱动，密度差异控制建立起的环流。 热盐环流(Thermohaline circulation)：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）,世界大洋的表层环流,(二).大洋上层环流的分布(Distribution of Sea Surface Circulation),a.太平洋、大西洋,绕副热带高压顺时针方向,绕中纬低压逆时针方向,南半球：1个,绕副热带高压逆时针方向,两大洋北半球的西边界流都非常强大，而南半球则较弱,b.印度洋,南部环流特征与南太、南大西洋环流型相似，北部为季风型环流，冬夏半年环流方向相反,c.南半球高纬海区，与西风带相对应为强大的自西向东的绕极流，而在靠近南极大陆尚存在一支自东向西的绕极风生流,cyclonal circulation,Anticyclone circulation,Anticyclone circulation,3. Characters of Series of Surface Circulation 大洋表层环流各流系的特征,3.1 Equatorial current (赤道流系) 3.2 West boundary current (西边界流) 3.3 West wind drift (西风漂流) 3.4 East boundary current (东边界流) 3.5 Polar circulation(极地环流) 3.6 Subtropical convergent zone(副热带辐聚区),4. Undersurface circulation (大洋表层以下的环流),3.1 Equatorial current (赤道流系),南、北赤道流(South/North equatorial current) 赤道逆流 (Equatorial counter current) 赤道潜流(Equatorial latent current),南、北赤道流(South/North equatorial current) 对应信风带(trade wind band)，亦称信风流。南北不对称，夏季北赤道流在10N到20N25N之间，南3N 10 S之间。冬季稍偏南。赤道流自东向西逐渐加强。 赤道流系特征(Characters of equatorial current) 主要100300m的上层，平均流速0.250.75m/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。 印度洋赤道流系特征(Characters of Indian equatorial current ) 季风(monsoon)控制。11月至翌年3月盛行东北季风，59月盛行西南季风。 赤道逆流 (Equatorial counter current) 对应赤道无风带，平均位置在3N10N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。 赤道潜流(Equatorial latent current) 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,探索赤道潜流的奥秘,3.2 West boundary current (西边界流) 1. 大洋西侧沿大陆坡从低纬向高纬的强流。包括太平洋黑潮(Kuroshio Current)和东澳流(East Australia Current)，大西洋湾流(Gulf Stream)和巴西流(Brazil Current)，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。,This image is part of the Poupard version of the Franklin-Folger Gulf Stream Chart printed Maritime Observations (1786). The Gulf Stream is the black/grey region along what is now the U.S. East coast.,This is a sea surface temperature image from the AVHRR showing an average of all of the data for the year of 1996. The red-orange streak of 28 C to 30 C water shows the Gulf Stream.,This is a sea surface temperature image from the AVHRR showing an average of all of the data for the month of July 1996.,2. 湾流(Gulf Stream),西邊界流在沿海洋西岸陸棚北上時往往會發生蛇行現象(Meandering)，當蛇行蜿蜒擺盪的振幅過大時，往往便會將西方邊界流近岸一側的冷水捲入外海側的暖水域中，或是暖水突入近岸之冷水域中，因此分別形成反鐘向旋轉的冷水環(Cold Ring) 或是順鐘向旋轉的暖水環(Warm Ring)，也有人將水環稱為渦旋(Eddy)。,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45W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100150km，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。,沿著灣流流軸上具有許多蛇行狀的蜿蜒構造，這些構造在跨越流軸方向上之擺盪振幅愈往北越大,擺盪振幅過大時便會產生水環或是渦旋。,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10C/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。,Major ocean currents and climate zones,3. Kuroshio Current (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。黑潮主干经吐噶喇海峡进入太平洋，沿日本列岛流向东北。在35N附近分两支：主干转向东流直到160E，称黑潮延续体，一支在40N附近与亲潮(Oyashio Current)汇合转向东流汇于黑潮延续体，横过太平洋。,3.3 West wind drift (西风漂流),Oyashio Current,Canary Current,1. 北太平洋漂流(North Pacific drift),2. 北大西洋漂流(North Atlantic drift),3. 南极绕极流(Antarctic Circumpolar Current),在西风漂流区内存在明显的温度经线方向梯度大洋极锋 寒暖流交汇区为著名的渔场，如北海道渔场（黑潮和亲潮）、纽芬兰渔场（湾流