厦门大学海洋科学导论课件(水文部分)lect17_1217
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海洋学导论-第三章(PPT文档)
第三章 海水的物理特性和 世界大洋的层化结构 (4学时)
基本要求：掌握 标准海水、位温、密度超量、盐度（3种定义）、太阳高 度、温（盐）跃层、水团等概念(特性）；理解 海面热平衡方程、整个海洋全 热量平衡方程、局部海域的及整个海洋的全水量平衡方程（状态）；熟悉 温度、 盐度、密度一般分布规律及三者的水平、铅直分布特征（形式）；了解一些物 理海洋学中常用术语及表示方法，包括分布图形（类型）。本章是学习物理海 洋学、化学海洋学、海洋生物学的基础。
KCl溶液的电导比来确定海水的盐度值。 【教材59页】 即电导比K15 = C标海/C标KCl = 1）则
（二）实用盐度的计算公式
∑5Βιβλιοθήκη S=aiK i/2 15
i=0
（3-3）
式中K15是在101325Pa下，温度15℃时，海水样品的电导率与标准所配 KCl溶液的电导率之比。式中a0=0.0080，a1=-0.1692，a2=25.3851， a3=14.0941，a4=-7.0261，a5=2.7081；，适用范围为2≤S≤42。【S定义域2 为淡水最高值，计算结果1×10-3，盐度都是在10-3小数点变化】故此：
S‰=-0.08996+28.29720R15+12.80832R２15
-10.67869R315+5.98624R415-1.32311R515
(3-2)
实测的海水的电导率，查《海洋学常用表》可得S‰ 值
三、1978年实用盐度标度（P78）
（一）建立实用盐度的固定参考点 配制浓度为32.435‰KCl溶液代替上述标准海水，用海水相对于此
§3.1 海水的主要热学和力学性质 (1学时)
海水是一种溶解有多种无机盐、有机物质和气体以及含有许多悬浮物质的 混合液体。
基本要求：掌握 标准海水、位温、密度超量、盐度（3种定义）、太阳高 度、温（盐）跃层、水团等概念(特性）；理解 海面热平衡方程、整个海洋全 热量平衡方程、局部海域的及整个海洋的全水量平衡方程（状态）；熟悉 温度、 盐度、密度一般分布规律及三者的水平、铅直分布特征（形式）；了解一些物 理海洋学中常用术语及表示方法，包括分布图形（类型）。本章是学习物理海 洋学、化学海洋学、海洋生物学的基础。
KCl溶液的电导比来确定海水的盐度值。 【教材59页】 即电导比K15 = C标海/C标KCl = 1）则
（二）实用盐度的计算公式
∑5Βιβλιοθήκη S=aiK i/2 15
i=0
（3-3）
式中K15是在101325Pa下，温度15℃时，海水样品的电导率与标准所配 KCl溶液的电导率之比。式中a0=0.0080，a1=-0.1692，a2=25.3851， a3=14.0941，a4=-7.0261，a5=2.7081；，适用范围为2≤S≤42。【S定义域2 为淡水最高值，计算结果1×10-3，盐度都是在10-3小数点变化】故此：
S‰=-0.08996+28.29720R15+12.80832R２15
-10.67869R315+5.98624R415-1.32311R515
(3-2)
实测的海水的电导率，查《海洋学常用表》可得S‰ 值
三、1978年实用盐度标度（P78）
（一）建立实用盐度的固定参考点 配制浓度为32.435‰KCl溶液代替上述标准海水，用海水相对于此
§3.1 海水的主要热学和力学性质 (1学时)
海水是一种溶解有多种无机盐、有机物质和气体以及含有许多悬浮物质的 混合液体。
厦大海洋科学导论
·水汽压：湿空气中，由水汽所引起的那一部分压强.
·饱和水汽压：当温度一定时，若从纯水的水表面逸入空气中的水分与从空气中进入水面的水分在数量上相同，此时水汽所造成的那部分压强。温度越高，E越大。
·相对湿度：空气中实际水气压e与同温度下的饱和水气压E之比。RH=e/E*100%。
·风：空气相对于地面作水平运动。
·朔望月：月相完全更替一轮的周期。
·海洋潮汐：海洋潮汐是由天体（主要是月球和太阳）的引潮力产生的。
·月球引潮力：地球绕地月公共质心所产生的惯性离心力与月球引力的合力。
·平衡潮理论：
（1）假设前提：1.地球为一圆球，其表面完全被等深的海水所覆盖，不考虑陆地的存在；2.海水没有粘滞性，也没有惯性，海面随时与等势面重叠；3.海水不受地转偏向力和摩擦力的作用。
·波的波形传播特征：1.水质点只在平衡位置做圆周运动；2.波峰水质点向前，波谷处水质点向后，峰前节点水质点向上，峰后节点水质点向；3..海浪的传播实际上只是波形的传播。
·有限振幅波动（斯托克斯波）：1.波面不是简谐曲线，且对于横轴不对称，水质点振动中心高于平均水面；2.c与H有关，δ，c；3.水质点的轨迹很近于圆，但不是封闭的；4.波动的动能大于势能Ek>Ep，而且Ek铅直>E k水平；5.δ大于一定程度波面将破碎，理论上其破碎角为120°或δ≥1/7。
不利的方面：
1.内波引起的等温度面和等密度面的起伏会影响到海洋中声信号的传播速度与方向。从而降低了声纳的功能，增加了水下通讯和目标探测的困难。
2.内波会引起等密度面的快速（流速急）的大振幅上下起伏。如果有潜艇和鱼雷等水下航行物体位于这种等密度面处，它们将随等密度面上下运动或快速上浮下沉，导致鱼雷脱靶，潜艇难以操作。如有海上采油平台，也会受到严重影响和损害。
·饱和水汽压：当温度一定时，若从纯水的水表面逸入空气中的水分与从空气中进入水面的水分在数量上相同，此时水汽所造成的那部分压强。温度越高，E越大。
·相对湿度：空气中实际水气压e与同温度下的饱和水气压E之比。RH=e/E*100%。
·风：空气相对于地面作水平运动。
·朔望月：月相完全更替一轮的周期。
·海洋潮汐：海洋潮汐是由天体（主要是月球和太阳）的引潮力产生的。
·月球引潮力：地球绕地月公共质心所产生的惯性离心力与月球引力的合力。
·平衡潮理论：
