海洋物理现象

Review大气的垂直结构(basedontemperaturevariations)Troposphere对流层(weatherzone)Stratosphere平流层Mesosphere中层Thermosphere热成层Exosphere逸散层Variables:Temperature（不同温标之间的换算）,Pressure,Humidity,Wind（风向的表示）大尺度水平运动基本上是在水平气压梯度力和科氏力相平衡下维持的地转平衡运动三圈环流（哈得莱环流、费雷尔环流和极地环流）Monsoon(季风）(WetSummerMonsoon;DrywinterMonsoon)台风（也称飓风、热带风暴和气旋。产生于热带海洋，强气旋式涡旋）ENSO是厄尔尼诺和南方涛动的合称。ElNinoandLaNina正常年的东西向环流（沃克环流）1)东岸冷海水与暖海水的交界面（温跃层－thermocline）贴近洋面；2)西太平洋的大气有旺盛的对流，造就印尼的热帶雨林但几年后，由于热带地区东风减弱，洋面上暖海水被向西推动的力量减弱了，东太平洋洋面的温度乃告上升这时东西太平洋洋面的温度梯度倒过来了，赤道上的沃克环流也跟著顛倒了过来，原來下雨的地方变成干旱，原来干旱的地方洪水泛滥，形成反常气候。特別要注意赤道太平洋的东岸，海水温跃层现在深入深海之中。ThemechanismOceanResponsetoAtmosphericConditionsTypicalConditionsThermoclineWestEastPhytoplanktonthrivingintheupwellingalongtheequatorshowupasathin,lightblueband.ThehighphytoplanktonconcentrationinducedbyupwellingalongtheSouthAmericancoastsupportoneoftheworld’srichestfisheries.EquatorOceanResponsetoAtmosphericConditionsENSOConditionsUpwellingdecreasesSealevelrisesThermoclinerisesSealeveldropsEasterliesweakenEquatorSurfacewatersurgeseastwardalongequatorThermoclineplungesBiologicalConsequencesofENSOSatelliteRemoteSensingTypicalConditionsSatelliteRemoteSensingENSOConditionsTheElNinoSouthernOscillation(ENSO)andexamplesofitsecologicaleffectsStensethN.C.,etal,2002.Science,V297,1292Ocean-surfaceelevationmeasuredbyTOPEX/Poseidon.南方涛动指数(SOI)Chavez,F.P.,etal,1999.Sicence,V286,2126ElNino发展期间，上层暖水范围增加、温跃层下降、CO2分压降低、营养盐浓度骤减、叶绿素浓度只为正常年份的一半。上升流的变动是其物理机制。赤道东太平洋对1997-1998年ElNino事件的生物化学响应Feb.281995Mar.91995Mar.271995Feb.81998Feb.251998Mar.1319981998年2月8日，以20C等温线定义的暖水舌端已到达24N；2月25日逼近25N1995年2月28日，才观测到20C等温线舌端接近24N；3月9日，暖水才推移到24.5°N附近海域。在ElNiño达到高峰的1998年2-3月，北上暖水强度明显增强1986-2004年间冬季平均的a)MEI(MultivariateENSOIndex)、b)SSTA(海表温度距平)、c)R(暖冷水面积比值)、d)HChl(高叶绿素区面积)和e)MWSA(经向风应力距平)时间系列示意图1997/1998年冬季发生强暖事件，SSTA达到~1.4ºC（1985-2003)；暖(SST空间距平+2C）冷(SST空间距平-2C)水面积比R达到高值，相应强南风距平，指示南下富营养沿岸流的减弱和北上寡营养暖水影响的扩大；SeaWiFS叶绿素〉1mg/m3的面积仅为2001年的1/2；–1995temperature;o-1998temperature;▲–1995salinity;-1998salinity.–1995nitrate;o-1998nitrate.–1995chlorophyll-a;o-1998chlorophyll-a.1995、1998年3月初海峡中部实测数据的比较盐度从1995年的<33.8变到1998年的>34.8增加了1个盐度单位，而温度从<16C变到>19C增加了>3C。硝酸盐从1995年的6M降到了1998年的不可检测限，叶绿素浓度下降了1/2http:///tao/jsdisplay/

研究意义(Significanceofresearch)

