11-2-第五章-海流-第五节-大洋环流及中国近海海流介绍
第五章 海洋环流
三、海流的分类：
总体上，海流一般为三种： 由海水密度不同而产生的海水运动为梯度流。 在海风作用下，由风的"拉力"作用而使海水产生 运动为风海流； 由于长波运动产生的海流，包括潮汐、内波、 假潮、海啸Surface and Deep Oceans
二、海流的认识与研究
对洋流的认识始于19世纪末叶： 最初采用漂流瓶。 1885年，摩洛哥的阿尔贝特
亲王投放2000个漂流瓶至大西洋，绘制了大西洋表层 洋流图。
目前研究洋流使用海流计和人造卫星。但漂流瓶仍在 使用中。
美国的伍兹霍尔海洋研究所每年向海洋投放数以万 计的漂流瓶，每年能回收10%。
中国玩具“鸭子舰队”漂流15年抵英国
陆地上排放到海洋中的污染物质，可以被洋流扩散到别的 海域，虽使污染范围扩大，但也能加快污染物净化的速度。
洋流对地理环境的影响
摩尔曼斯克港
符拉迪沃斯托克港
俄罗斯境内有两个世界著名的港口：一是北冰洋流
沿岸的摩尔曼斯克港，位于北极圈以内（约68°N）却 终年不冻；而在其太平洋沿岸的符拉迪沃斯托克港，位
1995年早些时候--1.9万只玩具完成了1万多公里的太平洋副 热带环流抵达印度尼西亚、澳大利亚、南美洲和夏威夷 等地海域。科学家分析，这些玩具的漂流速度比洋流中 水流速度快了近50%。
1995年至2000年年间--部分玩具脱离洋极环流，开始向北 漂流，而其他的部分继续飘向极地。
2000年--部分玩具进入北大西洋海域，开始向南漂流。之后， 少部分抵达美国东北部海岸。
第五章 海洋环流 ocean circulation
What is Physical Oceanography?
Phenomena – Ocean current systems (occurrence, direction, velocity, transport volume, temporal variations).
第五章-海洋环流
2021/3/10
讲解：XX
11
❖ 此方程称为流体静力学方程。
二、受力分析
❖ 正压场：在静态的海洋中，当海水密度为常数或者 只是深度的函数时，海洋中压力的变化也只是深度 的函数，此时海洋中的等压面必然是水平的，即与 等势面平行。这种压力场称为正压场。
❖ 压强梯度力：根据牛顿运动定律，当海水静止时， 水质点所受到的合力必然为零。但海水却总是处在 重力的作用之下，且指向下方。由此可以推断，一 定还存在一个与重力方向相反的，与重力量值相等 的力与其平衡。由式(5-6)知，该力为
❖ 只要给出这些力，应用式（5-2）便可了解海水的运
动状况。 2021/3/10
讲解：XX
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二、受力分析
❖ 作用在海水上的力有多种，归结起来可分为两大类： ❖ 引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，
引潮力。 ❖ 海水运动后派生的力：地转偏向力（Coriolis
Force,亦称为科氏力），摩擦力。
2021/3/10
讲解：XX
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二、受力分析
❖ 斜压场中压强梯度力一般表达式：
❖ 写成分量形式，即压强梯度力在x，y，z三个方向上 的分量分别为
❖ 内压场，外压场，总压场。
2021/3/10
讲解：XX
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二、受力分析
❖ 由式(5—6)知，两等压面之间的铅直距离为
❖ 与海水密度成反比。当海水密度在水平方向上存在 明显差异时，必然导致两等压面之间的距离不等， 使其相对于等势面而发生倾斜。这种由海洋中密度 差异所形成的斜压状态，称为内压场。
第五章 海洋环流
2021/3/10
讲解：XX
1
§5.1 海流的成因及表示方法
❖ 一、定义及分类
海洋科学导论 第五章：海洋环流(新)
温盐环流 （大洋深层环流）
“深海环流”，是一个依靠海水的温度和含盐密度驱动的全球 洋流循环系统。这个系统的运作现况是，以风力驱动的海面水 流（如墨西哥湾暖流等）将赤道的暖流带往北大西洋，暖流在 高纬度处被冷却后下沉到海底，而这部分原本温暖的赤道海水 也变成了又冷又咸的北大西洋深层海水，这些高密度的水接着 流入洋盆南下前往其他的暖洋位加热循环沿南大西洋、南极洲 流进印度洋，最终又回到赤道，完成所谓的“环流”。，一次 温盐循环耗时大约1600年，在这个过程中洋流运输的不单是能 量（温度 / 热能），当中还包括地球固态及气体资源等，不过 温盐环流最受人类关注的是其全球恒温的功能。温盐环流推测 主要是由于北大西洋及南冰洋之间的盐分及温差对流而触发的 。
船长下令：“收网！” 船员们拼命地往上拉渔网。可是，越拉，大家越害怕：从来都
是撒开的渔网，今天却被卷成长长的一缕，仿佛有一只巨手扯着渔 网，要把渔船拖向可怕的深渊。
“弃网！”船长胆怯地下令。 船员们操起斧头，三、两下就把渔网砍断了。然而，这一切都
无济于事，渔船仿佛被粘性无穷的胶水粘住了，一点也动弹不了 。
第五章：海洋环流