（1）假设前提：1.地球为一圆球，其表面完全被等深的海水所覆盖，不考虑陆地的存在；2.海水没有粘滞性，也没有惯性，海面随时与等势面重叠；3.海水不受地转偏向力和摩擦力的作用。
·波的波形传播特征：1.水质点只在平衡位置做圆周运动；2.波峰水质点向前，波谷处水质点向后，峰前节点水质点向上，峰后节点水质点向；3..海浪的传播实际上只是波形的传播。
·有限振幅波动（斯托克斯波）：1.波面不是简谐曲线，且对于横轴不对称，水质点振动中心高于平均水面；2.c与H有关，δ，c；3.水质点的轨迹很近于圆，但不是封闭的；4.波动的动能大于势能Ek>Ep，而且Ek铅直>E k水平；5.δ大于一定程度波面将破碎，理论上其破碎角为120°或δ≥1/7。
不利的方面：
1.内波引起的等温度面和等密度面的起伏会影响到海洋中声信号的传播速度与方向。从而降低了声纳的功能，增加了水下通讯和目标探测的困难。
2.内波会引起等密度面的快速（流速急）的大振幅上下起伏。如果有潜艇和鱼雷等水下航行物体位于这种等密度面处，它们将随等密度面上下运动或快速上浮下沉，导致鱼雷脱靶，潜艇难以操作。如有海上采油平台，也会受到严重影响和损害。
厦门大学海洋科学导论课件(水文部分)lect11_1107
AAIW NADW AABW
AAIW: Antarctic Intermediate Water AABW: Antarctic Bottom Water NADW: North Atlantic Deep Water
沿大西洋南北纵断面上几种水团的分布情形 摘自Stowe, K. (1995) "Exploring Ocean Science", 2th ed.。
所有的生物“沙漠”都在扩大。其增 大的面积达到660万平方公里，即比原 有面积增加了15%。
Polovina J.J., GRL, 2008.
4. Undersurface circulation (大洋表层以下的环流)
(1) Movement and distribution of subsurface water （次表层水） 介于表层水(Surface water)与大洋主温跃层(Main Thermocline)之间；副热带海域表层水下沉而成；高 温高盐；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 (2) Movement of intermediate water(中层水) (a) 南极辐聚和西北辐聚区海水下沉形成，约在8001000m，带有源地的低盐特征 (b) 地中海、红海-波斯湾水等溢出的高盐中层水
副热 南北半球反气 带辐 旋式大环流的 聚区 中间海域
a) b)
流速小
世界大洋最高的水色和最大透明度， 也是生产力最低的地方
副热带辐聚区
副热带辐聚区
NP
NP,december SP NA,december NA
SP,August SA
Time series of the monthly mean area (km2) with surface chlorophyll less than or equal to 0.07mg chl/m3 between 5–45 N/S latitude
海洋科学概论优品ppt资料
李永棠、黃國銘
■授課 □分組討論
■授課 □分組討論
□授課 ■分組討論
協同教學「海洋沉積物探索核爆與地震之軌跡」 蘇志杰、黃國銘
由於經濟高度成長，工業發達，人口大量集中都 市，使得未經處裡的各類廢水經由河川進入海洋，使 海域直接、間接承受相當大的汙染量。
各組議題口頭報告:「全球暖化對海洋之影響」 「聖 嬰現象」
課程主軸結構
本課程主旨在培養學生如何在人類繼 續追求向前發展的同時，做到人與海洋環 境的和諧相處，以達永續經營與發展的理 想。本課程內容在介紹海洋和任何在海洋 中所發生的現象。近年來人類對海洋學的 興趣日增，目前相當重視並利用海洋資源， 且積極保育海洋生態。
開課基本資料
• 開課年級：無限制 • 開課教師：黃國銘 • 學分數：2 學分 • 修課人數：女 8 人、男 52 人，共60人 • 師資團隊總人數： 6 人 • 外聘校外師資人數： 5 人
協同教學「我國海洋政策、法制與執行」
台海探輔灣洋討導海西 觀 海 分洋部光洋組沿休油期科海閒污中技地的染書區概主面長念要與久、成期抽台因末方取灣來口地的自頭孟下海大專德水洋氣題灌觀、報溉光自告、休然，養閒漏以能殖、出確工、海、認源甚洋都同業與至觀市學技於光排的環飲休放報術境用閒、告研，的海方研極本域向究究度土油與院依案田內所賴例探容地、勘可下台產以底氯水灣生契泥聯資海、合中苯利源洋油本，觀輪課作P用A帶光及程為H海來發卸主s海作洋當展油旨地因站。域為沈沿素正污海積海 分 常染域物居析情民。況源污岩生漏調染心命出查源探與及人油調討。文輪查污極意、染大外之事牡歷衝件蠣史擊漏中。出，。多
黃國銘 黃國銘
□授課 ■分組討論 各組議題口頭報告:「沿岸海域監測」「海洋油污染」
黃國銘
海洋科学导论
几小时----- 几个月
三、浅海风海流
表面流方向与风向交角比无限深海小，流向随深度变化较缓。 水深越浅，表面流与风向右偏角越小，从上层到下层流速矢量 越趋近风矢量。 理论计算：h/D ≥2时，无限深海。
四、海岸对风海流的影响
海流与海岸垂直相遇，分为两支反方海流； 海流与海角垂直相交，分为两股流； 两股垂直向岸的海流，两者间产生一反向逆流。
沿岸流 离岸流
三、海流的表示法： 矢量表示法 流速：海流的强度 单位：节或 cm/s 表示 流向：海水流去的方向，
以度或方位表示
箭矢方向——海流的方向， 箭矢长度或粗细（或标值）——流速。
红线——暖流，蓝线——寒流
第二节、密度流与地转流 一、等压面和等势面 1 、等压面：
海洋中压力相等的点组成的假想的面。
艾克曼（Ekman）风海流理论
二、无限深海的风海流 ——漂流 假设： 1 、海水密度均匀分布； 2 、稳定均匀的风长时间吹刮于无限宽广、 无限深的海洋上，海面不发生升降； 3 、只考虑湍流粘滞系数引起的水平摩擦力； 4 、不考虑地转偏向力随纬度变化。
结论：
