地球水循环与水量平衡

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★海灣與海峽
海灣是海洋伸入大陸的部分,其深度和寬度向 大陸方向逐漸減小的水域。一般以入口處海角 之間的連線或灣口處的等深線作為洋或海的分 界線。海灣的特點是潮差較大。
海峽是連通海洋與海洋之間狹窄的天然水道。 如臺灣海峽、麻六甲海峽、直布羅陀海峽等。 其水文特徵是水流急,潮速大,上下層或左右 兩側海水理化性質不同,流向不同。
②密度流
是由於海水密度差異而引起的海流。海水密度 分佈不均勻而使海區形成了壓力梯度,海水從高壓 區向低壓區流動,所以又稱梯度流。
直布羅陀的表層流與深層流
直布羅陀海峽
Strait of Gibraltar
③補償流
是由於某種原因使海水從一個海區流出,而使 另一部分海水流入進行補充。補償流可以是水準流 動,也可以是垂直流(上升流和下降流)。
一、海水的理化性質
◆海洋是地球水圈的主體,是全球水迴圈的 主要起點和歸宿,也是各大陸外流區的岩石 風化產物最終的堆積地。
(一)海水的化學性質
◆海水是一種成分複雜的混合溶液。海水總 體積中,96 . 5 % 是水, 3 . 5 % 是溶解於水 中的各種化學元素和其他物質。 ◆海水包含以下三類物質: ①溶解物質:鹽類、有機化合物、溶解氣體; ②氣泡; ③固體物質:有機固體、無機固體、膠體顆粒。
◆海水的密度( )
指單位體積中的海水品質,單位為 g/cm3 ;一 般為1.022 — 1.028,隨溫度、鹽度、壓力而變。
★海水的顏色與透明度
◆海水的顏色 指從海面及海水中發出的光的顏色。海水
顏色取決於海水的光學性質和光線的強弱,以 及海水中懸浮粒子和浮游生物的顏色,也與天 空狀況和海底的底質有關。 ◆海水的透明度
以直徑300mm的白色圓盤垂直投入海水中 的可見深度表示。世界上最透明的海水是大西 洋中部的馬尾藻海,66.5m;我國黃海僅為1~ 2m,南海為20 — 30m。
二、海水的運動
海水運動的形式主要包括波浪、潮汐和洋流。
(一)波浪
1、波浪的基本要素:波峰、波谷、波長、 波高,週期、波速、波峰線、波向線等等。
2、波浪的類型
★波浪按成因分類 ①風浪和湧浪:由風力的直接作用而形成的波浪, 稱為風浪;當風停止或波浪離開了風區時的波浪 稱為湧浪;
風浪屬於強制波,波形和餘擺線差別大,波 峰高而尖陡,波峰前後不對稱,前部陡峻而後部 平緩,波谷比較寬平,波長較短,波速較慢,最 大僅 40 ~ 50 km/h ;
湧浪屬於自由波,波形接近餘擺線,波峰圓 滑而矮,前後對稱,波長較長(可達500~600 m , 甚至800 m 以上),波速較快,>100 km/h , 可以比風速大,故常利用它來預報颱風或風暴。
破壞性的地震海嘯,只在地震構造運動出現
②垂海嘯直2斷層、震源深度< 50 km、而裏氏震級
大於 6.5 的條件下才會發生。其波長為幾十 至幾百公里(遠大於海洋的最大深度),周 期為2~200分鐘,最常見的是2~40分鐘。
C GH
C為海嘯波速;G為重力加速度,H為水深;
全球海洋的平均深度為3600m,海嘯的平均 前進速度為360~500km/h 。 ——西元 358年至今全球發生過近 5,000次 破壞性地震海嘯,其中約85%的地震海嘯分 布在太平洋中的島弧━海溝地帶。
沃克環流
2、世界洋流分佈
①世界洋流結構特點 ◆反氣旋型大洋環流:以南北回歸線高壓帶為 中心;在北半球順時針流動,南半球則逆時針 流動; ◆氣旋型大洋環流:以北半球中高緯海上低壓 為中心,在南半球中高緯則為西風漂流(由於 受南極冰蓋影響,具寒流性質); ◆繞極環流:南極周圍,受極地東風作用,洋 流自東向西流; ◆季風漂流:北印度洋受季風影響,季節變化 明顯,冬季逆時針流動,夏季順時針流動。
2、潮汐的成因
●內因:海洋水體; ●外因:天體引潮力。月球引潮力是 太陽的2.17倍。
順潮
對潮
3、潮汐的類型
◆半日潮:在一個太陰日(24小時50分)內, 有兩次高潮和兩次低潮,而且兩相鄰高潮或 低潮的潮高幾乎相等,漲落潮時也幾乎相等。 潮汐高度從赤道向兩極遞減,故又稱為赤道 潮或分點潮; ◆全日潮:半個月內,有連續7天以上在一 個太陰日內,只有一次高潮和一次低潮,這 樣的潮汐稱為全日潮。北部灣是世界上最典 型的全日潮海區之一。 ◆混合潮:在一個太陰日內,也有兩次高潮 和兩次低潮,但潮差不等,漲潮時和落潮時 也不等。