§ 5.1 大洋环流概述
5.1.2 海水所受的作用力 引起海水的运动的力：重力、压强梯度力、风应力、引潮力等；
海水运动派生的力：科氏力（地转偏向力）、摩擦力等。 1、重力、重力位势 重力：
G = （ 9.80616–0.025928cos2φ+0.00069cos22φ–0.000003086z）m / s2
北极航运的现状
1951年，美国年轻的海洋学者克伦威尔和他的同事，在太平洋的赤道海域进行鲔鱼生 活习性及环境条件的考察研究。考察的方式并不复杂，就是把玻璃浮子串在一起，布 放在16～20千米长的海面上，每个玻璃浮子下面，挂上铅锤和若干鱼钩。白天放下 去，晚上收回来。按照一般的常识，既然海流是向西流动的，布下的钓鱼工具自然应 当向西漂才对。然而令人不解的事情发生了，克伦威尔布放的沉到海面下的钓具一反 常规，竟一个个向海流的反方向漂着。细心的克伦威尔以为自己没有放好钓具，收起 来后，又重新布放，结果还是一样的。漂浮在海面的小船受海流影响，向西漂着，而 沉入海中的钓具却向东漂去。这是怎么回事呢？经过大量的资料对比，他断定，在赤 道海域的表层海流之下，存在着一支像湾流那样巨大而稳定的逆向海流。这就是赤 道潜流。经过各国海洋学家的艰苦努力，最终查明，赤道潜流在三大洋中都存在。它 的表现形式是，沿赤道方向由西向东流动，横越三大洋。其范围是北纬2°到南纬2° 之间的海域内，形成一支与赤道对称的狭窄海流。它的垂直厚度在200～300米，全年 流速稳定。 课下：/v_19rrofcrv0.html
第五讲海洋环流
,.第五讲大海环流一、概括1.1 海流 :大规模相对稳固的海水的流动。
（洋流）1.2 大海环流：大洋环流，海区的环流1.3 海流的成因1.3.1 外面的原因：风生海流1.3.2 内部的原因①内部压力场：海水密度散布不均匀；增减水②海水连续性：赔偿流1.4 海流的分类和命名⒈4.1 依受力及成因分：风海流、倾斜流；热盐环流1.4.2 依温度特色分：暖流、寒流依地区特色分：陆架流、赤道流、西界限流1.4.4 依所在层次分：表层流、潜流、中层流、深层流1.4.5 注意：流向指流去的方向，与风有差异研究意义 :国防、航运、渔业、天气1.5 欧拉方法和拉格朗日方法：1.5.1 拉格朗日方法：追踪水质点，研究其时间变化。
可用漂流瓶、中性浮子、浮标、示踪剂等追踪流迹。
1.5.2 欧拉方法：描绘或丈量空间点处流的状况。
依各点处流速的大小方向，描绘流场。
二、描绘海流运动的相关方程简介2.1 运动方程2.1.1 单位质量海水的运动方程：ma=F2.1.2 重力和重力位势①重力 :单位质量物体所受的重力，与重力加快胸怀值相等。
g 与地理纬度φ，水深z 相关。
在海面 z=0 ，赤道与极地 ,在φ=45 °处，海面与深万米处，一般取，视为常量。
②重力位势：⑴ 海平面：静态大海，海面到处与重力垂直。
⑵ 水平面：到处与重力垂直的面。
能够有多个。
⑶ 重力位势：从一个水平面逆重力方向挪动单位质量物到某一高度所做的功，即⑷ 等势面：位势相等的面。
静态海面（海平面）也是一个等势面；不一样深度的水平面，各是一个等势面。
⑸ 位势差的量度——位势米、位势高度、位势深度A.位势米（ gpm ）：不一样样势面之间的位势差dΦ∣Φ1－Φ2∣/(gpm)=∣z1－z2∣/(m),位势差可用深度差表示。
B.位势高度：由低等势面向上计算的位势差。
C.位势深度：由上等势面向下计算的位势差。
D.注意：严格说：因 g =9.8 ，故∣Φ1－Φ2∣≠∣z1－ z2∣；但适用时，φ为同处，z1 与 z2 差异不会超万米，故近似相等。
中国近海区域海洋学：第五章 中国近海的水团和环流
1.2 沿岸水系
黄海
辽南-西朝鲜湾沿岸水：鸭绿江、大洋河、大同 江，冬季偏东岸，夏季偏西岸 江华湾沿岸水：汉江，冬季可南下，夏季堆积 在江华湾 苏北沿岸水：灌溉总渠，冬季贴岸南下，夏季 指向东北，南部被长江冲淡水顶托。水深浅潮 流强，深厚体系
1.2 沿岸水系
东海
长江冲淡水：长江、钱塘江，夏季转向 沪浙闽沿岸水：瓯江、闽江，冬季与长江冲淡 水混合 广东沿岸水：珠江，夏季被上升流截成两部分
水团的扩展可以反映流系 水团还可以指示生物分布，对渔业有指导意义
1.1 概论
中国海主要水团 沿岸水系：径流与海水混合，低盐为主要特征，地理 位置命名
混合水系：二者混合变性产生
外海水系：黑潮水，东海黑潮，菲律宾海入侵，琉球 岛链入侵
T-S点聚图
1.1 概论
夏季代表性水团的TS图
渤黄东海TS图特征
2.3 外海流系
Sverdrup把从台湾南端开始到日本太平洋沿岸 35°N附近的这一段流动称为黑潮，从35°N向东 到160°E附近的流动称为黑潮续流；160°E以东 为北太平洋流。三者合称黑潮流系
2.3 外海流系
黑潮流轴
苏澳-与那国岛之间水道进 入东海
100-1000m等深线大陆坡 NE向
厚度800-1000m
2.1 环流
南海环流
2.1 环流
Dale(1956) 船舶漂流
南海环流
2.1 环流
Wyrtki(1961)
南海中尺度涡
2.1 环流
23.0等密面上的深度分布 1994.08-09，反气旋，150km
南海中尺度涡
2.1 环流
南海环流
风生环流，冬夏季反向 西向强化 中尺度涡
2.1 环流
海洋科学导论第五章