1.深海中，表层流的方向在北半球偏于风向右边 45 °， 南半球偏左。偏向不随风速、流速和纬度变化。 2. 表层流流速与风速和所在地理纬度有关：
30.7
流速的大小，与等值线倾斜的程度成正比
T
22.5℃ 22.6℃ 22.7℃ 22.8℃ 22.9℃ 23.0℃
S
33.2 33.3 33.4 33.5 33.6 33.7 33.8
三、地转流 海水密度均匀，等压面 (海面)--- 等势面倾斜 β 角
Fz
Fx
β
fc
g
∵
Fx=gtgβ
三、浅海风海流
表面流方向与风向交角比无限深海小，流向随深度变化较缓。 水深越浅，表面流与风向右偏角越小，从上层到下层流速矢量 越趋近风矢量。 理论计算：h/D ≥2时，无限深海。
四、海岸对风海流的影响
海流与海岸垂直相遇，分为两支反方海流； 海流与海角垂直相交，分为两股流； 两股垂直向岸的海流，两者间产生一反向逆流。
沿岸流 离岸流
三、海流的表示法： 矢量表示法 流速：海流的强度 单位：节或 cm/s 表示 流向：海水流去的方向，
以度或方位表示
箭矢方向——海流的方向， 箭矢长度或粗细（或标值）——流速。
红线——暖流，蓝线——寒流
第二节、密度流与地转流 一、等压面和等势面 1 、等压面：
海洋中压力相等的点组成的假想的面。
艾克曼（Ekman）风海流理论
二、无限深海的风海流 ——漂流 假设： 1 、海水密度均匀分布； 2 、稳定均匀的风长时间吹刮于无限宽广、 无限深的海洋上，海面不发生升降； 3 、只考虑湍流粘滞系数引起的水平摩擦力； 4 、不考虑地转偏向力随纬度变化。
结论：
1.深海中，表层流的方向在北半球偏于风向右边 45 °， 南半球偏左。偏向不随风速、流速和纬度变化。 2. 表层流流速与风速和所在地理纬度有关：
30.7
流速的大小，与等值线倾斜的程度成正比
T
22.5℃ 22.6℃ 22.7℃ 22.8℃ 22.9℃ 23.0℃
S
33.2 33.3 33.4 33.5 33.6 33.7 33.8
三、地转流 海水密度均匀，等压面 (海面)--- 等势面倾斜 β 角
Fz
Fx
β
fc
g
∵
Fx=gtgβ
厦门大学海洋科学导论课件(水文部分)lect12_1114
深水波(短波) 浅水波(长波)
有限振幅波(a≈ λ)
Wave of Finite Amplitude
② 风浪(wind wave)、涌浪(swell)、 近岸浪(coastal wave)
• Deep water waves(深水波): h (water depth)>½ λ(wavelength) • Shallow water waves(浅水波):h <1/20λ
2. 有限水深（ 1 h 1 ）
20
2
轨迹方程为
( x x0 )2 A2
(z
z0 )2 B2
1
A a ch[k(h z)], B a sh[k(h z)]
sh(kh)
sh(kh)
(1)轨迹为椭圆 (2)椭圆的长短轴皆随z↑而↓，但长轴变化较慢，短
轴变化较快，在海底短轴为0
次表层水(subsurface water): 副热带海域表层 海水下沉。高盐、 相对高温
中层水(intermediate water)：南极辐聚和西北辐 聚区海水下沉形成，低盐
深层水(deep water)：北大西洋格陵兰南部的上 层海洋形成。贫氧
底层水(bottom water)：具有最大的密度，主要 来源于威德尔海、罗斯海，其次是格陵兰海 与挪威海
P ec
c* c gh
(3) 波动所具有的能量相当可观
例：波高为3m，周期为7s的一个波动，跨过10km宽的 海面。求它的功率（波动功率指单位时间内跨过单位 截面的能量）
W P 1 ec 1 1 gH 2 gT
2
28
2
g g H 2 T 32
若H单位为米，周期为秒，取g=9.8m/s2，则
厦门大学海洋科学导论课件(水文部分)lect15_1205
D C1 C
* * 2
1 D
1 2 c0 gh
2
c0 gh
深水波 浅水波
c1
c0 gh
在D的影响下，波浪从深水→ 浅水，波高开始略有降低然后 随着水深的减小而增大
★ 可见波浪传到近岸，波高的变化完全取决于能量的变化。一 般来说，D的作用比折射因子大，但在海岬与海湾处，由于波 向转折，其影响对H的变化往往起着明显的作用。
4. Wave breakers(波浪破碎）
Wave steepness (stability) is a ratio of wave height divided by wave length (= H/L).
H/L is larger than or equals 1/7 (H/L 1/7), the wave becomes unstable. There are three types of breakers:, Spilling breakers溢出型 , Plunging breakers 崩捲型 , and Surging breakers崩塌型 .
Mustang Island regular wave trains
1) 波速和波长的变化
c
2
g 2
tanh(
2 h
)
Shallow-water wave
c
2 2 0
c0
2
g 0 2
Deep water wave
c
0
tanh(
2 h
)
周期保持不变: T=T0
c c0
反射﹕波浪前進遭遇固體邊界時，為滿足水流只能平行於邊界面運動之限制， 於是會產生向相反方向傳播的波浪，這就是反射現象。
* * 2
1 D
1 2 c0 gh
2
c0 gh
深水波 浅水波
c1
c0 gh
在D的影响下，波浪从深水→ 浅水，波高开始略有降低然后 随着水深的减小而增大
★ 可见波浪传到近岸，波高的变化完全取决于能量的变化。一 般来说，D的作用比折射因子大，但在海岬与海湾处，由于波 向转折，其影响对H的变化往往起着明显的作用。
4. Wave breakers(波浪破碎）
Wave steepness (stability) is a ratio of wave height divided by wave length (= H/L).