生物(organism)：植物(plant)，光合作用(photosynthesis)；

动物(animal)，昼夜迁栖习惯。

区分水团和海流：光的散射(Scatter)和吸收(Absorption)与悬浮物质(SuspendMaterial)、混浊度(Turbidity)有关。

海洋中的光现象（UnderwaterLight)海洋热力状况：海水吸收辐射能主要在表层。

海底摄影

Amountoflightenteringtheoceandependsupontheheightofthesunabovethehorizonandthesmoothnessofseasurface.海水的光学特性(Opticalcharacterofseawater)Electromagneticspectrum(电磁波)Visiblelightoccupyaverynarrowsegmentofthespectrum.太阳辐射能谱：

红外(infrared)、可见(visible)、紫外线(ultravioletradiation)LightTransmissioninSeawater60%oflightenteringtheoceanisabsorbedwithinthefirstmeterandconvertedintoheat.Only1%oflightenteringtheoceanreaches150m.Nolightpenetratesbelow1000m.Waterdisplaystheselectiveabsorptionoflight

withlongwavelengthsabsorbedfirstandshortwavelengthsabsorbedlast.Redabsorbedintop10mYellowto100mBlueandgreento250m选择性吸收Intheopenocean,bluelightpenetratesthedeepest.Inturbidcoastalwaterslightrarelypenetratesdeeperthan20m.andthewaterappearsyellowtogreenbecauseparticlesreflectthesewavelengths.ColorintheOceanColorappearsbecauseitisreflected;notabsorbedUnproductivewatercarrieslittleornoalgaeoryellowsubstances\blue("desertcolor")Objectsthatarenotdirectlyintheindividual’slineofsightcanbeseeninwaterbecauseoftherefraction(折射)ofthelightrays.Therefractioniscausedbythedecreasedspeedoflightinwater.Inair3x10(8th)m/secInwater2x10(8th)m/secWhathappenstolightintheOcean?Theintensitydecreasesexponentially

ThisdropiscausedbyAttenuation(衰减)Twotypes:Absorption(吸收)Scattering(散射)Absorption:Involvestheconversionofelectromagneticenergyintootherformssuchasheatorchemicalenergy(photosynthesis光合作用)Scattering:Changesinthedirectionoftheelectromagneticenergyasaresultofmultiplereflectionsfromsuspendedparticles.AbsorptionandScatteringAbsorption:(Energyconversion)Phytoplankton(photosynthesis)lightisanenergysourceScattering:(Reflectionfromsuspendedparticles)Inshort,thegreatertheturbidity,thegreaterthedegreeofscattering.透明度和水色(Transparency&Watercolor)

1)透明度(transparency):

相对透明度：直径30cm的白色圆盘垂直沉入海水中，直到刚看不见为止的深度。

透明度仪：一束准平行光束，经过一段距离后其光能强度与原强度之比。

L=1/γ为衰减长度。

2)水色(watercolor)：

将透明度盘提升至透明度一半深度处，俯视透明度盘之上的水柱颜色。由海水的光学性质决定。

水色计3）海色(seacolor)：站在岸边观察的海水的颜色。主要是反映天空的颜色。

透明度和水色的分布(Distributionoftransparency&watercolor)：

二者分布一致。

浅海透明度小，水色低；远洋透明度大，水色高。

低纬透明度大，水色高；高纬透明度小，水色低。其分布与海流方向一致。

MeasuringDevicesSecchiDisk(透明度盘)Simple,easy,cheapmeansofassessingwaterclarityBeamTransmissometerOwnlightsourceandreceiver;directionallightMeasuresClarity．．．OceanColor(水色)声波在海洋中的传播

Underwatersound1声速（SpeedofSound）CompressionorpressurewaveTheaveragevelocityofsoundinseawateris1500m/s,334m/sindryairIn1826,CharlesSturm(left)andDanielColladon(right)madethefirstaccuratemeasurementofthespeedofsoundinwater.SturmrangasubmergedbellandColladonusedastopwatchtonotethelengthoftimeittookthesoundtotravelacrossLakeGeneva.Theirmeasurementof1,435meterspersecondwasonly3meterspersecondofffromthespeedacceptedtoday(reprintedwithpermissionfromtheAcousticalSocietyofAmerica).Thespeedofsoundinwaterincreasesassalinity,temperatureandpressureincrease,butintheocean,thespeedofsoundismainlyafunctionoftemperatureandpressure.Anincreaseof1oC→anincreaseinc(speedofsound)ofabout3m/sAnincreaseof1ppt→anincreaseincof1.1m/sAnincreaseindepthof100m→anincreaseinpressureofnearly10atmospheres→cincreasesbyabout1.8m/s