湾流
西边界流 湾流系统： 佛罗里达海流 湾流 北大西洋海流
右侧：温暖低密 左侧：低温高密
年变化 夏强冬弱
非周期性变化 ——弯曲现象
弯曲与主流断离----独立涡旋 左侧暖涡，右侧冷涡
（二）、太平洋的表面环流
亚北极海流 寒流 阿拉斯加海流 暖流
亲潮 寒流
北太平洋流 暖流
黑潮 暖流 北赤道流 暖流
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
fc=2ωvsinф
3、北半球强大的 西边界流；
4、主涡旋北部有小的 气旋式环流；
5、西风漂流绕南极大 陆流动；
6、南极大陆附近东 风漂流。
三、各大洋的表层环流 (一)大西洋
东格陵兰海流 寒流 拉布拉多海流
寒流
北大西洋流 暖流
湾流
暖流
加那利海流 寒流
北赤道流 暖流
南赤道流
暖流
巴西海流
暖流
本格拉海流 寒流 西风漂流 寒流
∴ gtgβ=2ωvsinф
地转流的速率 v g tg 2sin
y x
-z
北半球 顺流而立，右方高
南半球相反
四、地形对海流的影响 隆起地形： 北半球 上坡，向右偏转（顺时针） 下坡，向左偏转（逆时针）
南半球方向相反
第三节、风海流 一、风海流的受力分析
1、风的切应力 2、地转偏向力 3、下层海水阻力
海洋环流
第五章海洋环流概述（Summary）一、定义及分类（Definition&Type）1.海流(Oceancurrent)：海水大规模相对稳定的流动。
2.分类(Type)：按成因分：密度流(densitycurrent)，风海流(windcurrent)，补偿流(compensationcurrent)；按受力分：地转流(geostrophicflow)、惯性流；按发生区域：赤道流(equatorialcurrent)，陆架流，东西边界流(eastern/westernboundarycurrent)等；按运动方向：上升流(upwelling)，下降流(downwelling)；按海流温度与周围海水温度差异分：寒流，暖流等二、研究意义（Significance）国防，航运，渔业，气候三、影响和产生海流的力（Causesofcurrent）引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，引潮力海水运动后派生的力：科氏力(Coriolisforce)，摩擦力(frictionforce)1、重力：地心引力与地球自转产生的惯性离心力的合力。
习惯上将单位质量物体所受重力称为重力加速度，以g表示。
与纬度和海水深度有关:海面上赤道到极地差为0.052m/平方米,在中纬度，海面与10km深处的差为0.031m/平方米。
因此，在海洋研究中，一般视其为常数9.8m/平方米重力势(potentialofgravity)：从一水平面逆重力方向移动物体到另一高度所做功。
等势面：位势相等的面叫等势面。
处处与重力垂直的面称水平面。
海平面(sealevel)：海洋表面的平均位置。
2、压强梯度力：等压面：压强相等的面。
压强梯度力：水体所受静压力的合力：f=f1-f2=P·A-(P+△P)·AP·A单位质量水体所受的静压力的合力：与等压面垂直，指向压力减小的方向。
即与压强梯度方向相反。
流体静力学方程：正压场：等压面与等势面平行斜压场：等压面相对等势面发生倾斜时。
第五讲-海洋环流基础知识
海洋环流基础知识
1
第一节 基本运动方程
运动方程： 牛顿第二运动定律 动量方程 质量守恒方程：
f = ma
dρ + ρ u = 0 dt
2
1. 非旋转坐标系下的运动方程
dρ + ρ u = 0 dt
du ρ = p + ρφ + F dt
压力项 有势力项（重力） 其他力项（摩擦力） u v w + + =0 如果密度不变 u = 0 x y z 3
涡度的变化内部作用斜压作用外力作用28涡度变化原因1内部作用流体柱的垂直流速剪切导致涡度变化流体柱的辐合辐散导致涡度变化29内部作用导致涡度变化愣次定律背景涡度向上垂直速度剪切导致流体柱倾斜背景涡度通量减少诱生逆时针的环流产生向上相对涡度弥补背景涡度变化背景涡度向外辐合导致流体柱面积缩小背景涡度通量减少诱生逆时针的环流产生向外相对涡度弥补背景涡度变化流体运动导致的涡度变化类似于磁场中线圈运动导致的感应磁场和感应电流变化30涡度变化原因2斜压作用等压面浮力作用背景涡度通量减少诱生向上相对涡度斜压作用导致涡度的变化类似于内部作用也适用于愣次定律31涡度变化原因3外力作用32第五节热成风关系涡度方程中如果运动达到定常状态同时外力作用可以忽略大尺度运动
du r d dr =( )r + × r + × ( ) r + × (u r + × r ) dt dt dt du r d =( ) r + 2 × u r + × ( × r ) + ×r dt dt
du i du i ( )i = ( ) r + × ui dt dt
科氏力
离心力
29
涡度变化原因2——斜压作用
11.海流
由黑潮主干及其分支 （台湾暖流、对马暖 流、黄海暖流）组成
2. 沿岸流系
我国入海的江河，把沿 岸海水冲淡，这些被 冲淡的海水沿岸冷流 （辽南沿岸流、辽东 沿岸流、渤海沿岸流、 苏北沿岸流和闽浙沿 岸流等）组成逆时针 环流。