H/L is larger than or equals 1/7 (H/L 1/7), the wave becomes unstable. There are three types of breakers:, Spilling breakers溢出型 , Plunging breakers 崩捲型 , and Surging breakers崩塌型 .
Mustang Island regular wave trains
1) 波速和波长的变化
c
2
g 2
tanh(
2 h
)
Shallow-water wave
c
2 2 0
c0
2
g 0 2
Deep water wave
c
0
tanh(
2 h
)
周期保持不变: T=T0
c c0
反射﹕波浪前進遭遇固體邊界時，為滿足水流只能平行於邊界面運動之限制， 於是會產生向相反方向傳播的波浪，這就是反射現象。
海洋学导论
图4-4 世界主要海上石油 运输路线（Clark，1989）
图4-5表明了海上溢油的分解过程。其中较轻的组分挥发了；水溶性组分 溶于海水；最重要部分——不溶性残渣乳化为小球，最终沉入海底或冲到海岸， 被缓慢分解或者掩埋掉。溢油的危害取决于生物的种类和溢油的地区。
图4-5 海上溢油的分解过程（Spears，1974）
海水中的溶解有机物十分复杂，主要是它与金属能形成稳定络合物。
图4－1 海水的化学组成 （Thurman，1997）
海水的成分分类（P110） ①主要成分 海水中浓度>1mg/kg的成分 （提示：教材中1×10-6 mg/kg有误） Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Cl- SO4- Br- HCO3-(CO32-) F- H3BO3占盐份总量的99.9%
天然放射系--4n+2系
天然放射系--4n+3系
天然放射系----(4n)系
人工放射系-- 4n+1系
4.1.4 海洋化学污染物 (P120)
联合国专家组（1982）把海洋污染定义为:直接或间接由人类向大洋和河口 排放的各种废物或废热，引起对人类生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命 （如鱼类）的现象。
Stumm（1975）把海水中的微量金属元素按照粒子大小分为七种形式见图4-3。
二、海水的氧化还原电位
海水的氧化还原电位,是控制金属污染物溶存形式的主要因素之一。用于定
量分析重金属在海水中氧化还原转化。
当海水是一个氧化还原的平衡体系，相对电对氧化－还原平衡的半电池反
应为： 电极电位可以表示为
aox+ne—→ared
上述这些成分在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动 和总盐度的变化对其影响都不大，所包含的13种元素称为保守元素。
图4-5表明了海上溢油的分解过程。其中较轻的组分挥发了；水溶性组分 溶于海水；最重要部分——不溶性残渣乳化为小球，最终沉入海底或冲到海岸， 被缓慢分解或者掩埋掉。溢油的危害取决于生物的种类和溢油的地区。
图4-5 海上溢油的分解过程（Spears，1974）
海水中的溶解有机物十分复杂，主要是它与金属能形成稳定络合物。
图4－1 海水的化学组成 （Thurman，1997）
海水的成分分类（P110） ①主要成分 海水中浓度>1mg/kg的成分 （提示：教材中1×10-6 mg/kg有误） Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Cl- SO4- Br- HCO3-(CO32-) F- H3BO3占盐份总量的99.9%
天然放射系--4n+2系
天然放射系--4n+3系
天然放射系----(4n)系
人工放射系-- 4n+1系
4.1.4 海洋化学污染物 (P120)
联合国专家组（1982）把海洋污染定义为:直接或间接由人类向大洋和河口 排放的各种废物或废热，引起对人类生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命 （如鱼类）的现象。
Stumm（1975）把海水中的微量金属元素按照粒子大小分为七种形式见图4-3。
二、海水的氧化还原电位
海水的氧化还原电位,是控制金属污染物溶存形式的主要因素之一。用于定
量分析重金属在海水中氧化还原转化。
当海水是一个氧化还原的平衡体系，相对电对氧化－还原平衡的半电池反
应为： 电极电位可以表示为
aox+ne—→ared
上述这些成分在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动 和总盐度的变化对其影响都不大，所包含的13种元素称为保守元素。
海洋科学导论 第四章PPT幻灯片
异常升高(降低)现象。 别名： 气象海啸
与天文大潮结合，水位暴涨
5).内波（interal wave） 流体中密度垂直分布层化时，由外力扰动
产生的波动 。
海洋内波的特点
相同能量产生的内波振幅大于海面波振幅
海面的海水上升需要克服重力 海洋内部海水上升，重力和浮力几乎抵消
海洋内波的利弊
内波引起的混合，尤其是穿过跃层的混合有 利于物质和能量的输送，对海洋环境和生态 保护发挥重要作用。
2)已知λ
C1.25 T0.8
3)已知C T=0.64C λ=0.64C2
2、浅水波
C= gh
C仅决定于h
三、波动随深度而变化 1、深水波
振幅a=a0e-2πz/λ a0：表面水质点的圆半径（振幅）， z：水质点所处的深度
H=H0 e-2πz/λ
深度递增，波高指数规律递减
表面波
2、浅水波
C：波速，g：重力加速度，λ：波长，h：水深
波长、波速与水深有关
tanh2h ：双曲线正切
定义为：
ex -e-x tanhxex e-x
x很大时，tanhx = 1 x很小时， tanhx = x
1、深水波
C= g 2
C仅1)已知T C=1.56 T λ=1.56T2
正弦曲线→波峰尖，波谷圆的形状