SoundVelocityProfileExampleInthetopthousandorsometerswhereDT↑,cisgovernedlargelybytemperatureBelowthepermanentthermocline,neithertemperatureorsalinityvarygreatlysopressurebecomesthedominantcontroloncInthethermocline,temperatureandpressurecompetefordominance...temperaturewinsVerticalisgreaterthanhorizontalvariationincSoundVelocityProfileSOFAR(SOundFixingAndRanging)Channel(水下声道)islocatedwheresoundspeedisataminimum.Refractionofsoundwaveswithinthechannelpreventsdispersionofthesoundenergyandsoundwavestravelfor1000sofkilometerswithinthechannel.声速极小值所在平面称声道轴,声波在其可传播很远，此即水下声道现象(soundchannel)。声波在海洋中的传播(Transmissionofsoundinsea)波导型：

(dc/dz)>0，即声速随深度增加而增大，声线向上弯曲，在海面或某层反射向前传播，不存在海底的吸收和散射，声能传播距离远。多见于冬季浅海和深海2000m以下。在浅海亦称表面声道。声呐在浅海冬季比夏季传播远。

反波导型：

(dc/dz)<0，声线弯向海底，由于海底对声波的吸收和散射，经海底反射回来的声能减弱，且存在声阴影区。声传播距离受到限制。夏季浅海的“午后效应”。

Soundwaveschangevelocityandrefractastheytravelatananglethoughtwaterlayersofdifferentdensities.分裂型：

某层存在声速最大层，声能部分向上部分向下折射，使到达某区的声能减小，存在声阴影区。秋季，混合层下出现温跃层(Thermohaline)。

水下声道(sofarchannel)：由跃层效应，在温跃层以下深水区，水温随深度增加变化减小，压力对声速的影响显著，使c(z)曲线有极小值。若声源在此附近，从声源发出的声线束将向声速极小值所在的水层弯曲，此时声能大部分限制在此水层间，没经过海面和海底的反射、散射和吸收，声能损失很少，像在水下存在一声能传播的通道，因此传播距离很远，称水下通道。

按声道轴（声速最小层所在水层）所处位置可分：深水声道(或水下声道)和浅水声道（或表面声道），前者深度各大洋不同，大西洋中纬1260m附近，太平洋中纬则900m深的地方。后者常不稳定，因为表面波浪和大量气泡引起的散射使声能损失了一部分能量。

期末考试考试类型1.填空选择2.是非判断3.简答题4.计算作图题考试内容 重点：波浪、潮汐大气与海洋、海洋中光、声的传播（填空或是非判断）考试时间、地点1月7日上午8:00-10:00，2#418风浪成长与风时风区的关系H随t↗而↗，到ts,H=L↗ts↗L↗,Hs↗海区某一点达到正常，则其靠风区上沿的点都已达正常，而其它的点则有继续成长的趋势过渡区的波高不随地点变化过渡区与定常区的分界线随时间向风向的下方移动定常状态的波浪只受制于风区，而过渡状态的风浪只受制于风时无论风区长度多大，风时多长，风浪不可能无限地成长2.近岸浪(1)水质点运动轨迹：圆→椭圆(2)水深变浅，其波速波长都逐渐变小(3)折射：波峰线与等深线平行的趋势(4)波高的变化一是折射因子二是群速的变化(5)波浪的破碎(6)海浪的反射与绕射为什么？（2）、（3）、（4）潮汐静力理论基本思想假设光滑圆球;全水;惯性;无粘;不考虑fc、f无引潮力海面为球面等重力势面为球面引潮力海面为椭球面(长轴指向月球)地球自转潮汐等势面为椭球面(G+)静力理论基本思想潮汐动力理论基本思想(1)只有水平引潮力才是重要的(2)潮波运动除受到FH作用外，还受到地转偏向力、摩擦力和海洋的形态特征(如水深、宽度、海陆分布等