南海的海流系统
南海海流具有 季风漂流特性
冬季为西南向
的漂流，具有 明显的左环流 特点。
其他海域的海流
红海和亚丁湾的海流：在东北季风期间，亚丁湾是西向 海流，过曼德海峡进入红海；在西南季风期间，亚丁湾是 东向海流，红海海流过曼德海峡进入亚丁湾。
地中海和黑海的海流：地中海和黑海的海流系统呈逆时 针方向流动，其中非洲沿海基本上是东流，欧亚沿海是西 流。
中国近海的海流系统
渤海、黄海和东海的 海流系统
第十一章 海流（Ocean Current）
§1.海流概述 §2.世界大洋表层海流模式 §3.主要表层海流系统 §4.中国近海的海流系统
海流（Ocean Current）
海流与海浪都是海水运动的重要形式，对船舶航行有很大的 影响。海流不仅对航海有不可忽视的影响，而且对天气和气 候也有显著的影响。
海流:是指海洋中的海水具有相对稳定速度的流动，它是海水 运动的形式之一。
海流，构成南太平洋逆时针环流系统。
Ocean Currents
The major surface currents in the world’s oceans are caused by prevailing winds. The currents may be cold, as in the instance of the West Wind Drift, or warm, as the Gulf Stream. Currents circulate in paths called gyres, moving in a clockwise direction in the northern hemisphere and a counterclockwise direction in the southern hemisphere.
海洋科学导论 第五章讲解
天体引潮力
二、海流的分类
按成因分： 1、风海流（wind-driven current）：
由风的拖曳效应,或由风引起的海面倾斜和 海水密度重新分布而形成的海流。
2、密度流(density current)： 因海水密度分布不均匀性形成的海水流动。 3、地转流(geostrophic current)： 由于气压的分布，或因径流和风等引起的增减水， 使海面发生倾斜产生的海水流动，
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。
∴ gtgβ=2ωvsinф
地转流的速率 v g tg 2sin
y x
-z
北半球 顺流而立，右方高
南半球相反
四、地形对海流的影响 隆起地形： 北半球 上坡，向右偏转（顺时针） 下坡，向左偏转（逆时针）
南半球方向相反
第三节、风海流 一、风海流的受力分析
1、风的切应力 2、地转偏向力 3、下层海水阻力
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
βfcg来自∵Fx=gtgβ
fc=2ωvsinф
第五节、大洋环流
航海气象学 11海流
印度洋
北印度洋夏季环流 顺时针（右旋） 西南季风流， 去向东北偏东 西澳海流 南赤道流 西风漂流
厄加勒斯海流
马达加斯加 海流
航海气象观测与分析
1
太平洋
北太平洋 海流
黑潮 北赤道流 赤道逆流 南赤道流 东澳海流
亲潮
阿留申 海流 阿拉斯 加海流
加利福尼 亚海流
秘鲁
西风漂流
航海气象观测与分析
1
红海和亚丁湾
拉布 拉多 海流
11.3 世界大洋主要表层海流系统 爱尔明 西格陵兰 东格陵 大西洋 格海流 海流 兰海流
挪威 海流 北大西洋海流 加那利海流 北赤道流 几内亚海流 本格拉 海流 西风 航海气象观测与分析 漂流
1
墨西 哥湾 流 圭亚 那海 流
巴西 海流
福克兰 海流
南赤 道流
北印度洋冬季 东北季风流， 环流，逆时针 去向西南 （左旋） 赤道逆流 南赤道流 索马里海流 莫桑比克海流
航海气象观测与分析 1
主轴
航海气象观测与分析
1
11.1.2 海流的分类
11.1.2a 按成因分类
1) 地转流（Geostrophic Current）
当海水等压面发生倾斜，海水受到的水平压强梯度力和水平地 转偏向力平衡时出现的稳定流动，其流动形式类似于大气运动 中的地转风。
倾斜流（Slope Current） ――由不均匀的外压场作用引起海水等压面倾斜而产生的地转流。 特点：
流速大小与等压面的倾斜程度有关，倾斜度越大，流速就越大； 流向与等压面的倾斜方向有关，在北半球，观测者若背流而立， 则右边等压面高，左边等压面低，南半球正好相反； 流向和流速不随深度改变 。
航海气象观测与分析 1
【课件】《中国自然地理》第五章中国近海第五节近海水文
潮汐
全日潮
混合潮
中国近海潮的特点
中国近海潮分布的地区差异很大，总体趋势是外海超差较小，近岸 边超差大，湾口超差向湾顶递增。
中国自然地理
第五章 中国近海
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ节 近海水文
一、海流
外来洋流系统：黑潮暖流主干及其分支
中国近海海流
近海就地形成的洋流：沿岸流、季风漂流
东中国海：黑潮
稳定强大的暖流，温度高，盐都大。
南海环流
总结 1.东中国海的海流特点