5、按作用力的影响情况
1).自由波(free wave) 外力作用消失，波动继续存在并自由振动
2).强制波(forced wave) 扰动力连续作用产生的波动
第二节、波浪运动的基本特性
小振幅波理论
振幅相对于波长为无限小
有限振幅波理论 振幅是有限的
一、水质点运动与波形传播 波形的传播：
深度增加，波高线性递减，至海底为0， 水质点的水平运动上下一致。
与天文大潮结合，水位暴涨
5).内波（interal wave） 流体中密度垂直分布层化时，由外力扰动
产生的波动 。
海洋内波的特点
相同能量产生的内波振幅大于海面波振幅
海面的海水上升需要克服重力 海洋内部海水上升，重力和浮力几乎抵消
海洋内波的利弊
内波引起的混合，尤其是穿过跃层的混合有 利于物质和能量的输送，对海洋环境和生态 保护发挥重要作用。
2)已知λ
C1.25 T0.8
3)已知C T=0.64C λ=0.64C2
2、浅水波
C= gh
C仅决定于h
三、波动随深度而变化 1、深水波
振幅a=a0e-2πz/λ a0：表面水质点的圆半径（振幅）， z：水质点所处的深度
H=H0 e-2πz/λ
深度递增，波高指数规律递减
表面波
2、浅水波
C：波速，g：重力加速度，λ：波长，h：水深
波长、波速与水深有关
tanh2h ：双曲线正切
定义为：
ex -e-x tanhxex e-x
x很大时，tanhx = 1 x很小时， tanhx = x
1、深水波
C= g 2
C仅1)已知T C=1.56 T λ=1.56T2
正弦曲线→波峰尖，波谷圆的形状
5、按作用力的影响情况
1).自由波(free wave) 外力作用消失，波动继续存在并自由振动
2).强制波(forced wave) 扰动力连续作用产生的波动
第二节、波浪运动的基本特性
小振幅波理论
振幅相对于波长为无限小
有限振幅波理论 振幅是有限的
一、水质点运动与波形传播 波形的传播：
深度增加，波高线性递减，至海底为0， 水质点的水平运动上下一致。
厦门大学课程之海洋生态学PPT课件
图4.7 引入竞争机制的种群增长过程
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• 直线方程：
dN dt
·N1
＝－Kr
·N＋r
• 整ddN理t ＝得r：N（1－NK ）
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（三）具时滞的种群增长模型
dN dt
＝ rN〔K－NK（t － T） 〕
3.0
2.0
2.5
种群大小
2.0
1.5
1.4
1.0
1.0
K
0.5
r–选择
K–选择
（机会种，opportunistic species） （平衡种，equilibrium species）
候
多变，难以预测，不确定
稳定，可预测，较确定
成体大小
小
大
生长率
快
慢
性成熟时间
早
迟
繁殖周期
多
少
幼体数量
多
少
扩散能力
高
低
种群大小 竞争能力
可变，常＜K 值 低
相对稳定，接近 K 值 高
死亡率
高，非密度制约
低，密度制约
生命周期
短（＜1a）
长（＞1a）
水层/底栖的比率
高
低
第27页/共49页
（二）生活史模式的多样化
• 两种极端对策之间是一个连续谱。 • 大部分海洋真骨鱼类是偏向于r–选择，很多软骨鱼类
（鲨、鳐）趋向于采取K–选择。 • 浮游植物通常属于r–选择的类别，但如果深入分析，
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（二）生命表和存活曲线
1、动态生命表 （dynamic life table）或称股群生命 表（cohort life table）
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• 直线方程：
dN dt
·N1
＝－Kr
·N＋r
• 整ddN理t ＝得r：N（1－NK ）
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（三）具时滞的种群增长模型
dN dt
＝ rN〔K－NK（t － T） 〕
3.0
2.0
2.5
种群大小
2.0
1.5
1.4
1.0
1.0
K
0.5
r–选择
K–选择
（机会种，opportunistic species） （平衡种，equilibrium species）
候
多变，难以预测，不确定
稳定，可预测，较确定
成体大小
小
大
生长率
快
慢
性成熟时间
早
迟
繁殖周期
多
少
幼体数量
多
少
扩散能力
高
低
种群大小 竞争能力
可变，常＜K 值 低
相对稳定，接近 K 值 高
死亡率
高，非密度制约
低，密度制约
生命周期
短（＜1a）
长（＞1a）
水层/底栖的比率
高
低
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（二）生活史模式的多样化
• 两种极端对策之间是一个连续谱。 • 大部分海洋真骨鱼类是偏向于r–选择，很多软骨鱼类
（鲨、鳐）趋向于采取K–选择。 • 浮游植物通常属于r–选择的类别，但如果深入分析，
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（二）生命表和存活曲线
1、动态生命表 （dynamic life table）或称股群生命 表（cohort life table）
海洋科学导论精选 课件
14
漫长的西非海岸向南方延 伸下去，一眼望不到头， 使习惯于内海航行的水手 们极不适应。亨利王子每 年都派出船队，要他们沿 着海岸尽力向南探索，然 而一开始却少有成果。他 们遇到的头一个障碍是被 称作诺恩角 （Cape Noun）的地方， 海风卷来内陆的沙尘，把 海水染成红色，使水手们 感到莫名的恐惧，视之为 畏途。事实上它并不是什 么不可逾越的险阻，更多 的是一种心理上的“障 碍”，但却一度成为了葡 萄牙航海的南界。腊时代所认知的世界，公元前450年Herodotus所绘之地图。