1、海水的化學組成
◆海水的大量元素 氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、溴、碳、鍶、硼、 矽、氟等12種,占化學元素總量約 99.9 % ; ◆海水的微量元素 指含量極少的元素(<1mg/L); ◆海水組成的恒定性 指上述12種主要元素之間的比例幾乎不變; ◆海水的鹽類組成 氯化物含量最高,占 88.6 % ; 硫酸鹽次之,占 10.8 % 。
波浪的基本要素
波峰是靜水面以上的波浪部分;波谷是靜水面 以下波浪部分;波頂是波峰的最高點;波底是 波谷的最低點;波高是波頂與波底間的垂直距 離;波長是兩相鄰波頂或波底間的水準距離; 波陡是波高與半個波長之比;波浪週期是兩相 鄰的波頂(或波底)經過同一點所需要的時間; 波速是波形移動的速度,即波長與波浪週期之 比值。 波向線是表示波浪傳播方向(浪向)的線;波 峰線是與波向線正交,並通過波峰的線。
◆最高是紅海(> 37 ‰ ); ◆最低是波羅的海( 3 ‰ — 10 ‰ )。
(二)海水的物理性質
◆海水的溫度 ◇世界大洋表面年平均溫為17.4℃;溫度年較差 較小(38℃),最低為-2℃,最高為36℃,; ◇水準分佈:從熱赤道向兩極逐漸降低,等溫線 大致呈帶狀分佈;北半球水溫高於南半球;夏季 水溫高於冬季; ◇垂直分佈:從海面向海底呈不均勻遞減,千米 深度以下遞減緩慢;在南北緯40°之間,海水可 分為表層暖水對流層和深層冷水平流層。
3、近岸浪
★波浪的破碎 波浪傳入淺水區或近岸後,海底摩擦作 用使波頂運動速度大於波底,最後波峰 越過波谷而發生破碎。
——波浪破碎主要有三種形式: 崩頂破碎、卷躍破碎、激散破碎。
★波浪的折射與沿岸流
由於波浪受海底摩擦阻力影響大小不一,使波向 發生轉折,最終波峰線基本與海岸線平行;當入 射波浪不垂直於海岸時,便可造成水體沿海岸流 動,形成沿岸流。
海是靠近大陸,深度淺(一般<3000m),面 積小,兼受洋、陸影響,具有不穩定的理化性 質,潮汐現象明顯,並有獨立海流系統的水域。
★世界四大洋
★海的類型
根據海被大陸孤立的程度和其地理位置及其它 地理特徵,可將海劃分為地中海和邊緣海。 ——地中海又可劃分為:陸間海和內陸海。 陸間海是介於兩個以上大陸之間,並有海峽與 相鄰海洋相連通的水域,一般深度較大,如地 中海;內陸海是深入大陸內部,海洋狀況受大 陸影響顯著,如黑海、紅海等。 邊緣海是位於大陸邊緣的水域,一部分以大陸 為界,另一部分以島嶼、半島、群島與大洋分 開。與大洋的水交換比較自由。靠近大陸一邊 受大陸影響大,水文狀況季節變化顯著;靠大 洋一邊受大洋影響大,水文狀況比較穩定。
◆水分迴圈對於地球水分和熱量的再分配意 義重大,猶如自然地理環境的“血液迴圈”。
二、水量平衡
◆水量平衡:指任一區域(如一個流域)在 任一時段(如一年)內,其收入水量等於 支出水量和區域內蓄水變數之和。
Wλ = W出 ± △u
Wλ :收入水量; W出:支出水量; △u :蓄水變數;
◆全球水量平衡: — — — —
◇水分迴圈成因:
內因——水的“三態”變化; 外因——太陽輻射和地心引力。
◇水分迴圈過程
3 個階段:蒸發、降水、徑流; 5 個環節:水分蒸發、水汽輸送、凝結
降落、水分下滲、徑流;
★水分迴圈的類型
根據水分迴圈的路徑和規模,可分為兩種:
◆大循環——海陸之間的水分交換過程,也 稱為海陸間迴圈。 ◆小迴圈——水僅在局部地區(海洋或陸地) 內完成的迴圈過程。 可分為海洋小迴圈和陸地小迴圈。
(三)洋流
洋流指海水速度相對穩定、沿著一定方向有 規律的水準流動。洋流又稱海流。洋流產生的主 要原因是風力和密度差異。
1、洋流的類型 ★按水溫分類 暖流——如果洋流帶來的海水溫度比到達海區的 水溫高,就稱為暖流。由低緯流向高緯的洋流屬 於暖流。暖流在洋流圖中多用紅箭頭表示。 寒流——如果洋流帶來的海水溫度比到達海區的 水溫低,就叫寒流。由高緯流向低緯的洋流屬於 寒流。寒流在洋流圖中一般用藍箭頭表示。
水文:指在自概然念環境中,水的
各種現象的發生、發展及其相 互關係和規律性。