渤海、黄海、东海的海洋环流，是黑潮系统与各沿岸流共同构成的， 他们联系紧密，并随着季节变化二调整平衡。
黄海水团
三、海水温度
我国近海水温度的基本特征是： 1.水文自北而南逐渐增高 2.夏季南北温度变化不明显；冬季南北变化大
四、海水盐都
1.近岸低、外海高。 2.表层低、下层高。
五、潮汐
海洋潮汐是海水在天体引潮力的作用下发生的周期性波动，通常海 面周期性涨落为潮汐，海水周期性的水平流动为潮流。
半日潮
2.南中国海的海流特点
南海环流冬夏两季流向相反，夏季受西南季风影响，形成南海东北 漂流，主流汇入黑潮，支流进入东海；冬季受东北季风影响，一部 分黑潮水冲入南海，同时与我国东南沿岸流会和，形成西南漂流。
二、水团
水团，是指海洋里规模宏大而理化性质相对均匀，变化趋势基本相 同的水体。
外海水团
水团
沿岸水团
大洋环流东海黄海环流PPT课件
sinking air
rising air
sinking air
30o
rising air
0o
90o N
Polar High
60o
easterlies Subpolar Low
60o
westerlies
Subtropical High north-east trades
Equatorial Low
在断面5模式计算的8月 沿陆架流速（a）和穿越 陆架流矢量（b）分布
在断面6模式计算 的8月沿陆架流速 （a）和穿越陆架 流矢量（b）分布
Depth (m)
Depth (m)
Gulf Stream
400 800 1200
1600
20
16 12 8 4
400 800 1200 1600
36.5 35.5
在断面6模式计算的2 月沿陆架流速（a） 和穿越陆架流矢量 （b）分布
黄海
夏季
模式计算的8月黄海水位分布
模式计算的8月黄海表层流场分布
1997年夏季黄海卫星跟踪漂流浮标轨迹 1986年夏季黄海卫星跟踪漂流浮标轨迹
1994年夏季黄海卫星跟踪漂流浮标轨迹
2001年8月黄海卫星跟踪漂流浮标轨迹
夏季黄海表层流场示意图
Polar High
90o S
30o large evaporation
60o
heavy precipitation
sinking air
60oE 90o 120o 150o 180o 150o 120o 90o 60o 30ow 0o
60o 45o 30o 15o 0o 15o 30o 45o 60o
Wind Field on the northern hemisphere July
10-2-第五章-海流-第三节-海流概述
§5.3 海流概述
§5.3. 3、海流运动作用力
使海水运动的力有： 重力、压强梯度力、风应力、引潮力等，同时在运动中派 生出地转偏向力和摩擦力等。 海水在这些力的共同作用下保持相对稳定的运动。
§5.3 海流概述
1、重力
重力是引力和惯性离心力之和，其方向与等势面垂直 ，通常 用重力加速度g表示。 研究表明，重力加速度g与所在纬度和水深有关，可表示为：
定义G为单位质量压强梯度力，则垂向的重力g与压强梯度 力G相平衡，满足静力平衡，形成海洋压力场中的正压场
§5.3 海流概述
（2）斜压场
等压面相对于等势面有了倾斜。
斜压场示意图
成因：（两种共同作用） a、温度、盐度等不均导致密度分布差异 而产生的斜压压力分布 b、海面上风与气压的分布变化、降水增 水及江河径流等外在因素使海面倾斜，造 成海洋的斜压场 分类：按成因分类 a情况下称为内压场，b情况下称为外压场
3根据流动区域划分为陆架流赤道流东西边界流等4根据与周围流经海水的温度差异划分为暖流与寒流5根据垂直方向的流速方向是向上或向下分为上升流或下降流通称为升降流6按近海与大洋的范围区域划分海流可大体分为近岸海流和大洋环流53海流概述大洋环流
《海洋工程环境学》
第五章 海 流
船舶工程学院 赵彬彬 讲师
§5.3 海流概述 本节内容：
余流是各种非周期性海流合成的水流，反映出气象与海水热盐 质输送具有重要的意义。
质变化及各种流动间相互作用的非线性影响等。余流对于长期的物
ห้องสมุดไป่ตู้5.3 海流概述
（3）分离方法原理： 利用周期性海流在其一个周期内的各个方向分量之和为零 的特点可达到将其分离的目的。 将一个太阴日内的各时点实测海流矢量朝各方位分解并求 和，规定朝北、东方位为正值。若某方位有流速分量的平均 值不为零，那必定是非周期性余流的流速分量。
海洋学导论-(海流)第五章
北赤道流
信风
赤道
北大西洋—表层环流系统[4种环流首尾相接流场图]
Ⅱ. 热 盐 环 流 温差电池层
深层流散
热盐环流
§5.2 海流运动方程
5.2.1 运动方程 (P145)
0.5学时
海水运动方程，实际上就是牛顿第二运动定律在海洋中的具体应用。单位 质量海水的运动方程可以写成:
du =∑ F dt
在直角座标系统中，它的三个分量方程为:
(2学时）
§5.1 §5.2 §5.3 §5.4
海流的成因及表示方法 海流运动方程 地转流 风海流
0.5学时 0.5学时
0.5学时
§5.5
世界大洋环流和水团分布
0.5学时
1.定义
海流 海洋中海水沿一定方向的大规模流动，又称洋流。主要指沿水平和垂 直方向的非周期性流动。海流的强弱和方向用流速和流向表示. 2. 分类(Type)：
用红线和蓝线来表示].