5
§1.2 海洋科学的发展史 公元前140年古希腊的Ptolemy所绘之地图
6
Vikings discovered Greenland and America
7
地球探险时代 (15-16世纪)：
另一个巨大的险阻， 即著名的博哈多尔 角 （Cape Bojador）， 一个令水手们闻之 变色、让船长们束 手无策、使亨利王 子真实的信件（写 于1433年10月22日） 说，为了越过这个 海角，从1421年起 连续进行了14次探 险远征，却一直没 有取得成功。
1434年，埃内斯改变了以往紧紧靠着 海岸航行的方法——他的船直接南下 航行到远离博哈多尔角西边的海面上。 那里风平浪静的景象和海角附近的惊 涛骇浪形成了鲜明的对比，于是这个 曾阻挡了葡萄牙航海家前进的步伐多 年的海角就此轻而易举地被绕过去了。 埃内斯把船靠岸，发现天上的太阳并 没有什么异象，陆地上依然贫瘠荒凉， 稀疏的长着一些植物，极目望去，毫 无人踪。埃内斯采摘了一些玫瑰花， 葡萄牙人称之为“圣玛丽玫瑰”，以 此作为到过此地的证物。
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22
The Voyages of Captain James Cook 1768 - 1780
漫长的西非海岸向南方延 伸下去，一眼望不到头， 使习惯于内海航行的水手 们极不适应。亨利王子每 年都派出船队，要他们沿 着海岸尽力向南探索，然 而一开始却少有成果。他 们遇到的头一个障碍是被 称作诺恩角 （Cape Noun）的地方， 海风卷来内陆的沙尘，把 海水染成红色，使水手们 感到莫名的恐惧，视之为 畏途。事实上它并不是什 么不可逾越的险阻，更多 的是一种心理上的“障 碍”，但却一度成为了葡 萄牙航海的南界。腊时代所认知的世界，公元前450年Herodotus所绘之地图。
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§1.2 海洋科学的发展史 公元前140年古希腊的Ptolemy所绘之地图
6
Vikings discovered Greenland and America
7
地球探险时代 (15-16世纪)：
另一个巨大的险阻， 即著名的博哈多尔 角 （Cape Bojador）， 一个令水手们闻之 变色、让船长们束 手无策、使亨利王 子真实的信件（写 于1433年10月22日） 说，为了越过这个 海角，从1421年起 连续进行了14次探 险远征，却一直没 有取得成功。
1434年，埃内斯改变了以往紧紧靠着 海岸航行的方法——他的船直接南下 航行到远离博哈多尔角西边的海面上。 那里风平浪静的景象和海角附近的惊 涛骇浪形成了鲜明的对比，于是这个 曾阻挡了葡萄牙航海家前进的步伐多 年的海角就此轻而易举地被绕过去了。 埃内斯把船靠岸，发现天上的太阳并 没有什么异象，陆地上依然贫瘠荒凉， 稀疏的长着一些植物，极目望去，毫 无人踪。埃内斯采摘了一些玫瑰花， 葡萄牙人称之为“圣玛丽玫瑰”，以 此作为到过此地的证物。
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The Voyages of Captain James Cook 1768 - 1780
海洋科普知识PPT讲稿
水母银水母银水母术名帽状银蕊水母，名字优雅，晶莹剔透，却是一种身含猛烈神经毒素的恐怖生物，变异后的银水母的毒液比眼镜王蛇还要毒三百多倍，从牙齿与触须的细剌注入毒素，要杀死一个成年人只消几秒时刻。
帆水母因浮囊体上方竖立一三角形帆板而得名，其特点是长有充气帆状浮囊，下方有具刺细胞的触手、生殖体和营养体（摄食和消化器官）。
霞水母有的伞状体上闪耀着彩霞的光芒,叫做最大的霞水母是散布在大西洋里的北极霞水母，它的伞盖直径可达米，伞盖下缘有8组触手，每组150根左右。
每根触手伸长达40多米，而且能在一秒钟内收缩到只有原先长度的十分之一。
触手上有刺细胞，能翻出刺丝放射毒素。
当所有的触手伸展开时，就像布下了一个致命的天罗地网，网罩面积可达500平方米。
任何凶猛的动物一旦投入罗网，必将束手就擒。
霞水母的罗网纵然厉害，但对小小的牧鱼却奈何不得。
牧鱼体长不超过7厘米，能在霞水母的触手下穿梭自如，把它当做了极好的避难所。
牧鱼常常把一些不大的食肉鱼类引诱到主人布下的天罗地网中，自己那么巧妙地避过毒丝，钻入巨伞下，逃脱解决。
与此同时，霞水母伺机收网打鱼，美餐一顿，而牧鱼也因诱敌有功而取得主人的赏赐，吃一些琐碎食物。
霞水母和牧鱼一起生活，互惠互利，水母爱惜了牧鱼的生命平安，而牧鱼那么帮它诱敌，并为它清除身上的微生物。
海月水母海月水母属于腔肠动物门，钵水母缸，旗口水母目。
它通体为透明，体内98%是水分，躯体要紧由伞体和口腕组成。
伞体的中间有四个马蹄形的胃囊，伞体内布满网状的辐管，伞体边缘长有一圈细长的小触手。
伞体下方生有四个飘带状的口腕，在水中飘扬如旗子一样。
海月水母运动时，伞体边缘收缩，将伞内的水喷向后方，借助水的反作使劲向前运动。
形成了一张一弛的独特运动方式，犹如在水中翩翩起舞，超级漂亮。
箱型水母箱形水母是一种淡蓝色的透明海洋生物，形状像个箱子，有四个明显的侧面，外表十分好看。
澳大利亚箱形水母是一种淡蓝色的透明水母，形状像个箱子，有4个明显的侧面，每一个面都有20厘米长。
厦门大学精品课程之海洋生态学
图 6.15 沿岸上升流示意图(引自 Nybakken 1982)
（二）陆架坡折锋面带
• 黑潮与湾流都来源于赤道附近的高温高盐水，在横跨西 边界大陆架坡折处等深线的剖面上与低温低盐的沿岸水 相遇，产生一个狭窄的温度或盐度的剧变带，即黑潮或 湾流的陆架坡折锋面。
（三）低盐锋面和潮汐混合锋面
• 低盐水和高盐 海水之间的急 剧过渡带，季 节变化明显。
物等适应于低营养盐条件生活的种类为主。
营养盐 80˚
70˚
极地生产力
