第一三章海洋背景知识

物理海洋学基本知识海洋空间特点海水的物理性质热量、水量平衡温、盐、密分布海洋环流及水团大气科学学院海洋科学系：程军1海洋的空间特点

--水平分布海洋占地球表面积的70.8%南大洋海、陆面积比

南半球4:1

北半球1.5:1四大洋：太平洋、大西洋、

印度洋、北冰洋21/1801/30平均深度约4km，水平尺度约5,000-15,000km。

海洋的空间特点

--垂直分布注意：海洋的垂直剖面图中，垂直比例尺往往远大于水平方向！3海洋的空间特点

--海底地形大陆坡大陆架大陆隆起洋盆大洋中脊海山海沟岛弧4海水的物理性质

--纯水的性质水分子为极性分子，

产生水分子的缔合现象纯水的四个特性：

-溶解性强，海水盐度很高

-密度异常，4℃

时密度最大-吸热能力强，比热容和比蒸发潜热大

-风和水面摩擦力大，大的波浪和大洋环流

5海水的物理性质

--盐度盐度：溶解于一千克海水的

固体物质的克数。一般记作S。1千克海水含盐35克，记作S=35盐度的沿革

绝对盐度：根据“氯度”计算的盐度

盐度=1.80655×氯度，记作35‰

实用盐度：根据“导电率”计算的盐度

直接记为S=35,不再使用‰6海水的物理性质

--热性质热容、比热容、比定压热容

、比定容热容

概念

海水的比热容较大，使得海水温度变化较慢蒸发潜热及饱和蒸汽压

概念

水的蒸发潜热在所有物质中最大

海水的饱和蒸汽压较小，制约海水蒸发位温

概念

在大洋的深、底层，压力对海水温度的影响较大，在鉴别水团时，往往需要使用位温而不用现场水温。7海水的物理性质

--热性质盐度对冰点及最大密度温度的影响8海水的物理性质

--密度密度、比容、密度超量

概念

γ=ρ-1000kg•m-3海水状态方程

一个大气压国际海水状态方程

高压国际海水状态方程9海洋热量平衡海面热收支

-经由海面进入海洋的辐射能-海面有效回辐射-蒸发耗热-感热交换海洋的全热量平衡

-平流、对流及混合引起的与研究区域之外的热交换

海洋热平衡方程10海洋水量平衡大洋的水量平衡蒸发（E）降水（P）大陆径流（R）

11大洋的温度分布海表面温度的大面图12大洋的温度分布150W太平洋的位势温度断面图

13大洋的温度分布低纬、中纬及高纬位势温度的单点铅直向分布温跃层：温度梯度最大的深度

季节性温跃层

夏季出现14大洋的盐度分布海表面盐度的大面图15大洋的盐度分布P-E分布图16大洋的盐度分布150W太平洋的盐度断面图

17大洋的盐度分布低纬、中纬及高纬盐度的单点铅直向分布18大洋的密度分布海表面密度的大面图19大洋的密度分布150W太平洋的密度断面图20大洋的密度分布低纬、中纬及高纬密度的单点铅直向分布21海洋环流及水团海流

驱动力

热盐环流：密度不均引起，深层，观测少，常依据水团分析间接判断其状态

风海流：风应力引起，表层几百米，观测较多，认识较清楚水团

研究海水特性时，常将某点不同深度处的海水温、盐资料绘在一张T–S图（横轴为盐度，纵轴为温度）上，借助溫盐点的散布情形判断水体来源

水型：T–S分布为一点

源区

水团：

T–S分布为一直线

离开源区后一张典型的海水热盐分布图

(Matthias1994)

"RegionalOceanography:anIntroduction"

22风海流科氏力

运动向右偏（北半球）Ekman螺旋

当风吹掠洋面时，风对海面就施加了一股顺风向的拖曳力，将造成表层海水流动，海水流动时产生科氏力，因此流向会偏向风向的右侧。上层水流动时又会拖曳下方流体运动，而下层流向又再稍偏右。如此一层牵引一层，水流流向由水面向下呈现旋转螺线型的构造。海洋上层水流速度的螺线状构造

(Stowe,K.1995)"ExploringOceanScience"

23风海流在一个理想海洋中，风生海流理论上应有的环流型态

(Stowe,K.1995)"ExploringOceanScience"24风海流大洋表层环流系统示意图（Stowe,K.1995)"ExploringOceanScience",2thed.

25(Stowe,K.1995)"ExploringOceanScience"

西向强化及中尺度涡NOAA卫星得到的湾流流域海面温度分布图

26热盐环流深层及底层水

主要源于极区

南极：南极底层水

北大西洋：北大西洋深层水

混合增密(Thurman,H.V.1993)"EssentialsofOceanography"混合增密

將两种不同温、盐值但密度相近的海水充分混合后，混合水之温、盐值将为二者之平均但密度则会增大27热盐环流中层水

南极中层水

低盐

北太平洋中层水

低盐

太平洋盐度断面图

地中海水团

高盐28大洋传输带（GreatOceanConveyorBelt）29思考题结合大气的三圈环流理论，说明驱动大洋环流（风海流）以及决定海洋特性（温、盐、密）分布的根本原因是什么？什么是科氏力？科氏力是怎么产生的？说出自己的理解。参考书1、物理海洋学，叶安乐等，19922、IntroductionToPhysicalOceanography，RobertH.Stewart，20043、DescriptivePhysicalOceanography，PICKARD4、RegionalOceanographyanIntroduction，Matthias，199430科氏力的理解