● 通常海岸带的潮流分为潮流和余流两种。海岸带实测到的海流通常是 潮流、风海流、地转流等叠加的合成海流，这种合成海流可分解为周期性海流 ---潮流和非周期性---余流。 ● 所谓潮流：潮波内水体的水平运动，称为潮流。它又分为涨潮流和
落潮流，潮位上升时发生水平流动称为“涨潮流”，相反则为“落潮流”
du dv dw =∑ Fx , = ∑ Fy , =∑ Fz dt dt dt
影响和产生海流的力（Causes of current）两大类： I.引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，引潮力 Ⅱ.海水运动后派生的力：科氏力(Coriolis force)，摩擦力(friction force)
密度是时间与空间的函数， ρ = ρ(t, x, y,z) 单位体积（空间一定）内质量（密度）变化
第五章海洋环流
第五章：海洋环流1、海流：是指海水大规模相对稳定的流动，是海水重要的普遍运动形式之一。
海流一般是三维的，习惯上常把海流的水平运动分量狭义的称为海流，其铅直分量单独命名为上升流、下降流。
2、海洋环流：一般是指海域中的海流形成首尾相接的相对独立的环流系统或流旋。
一、海流的成因及表示方法（一）成因：海流的产生有两个最基本的原因：1、受海面上的风力驱动，形成风海流，也叫漂流；2、海水的温、盐变化，引起密度分布变化，形成热盐环流，也叫密度流。
（二）海流的分类：1、成因不同：风海流、热盐环流2、受力情况不同：地转流、惯性流3、发生的区域不同：洋流、陆地流、赤道流、东西边界流等（三）海流的表示方法1、拉格朗日方法2、欧拉方法（常用）海流流速单位：m/s流向（指海水流去的方向）以地理方位角表示：北0°；东90°；南180°；西270°。
流向与风向的定义恰恰相反，风向指风吹来的方向。
二、海流运动方程海水的各种运动都是在力的作用下产生的，其运动规律同其他物体的运动规律一样，遵循牛顿运动规律和质量守恒定律。
作用在海水上的力有多种，归纳起来分为两大类：1、引起海水运动的力：重力、压强梯度力、风应力、引潮力等；2、有海水运动后所派生出来的力：地转偏向力（科氏力）、摩擦力等。
（一）重力在海洋学中，把重力加速度是为常量，取为9.80米每平方米。
对于静态的海洋，重力处处与海面垂直，此时海面称为海平面。
处处与重力垂直的面也称为水平面。
从一个水平面逆重力方向移动单位质量物体到某以高度所作的功叫做重力位势。
连接位势相等的面称为等势面。
静态海洋的表面是个等势面。
两个等势面之间的距离称为位势差。
（二）压强梯度力压强梯度力：单位质量海水所受静压力的合力。
他与等压面垂直，且指向压力减小的方向。
（公式）在静态海洋中，当海水密度为常熟或者只是深度的函数时，海洋中的压力的变化也只是深度的函数，此时海洋中的等压面必然是水平的，即与等势面平行，这种压力场称为正压场。
第五章 海洋环流
大气运动和近地面风带的存在， 是海洋水体运动的主要动力。
东
风
带
极 地 高 压 带
密度流：密度流是由于海水密度性、海水 的运动，以及海水在特定时间和空间的变化规 律。
§5.1 海流的成因及表示方法
什么叫海流(currents)？
海水大规模相对稳定的流动，是海水重要的普遍运动 形式之一。 流速和流向比较稳定，少变；季节性变化不明显，流速 一般为0.2 - 1海里；
由于受这种力作用，在北半球海水运动向右偏
离风向，在南向左偏离风向。
主要的两类驱动力
Primary Forces--start the water moving
The primary forces are: 1. Solar Heating
风海流：是海水在风的摩擦力（切应力）作
用下形成的水平运动。也称漂流。风力作用
于海面时，可产生对海面的正压力和摩擦力， 故风作用于海面时，可同时产生波浪运动和 使海水向前运动的洋流。风海流开始运动后， 受地转偏向力的影响，深海表面海流方向偏
离原风向约45°左右，在北半球偏右，南半
球偏左。
风海流的形成
目前研究洋流使用海流计和人造卫星。但漂流瓶仍在 使用中。 美国的伍兹霍尔海洋研究所每年向海洋投放数以万 计的漂流瓶，每年能回收10%。