水體:是指以一定形態存在於 自然地理環境中的水的總稱。 如大氣中的水、江河湖海的水、 冰川、地下水、生物有機體中 的水等等。
第一節 地球水迴圈與水量平衡
一、水分迴圈
◆水不斷的蒸發、輸送、凝結、降落的 往返運動過程稱為水分迴圈。
4、潮流
◆指海水在天體引潮力作用下所形成的週期性 水準運動。隨漲潮而產生的潮流叫漲潮流,隨 落潮而產生的潮流叫落潮流。 ◆潮流分為回轉流和往復流兩種 回轉流:外海、開闊海區,受地轉偏向力影響, 在北半球作順時針回轉,流速約4 ~ 5km /h ; 往復流:海峽、河口等,受地形影響而成。其 流速較大,可達 18~22 km/h 。
②世界主要洋流系統
★反氣旋型大洋環流 在信風(NE、SE)作 用下,由東向西流(北赤道流、南赤道流), 遇到大陸後,分為兩支:一支向赤道形成赤道 逆流,另一支向高緯流到緯度 40 °~ 50°形 成西風漂流。 ★氣旋型大洋環流:分佈在 45 °N ~ 70°N, 當西風漂流遇到大陸後,又分為兩支,向高緯 一支(即阿留申暖流)在極地東風作用下沿西 海岸南流,最終匯入西風漂流。 ★南極繞極環流: ★北印度洋季風漂流:冬季,東北季風漂流; 夏季,西南季風漂流。
②海②嘯1海嘯(Tsunamis):
——由火山爆發、海底地震引起海底大面積 升降,以及沿海地帶山崩和滑坡等造成的巨 浪,稱為地震海嘯。
——由於強烈的大氣擾動(例如颱風、強低 壓等)而引起海水異常升降產生的巨浪,稱 之為風暴潮。
二者產生的原因雖不相同,但它們產生的現 象和破壞力卻是類似的,所以,一般將二者 統稱為海嘯。
2、海水的鹽度(S ‰)和氯度(Cl ‰ )
◆海水的鹽度 是指 1000 g 海水中所含溶解的鹽類物質的
總量,單位為 ‰ ;
◆海水的氯度 指每千克海水中所含氯的克數。
◇克努森公式:S ‰ =0.03+1.805× Cl ‰
或者
S ‰ =1.8065 Cl ‰
★海水鹽度的分佈特徵
絕大多數海水的鹽度為33‰ — 37 ‰ ; 表層海水鹽度分佈:從副熱帶海區向 高低緯遞減,形成馬鞍形;鹽度等值 線大致與緯線平行;大洋鹽度高於近 岸。
★波浪的繞射:
當波浪傳入近岸時,如果受到沙嘴、岬角等的阻 擋時,波浪將從其旁邊繞過、進入波影區,波峰 線變形,波高遞減,波浪能量大為減小,故波影 區一般為比較平靜的水域。
(二)潮汐與潮流
1、潮汐及其類型 ◆潮汐指海水位週期性漲落的現象。白天稱潮, 夜晚稱汐,合稱潮汐。 ◆在潮汐現象中,水位上升叫漲潮,水位下降 叫落潮;漲潮至最高水位為高潮,落潮至最低 水位為低潮;當潮汐達到高潮或低潮時,海面 在一段時間內保持平穩,分別稱為平潮和停潮; 相鄰二次高潮或低潮的時間間隔,稱為潮期, 相鄰高潮和低潮的水位差,浪氣的壓類波:型因之氣2 壓突變而產生;
⑤船行波:船行作用產生。
★波浪按水深分類 深水波——水深相對波長很大的波( 水深> L/2 ),水質點運動軌跡為圓形,又稱表面 波或短波; 深水波作用的極限水深等於一個 波長,該深度稱為波浪作用基面或波底; 淺水波——水深相對波長很小的波(水深< L/2 ) ,水質點運動軌跡為橢圓形, 又稱 長波;淺水波與深水波比較,波速減小, 波 長變短,波高增加。
Pc Po Ec E o
◆全球水量是平衡的,全球降水量=蒸發量; 海洋蒸發量>降水量;陸地蒸發量<降水量; 海洋是大氣水和陸地水的主要來源;海洋氣 團在陸地降水中起主要作用。
第二節 海洋
★海與洋
洋是世界大洋的中心部分和主體部分,它遠離 大陸,深度大,面積廣,不受大陸影響,具有 較穩定的理化性質和獨立的潮汐系統以及強大 洋流系統的水域。世界大洋分為4個部分,即: 太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。
★按成因分類
①風海流:海水在風的摩擦力作用下形成的水準 運動。又稱漂流或吹流。風力作用於海面,同時 產生波浪運動和使海水向前運動的洋流。
厄克曼(Ekman) 螺旋。風海流水體 輸送方向與風向成 90°夾角。在北半 球偏風向的右側, 而在南半球則偏風 向的左側。
風海流會造成岸邊的升降流
南半球南美沿岸的升降流
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