纬度 光照强度 ←—————————————— 营养盐浓度 ——————————————→
60˚
50˚ 温带生产力
40˚ 光照
30˚
20˚ 冬季
热带生产力
春季
夏季
秋季
冬季
图 6.13 热带、温带海区初级生产力季节变化与光、营养盐关系示意图 (引自 Lalli & Parsons 1997)
一、光
• 藻类光合作用与辐照度的抛物线关系 • Pg=Pmax[I]/（Ik+[I])
光合作用(P) /[mg C/ (ml ·h)]
Pmax
光抑制
Pn
∆P
Pg
∆I
＋ 0 －
IC
呼吸
补偿点
IK
光强(I)/[Cal/(cm2 ·min)]
图 6.3 光合作用对光强变化的反应(引自 Parsons et al. 1984)
• 过剩摄食（superfluous feeding）
自养浮游植物 (P)
摄食
食植浮游动物 (Z)
摄取
死亡
摄食中植 物损失
营养盐 (N)
图 6.10 浮游植物—浮游动物—营养盐相互关系模型示意图(引自陈长胜 2003)
（二）陆架坡折锋面带
• 黑潮与湾流都来源于赤道附近的高温高盐水，在横跨西 边界大陆架坡折处等深线的剖面上与低温低盐的沿岸水 相遇，产生一个狭窄的温度或盐度的剧变带，即黑潮或 湾流的陆架坡折锋面。
（三）低盐锋面和潮汐混合锋面
• 低盐水和高盐 海水之间的急 剧过渡带，季 节变化明显。
物等适应于低营养盐条件生活的种类为主。
营养盐 80˚
70˚
极地生产力
纬度 光照强度 ←—————————————— 营养盐浓度 ——————————————→
60˚
50˚ 温带生产力
40˚ 光照
30˚
20˚ 冬季
热带生产力
春季
夏季
秋季
冬季
图 6.13 热带、温带海区初级生产力季节变化与光、营养盐关系示意图 (引自 Lalli & Parsons 1997)
一、光
• 藻类光合作用与辐照度的抛物线关系 • Pg=Pmax[I]/（Ik+[I])
光合作用(P) /[mg C/ (ml ·h)]
Pmax
光抑制
Pn
∆P
Pg
∆I
＋ 0 －
IC
呼吸
补偿点
IK
光强(I)/[Cal/(cm2 ·min)]
图 6.3 光合作用对光强变化的反应(引自 Parsons et al. 1984)
• 过剩摄食（superfluous feeding）
自养浮游植物 (P)
摄食
食植浮游动物 (Z)
摄取
死亡
摄食中植 物损失
营养盐 (N)
图 6.10 浮游植物—浮游动物—营养盐相互关系模型示意图(引自陈长胜 2003)
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2. 高潮间隙：月中天时至下一个高潮发生时刻的时间间隔
如月中天时发生在低潮前15分，则高潮间隙=
0015+0612=0627
厦门高潮间隙0002，福州0030，青岛0500，威海1050，大 连1055，烟台1025，汕头0150 3. 例：求厦门港初七的高、低潮时 高潮时 I=(7-1)*0.8+0002=4.8+0002=0448+0002=0450 II=0450+1224=1714 低潮时 I=0450+0612=1102 II=1714+0612=2326
太阴平衡潮最大潮差为 [36+CM-(-18+CM)]=54cm 同理，太阳平衡潮最大潮差为24cm 可见，平衡潮的最大可能潮差为78cm
(三) 潮汐的变化周期（不等现象）
1.日不等
月最大时，日不等现象最显著，半日周期部分最小，全日周期部分最 大 回归潮 月=0，全日周期为0，半日周期部分最大 分点潮
Equilibrium Tide Theory
Roughly Explains: • diurnal, semidiurnal and mixed semidiurnal tides • spring/neap tide series
Dynamic Tidal Analysis
The mathematical study of the actual tides as they really occur on Earth is called dynamic tidal analysis. Modified by the landmasses, the geometry of the ocean basins, and the earth’s rotation
b) 朔望大潮和方照小潮
2）定量 平衡潮高公式？
(二) 平衡潮潮高公式 1. 将海面相对原静止水面的升 高记为hm,若考虑引潮力后的海 面为一等势面，则
等重力势面C hm
C gh m C 1
C1—常数，可根据考虑F前后海面所围成的体积相等 这一条件确定 C — 不考虑F下与海面重叠的那个等重力势面的位势
(五) 对潮汐静力理论的评价 1.正确性 1) 建立在客观存在的引潮力上 2) 潮汐的周期与实际相符合 3) 最大可能潮差与实际大洋的潮差大致相同 2. 缺点
1) 太理想化 2) 海水没有惯性，与实际不符 3) 没有考虑海水的运动，无法解释潮流运动 4) 忽略了科氏力，无法解释宽海湾的一些海洋现象，如无潮点 5) 近岸潮差与理论结果相差很大 hM=K0h0+K1h1+K2h2 (K0、K1、K2由实测决定) ——半经验公式 6) 实际上，赤道附近地区也出现日潮 7) 多数地方大潮出现在朔望日之后，迟后的天数称为潮龄
4. 说明
1) 时间的表示法，前两位数表示时，后两位表示分钟 2) 时间的加、减法：a)60进制；b)农历下半月应减去16，不是1 3) 适用正规半日潮港，对于正规日潮和混合潮区，误差较大 4) 由于太阴日长于平太阳日，因此一天中可能会只出现一次高潮 或一次低潮的情况 5) 高潮间隙是个平均值，实际上各港湾（或海区）的高潮间隙每 天都不同，所以利用此式计算的高低潮时与实际可能有一个小 时左右的时差 6) 由该式算出的高、低潮时是指地方时 7) 计算步骤： a)求中天时刻；b)求高潮间隙；c)求出一个高潮时；d)求出 其它高低潮时；e)舍去不合题意的高低潮时
3
/2