中国玩具“鸭子舰队”漂流15年抵英国
在这2.9万只塑胶玩具中，有黄色的小鸭 子、蓝色的小乌龟和绿色的青蛙等，其 中黄色的小鸭子居多。
中国近海海洋学剖析
第一章课程简介讲述的是中国近海（渤海、黄海、东海、南海）的海洋科学，主要包括中国近海的海洋水文，海洋环流，潮汐现象，海浪，海洋化学要素，生物特征，海洋资源以及海洋环境保护等诸多方面，是了解、认识、研究与开发我国海洋的基础大洋环流——时间尺度在年以上，空间尺度在1000公里以上渤海：位于37o07’-41o00’N, 117o35’-121o10’E之间，是一个深入中国大陆的浅海，其北、西、南三面被省市包围，仅东面由渤海海峡与黄海沟通相连。
界线：一般以辽东半岛西南端的老铁山经庙岛群岛至山东北部的蓬莱角连线为界。
面积7.7万平方公里。
分为5部分：辽东湾，渤海湾，莱州湾，渤海中央区，渤海海峡区地势从3个海湾向中央及渤海海峡倾斜，坡度只有0’28”。
平均水深18米，最大深度在渤海海峡，老铁山水道附近，约86米。
辽东湾中部有2个洼地，东南部有呈手掌状的分布——辽东浅滩黄海:界线：长江口北岸的启东嘴至韩国济州岛西南角连线为界。
一般又以东西向最窄处，山东半岛成山角与朝鲜的长山串连线，分为北黄海和南黄海。
面积38万平方公里。
西朝鲜湾，海州湾。
地势向中央及东南方向倾斜，比较平坦，如同一个口朝南开的簸箕。
平均水深44米，最大深度140米。
南黄海：黄海槽（34－38N，124－125E），东南向北的长条洼地。
济州岛西部，有海脊和海沟东海:界线：东以日本九州、琉球群岛及我国台湾省连线与太平洋相隔；南界说法较多，说法之一是南至广东省南澳岛与台湾省南端猫头鼻连线与南海相通,面积77万平方公里地势，西北高，东南低，有西北向东南倾斜。
平均水深370米，最大深度2940米。
海陆架占66%，最大宽度640km，是世界上最宽的陆架之一。
50－60米等深线，以西称内陆架，坡度稍陡，以东为外陆架，平坦开阔。
大陆架外缘是东海大陆坡，陆坡上限水深140－160米，下限600－1400米，主体是冲绳海槽。
冲绳海槽：东海大陆坡斜坡，琉球群岛岛坡，舟状，南深北浅，剖面呈U字型。
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e南极绕极流 南极绕极流是指在40°S与南极大陆之间在西风作
用下产生的自西向东绕南极流动的强大海流，海水流量 巨大。
f季风洋流系统 季风洋流系统是指某些海区主要在季风的作用下流
特征：在西风漂流区活动的大气气旋和风暴数量多，风大浪 大。尤其是南半球的海区更开阔，形成的风浪更显著，对途 经的船只构成巨大的威胁，被称为“咆哮”的西风带。
西风漂流区的降水量大，造成其海洋表层的盐度较低。
世界洋流分布
d东边界流
东边界流是指在大洋东部自高纬度流向低纬度的洋流， 具有寒流的水文特征
分布：主要有太平洋的加利福尼亚洋流和秘鲁洋流，大 西洋的加那利洋流和本格拉洋流，印度洋的西澳大利亚 洋流。
该发现意义：对大洋环流的经典 风生流理论是个挑战，改变了人们 对大洋环流结构的传统认识。
（2）流动特点：观测研究发现其蕴涵着巨大的能量，流 速大，流向多变，影响深度深，集中了大洋的大部分动能 ，但各洋流区的动能生布不均匀。
（3）影响作用：中尺度涡对于海洋中的海水大规模循环 与混合及物质输送等起着重要的作用，并对声呐等航海 仪器设备产生影响。由于中尺度涡的产生机制等尚未完 全清楚，对它的观测与研究还在进行之中。
热盐环流：由海水温度盐度的分布变化（温度差、盐度差） 产生的密度梯度力（压强梯度力）引起的流动。它主要发生 在大洋上表层以下。
1、风生环流 ：
主要驱动力:风应力，其影响深度在几百到1千米左右。 重要特征:存在环流西向强化现象，表现为大洋西岸的海流 比东岸的海流流线密集，流速大（如北太平洋的黑潮、北大 西洋的湾流等都以流速快、流量大而闻名）。 造成洋流西向强化的主要原因是科氏参量随纬度的变化
《海洋工程环境学》
第五章 海 流
船舶工程学院 马 山 副教授
§5.5大洋环Biblioteka 及中国近海环流本节内容：§5.5.1、大洋环流 §5.5.2、海气相互作用 §5.5.3、中国近海环流