(三) 窄长半封闭海湾中的潮汐和潮流 1. 定性解释
(1) 设有一个前进潮波(入射波)由外海传入窄 长半封闭海湾，由于湾顶岸壁的全反射产生 一个反射波，这两个波叠加而成的驻波构成 了窄长半封闭海湾的潮波 (2) 海湾各时刻潮流可看作是入射波潮流和反 射波潮流叠加而形成的； (3) 海湾中潮波波面也是入射波面和相应的 反射波面的叠加
3 2
月球引潮力 水平
3 gM 2 E
r D
) sin 2
3
垂直 太阳引潮力 水平
FV
'
gS E
(
r D (
) ( 3 cos 1 ) '
3 2 '
FH
'
3 gS 2 E
r D
) sin 2 '
3
'
①F与有关
FV: FH：
=0,180°FV最大，背离地心
=90,FV最小，指向地心 =0,90,180° FH为0
=45,135° FH最大 ②地球中心FH=FV=0
③海洋潮汐现象主要由月球产生，其次是太阳
B.潮汐静力理论 基本思想：
海面为球面 假设前提
(光滑圆球、全 水、无惯性、无 粘性、fc, F不考 虑)
潮汐椭球 引潮力、重力作用 （长轴指向月球）
地球自转
潮汐
1）定性解释 a) 不同纬度的潮汐类型 (1)=0(赤道) 始终是正规半日潮 (2)月=0，各 正规半日潮 (3)当月0时，高纬(||>90°||)出现正规日潮 (4)当月0时，其他纬度出现日不等现象：→0，半日潮 成分越大； →±90°，日潮成分越显著
B C
(3) BC断面 波峰线 高潮 (4) BC断面 波谷线 低潮
潮流速度最大 f c 方向向南 潮流速度最大 方向向北
B>C
fc
B<C
高潮 (5) B岸 水位高 C岸 水位低
低潮 潮差 水位低 大 水位高 小
平均海 B 平面
C
(6) 波峰前(后)节点传到BC断面，半潮面， 潮流为0
(7) 沿潮波方向看，北半球的长海峡中，右岸的潮差大于左岸的 潮差
B C
台湾海峡位于福建省和台湾省之间， 是连接东海和南海的通道。它的北界从台 湾省的富贵角到福建省的平潭岛，相距 172km，南界从台湾省的猫鼻头到福建省 的东山岛，宽约370km，南北长约333km， 面积约7.7万平方公里，平均水深为60m， 在海峡西侧的福建沿岸一般不超过50m， 海峡北部和中部的水深约为40~80m，而 海峡东南部水深较大，最大水深约1400m。 台湾海峡的海底属东海大陆架区，地形颇 为复杂，海底冲刷十分剧烈，从而形成不 规则的水下洼地、隆起和沟槽等侵蚀海底 形态。台湾浅滩位于台湾海峡南部东山岛 与澎湖列岛之间，由若干个东西向的、连 续排列的水下沙堤组成，东西长约213km, 南北宽约93km，呈椭圆形近东西向分布， 是台湾海峡水深较小的地方，平均水深在 20m左右，最浅处仅 8.2m。 闽南-台湾浅滩渔场位于台湾海峡这一 著名的海上走廊的南口，是我国东南海域 重要的大陆架渔场。该海区属于亚热带型 季风气候区，海底地形复杂，加上多种水 系在该处交汇，形成其独特复杂的海洋环 境，在我国东南沿海工业、农业、交通运 输业的发展中占有极为重要的经济地位。
8. 某年学生到某一正规半日潮海湾实习，初到之日(农历四月初 五)观测得知该海湾18时26分为高潮时，请计算出第二天和农历 二十日该海湾的高、低潮时，
(5-1) 0.8+x=1826 x=1514 高潮间隙：1514-1224=0250 初六： (6-1) 0.8+0250=0650 高潮时：0650、1914 0650-0612=0038 低潮时：0038、1302 0650+0612=1302 0650+1224=1914 二十： (20-16) 0.8+0250=0602 0602+1224=1826 高潮时：0602、1826 0602+0612=1214 低潮时：1214 0602-0612=
书P232
6.用八分算潮法列出农历二十二日厦门和大连的高、低潮时 厦门的高潮间隙0002 大连1055 高潮时=[农历日期-1(或16)]0.8+高潮间隙 厦门： (22-16) 0.8+0002=0450 0450+0612=1102 高潮时：0450、1714 0450+1224=1714 低潮时：1102、2326 1714+0612=2326
Байду номын сангаас2. 半月不等
考虑太阳平衡潮，当T、T’相差0或180 ° (朔、望）潮差最大， 形成朔望大潮 当|T-T’|=90、270 °（上、下弦），潮差最小，形成两弦小潮
3. 月不等
hM 1/D3，当月近地点时，潮差最大；远地点时，潮差较小， 出现潮汐的月周期变化
4. 年不等
对太阳潮，地球近日点也有一年的变化周期
五、潮汐动力理论
(一)基本思想 1. 内容 (1) 只有水平引潮力才是重要的，Fv不重要 （Fv=1.15×10-7g） (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）的影响 2. 潮波可被看成是一种长波，满足 c
gh
(二) 长海峡中的潮波和潮流 1. 定性结果(北半球) (1) 设一个潮波从北边传入长海峡，显然这个潮 波是沿海峡轴线方向传播的前进波 (2) 根据前进波的性质，波峰处水质点与潮波传 播方向相同，波谷处相反
5. 18.61年不等
月赤纬有18.61年的变化周期
(四)八分算潮法——潮时的计算
1. 计算式 高潮时=月中天时+高潮间隙 =[农历日期-1(或16)]0.8+高潮间隙
农历初一零时月下中天，十六零时月上中天，其后月 中天时刻每天推迟50或48分
月中天时= [农历日期-1(或16)]0.8 (上半月减1，下半月减16)
为了解释台湾海峡北部 潮汐、潮流的特点，首先应 弄清台湾海峡北部的潮波系 统。由于我国海区的面积与 大洋相比小很多，海区本身 受月球和太阳引潮力作用而 产生的潮汐是很小的，所以， 我国海区潮汐的形成主要是 由太平洋的潮波传入而引起 的，当西太平洋的潮波由琉 球群岛进入东海时，有一个 分支在台湾海峡北部朝西南 方向沿着台湾海峡(东北-西 南走向)传播，这样就在台 湾海峡北部形成一个潮波系 统。