§5.5. 1、大洋环流
概述：
海流处处存在，流经各海区的海流相互连接就形成大洋环流 形成因素：风应力和海水温度、盐度起着主要作用 ，还有地理 地形特征、地球的自转效应 。依此可分为风生环流和热盐环流。
3、现象： 通过对海气相互作用的研究，人们发现发生在海洋中的“厄尔尼 诺(EI Nino)”现象与发生在大气中的“南方涛动( Southern Oscillation)”密切 相关，且总是同时出现，反映出海洋大气系统的大尺度相互耦合作用，就 将两者合称为ENSO。
b西边界流 是指大洋西部沿着大陆坡自低纬向高纬流动的洋
流，包括湾流与黑潮，属于南北赤道洋流的延续。
作用：将低纬度的热量输送到高纬度
水文特征：是南北赤道洋流的延续而具有赤道洋流的水 文特征，是世界大洋中的最强海流。
湾流起源于大西洋北赤道洋流及越过赤道的南赤道洋流，是北大西 洋副热带环流系统中的强大西边界流，也称为墨西哥湾暖流。 流向东北，流速很大，表层最大可达250 cm/s，海面流动幅度约 100～150 km，是海洋中最强大海流之一。 具有高温、高盐、透明度大和水色高等水文特征。
§5.5.2、海气相互作用
1、概念：海洋与大气通过海气界面建立起相互联系，相互间不断进行着 热力和动力过程，发生能量和物质的交换，这种发生在海气间的复杂物 理过程就是海气相互作用。
2、相互影响过程 海水表面受到大气风应力的作用，给海洋提供了动量输送，使海洋产生海 流与海浪等运动。 海洋通过海气界面给大气提供热量和水汽，影响着大气运动和全球气候变 化。
向与流速呈现出明显的季节变化的洋流。 例如，在我国的南海，冬季在东北季风的作用下，
表层洋流自东北流向西南；夏季在西南季风的作用下， 表层洋流自西南流向东北
2、热盐环流 ：
海水的蒸发和降水， 大陆的径流， 海冰的结冰与融化等
推动海洋 环流的运动
海水温盐度 的分布变化
形成
海水密度 发生变化
产生密度梯度力 （形成海水斜压场）
黑潮来自北太平洋赤道洋流 保留有北赤道洋流透明度大、 水色高、高温、高盐的水文特征 。
黑潮的主支自台湾东侧与那 国岛之间的狭窄水道，进入我国 东海后继续沿东北方向流动。
黑潮的流速和流量具有季节 性的变化，一般是3月份最强， 11月份最弱。
c西风漂流 组成：西风漂流是与中纬度盛行西风带相对应的自西向东流 的海流，在北半球主要是北太平洋洋流和北大西洋洋流，南 半球的西风漂流环绕南极大陆连接形成南极绕流
密度梯度力成为环流运动的主要驱动力
中性浮标等得应用，对深层海水的流动逐渐有了认识与了解
描述大洋南北向热盐环流的简单模型。 运动特征：海水的密度决定着它的分布密度，不同密度的表 层海水沿等密度面下沉运动，直至达到平衡而停止下沉，组 成从底层、深层到次表层的大洋海水。
3、大洋中尺度涡
（1）观测发现：通过卫星遥感技 术和海洋声层析术，人们观测到各 大洋洋流中都存在一些巨大的水平 涡旋。其水平尺度约为几十到几百 公里(100-500 km)，时间尺度约为 几周到几个月(20-200天)，并以1-5 cm/s的速度在移动。
作用： A 使得大洋间的海水相通相连； B 使大洋各种水文要素、化学要素及热盐状况等能保持长期相对
稳定和连续变化； C 将热能从低纬度传向高纬度； D 在维持地球气候系统方面发挥着重要作用。
风生环流和热盐环流：
风生环流：由风在海面的长时间作用产生的环流。它影响的 是海洋的上表层，一般局限于海洋的混合层和温跃层上部。
上表层环流与大气环流： 两者之间很相似，洋流方 向同风向基本一致，存在 对应关系。
风生环流理论可用来解释 大洋上表层环流的形成机 理与特征。
上表层环流主要组成：
a赤道洋流系统 b西边界流
d东边界流
e南极绕极流
c西风漂流 f季风洋流系统
a赤道洋流系统 由南北赤道洋流、赤道逆流、赤道潜流组成。
南北赤道洋流是由东南信风和东北信风引起的风生海流，流动 较稳定，自东向西流经各大洋。 赤道洋流具有高温、高盐、透明度大的特征（100-300米）。 另外，在赤道流区的温跃层内存在一支较强的自西向东流动的 次表层流，横跨三大洋，其全年流速稳定，称为赤道潜流。