4-1-3海流解析

2.由温、盐 变化引起
• 斜压场引起，范围不定 • 与深度无关
二.海流的分类
按温度 特性
按成因
按受力
按区域 表层流 深层流 底层流 沿岸流 赤道流 东西边界流
按随时间 变化关系
风海流 热盐环流 地转流 梯度流 惯性流 潮流 波浪流
寒流 暖流
定常流 周期流 短期流
暖流
水温高
水温低（从低纬流向高纬）


§4-2 海水受力分析
作用在海水微团上的力可归结为两类
主动力：引起海水运动的力 如重力、压强梯度力、风应力和引潮力等 被动力：海水运动派生出的力 如科氏力、摩擦力等
一、重力(地势梯度力)

地心引力和地球自转所产生的惯性离心力的合力。

地势φ
逆重力方向移动单位质量物体到某一高度所做的功
gz
傅科摆 1851年傅科在67m长的钢丝下挂一个28kg的铁球组 成一个单摆，他利用摆平面的转动成功地证明地球在 自转。
2 傅科摆摆动周期为：Tf sin
北京天文馆： 9.6°/h，约230°/d 南北两极: 360°/d TE 2
方向：在北半球垂直于物体运动方向且指向其右 方，南半球正相反；
比较
拉格朗日法 分别描述有限质点的轨迹 欧拉法 同时描述所有质点的瞬时参数
表达式复杂
不能直接反映参数的空间分布
表达式简单
直接反映参数的空间分布
不适合描述流体元的运动变形 适合描述流体元的运动变形特 性 特性
拉格朗日观点是重要的 流体力学最常用的解析方法
三.海流的表示方法

海流是矢量。海洋学中常用右手坐标系：x轴正方向 向东、y轴正方向向北、z轴正方向向上。 海流流速矢量V在直角坐标系中表示为：V=ui+vj+wk 其中u、v和w依次为 x、y及z轴上的分量。 海流一般以带箭头的线段表示，箭矢方向指海水的去 向，线段长短表示海流的大小，单位cm/s。
广义地讲海流是指海洋中较大规模的相对稳 定的海水运动。 狭义地讲是指海流在水平方向上的运动分量， 而海流垂直方向上的运动分量单独称为上升流 或下降流。
§4-1 海流的成因与表示方法
一.海流的成因
•全球性范围，与大气环流相对应 1.由风引起
• 随深度而减弱(所涉及的深度通常只有几百米 )
•仅是一薄层
G值的量级相当于无摩擦时，物体在lcm:1km斜
面上所受的力.
内压场: 仅由ρ分布决定的压力场.
外压场: 由海面上的风、降水、江河径流等原因所 产生的压力场 总压场: 外压场迭加在内压场之上
三、科氏力（地转偏向力）
由地球自转而对运动物体产生的作用力
地球表面的线速度差 平均角速率ω ＝7.292×10rad/s； 曾母暗沙(4°N)： 462m/s； 漠河(53°25′)： 276m/s； 北极： 0 m/s 研究地球上的海水或大气的大规模运动时，必 须考虑地球自转效应，或称为科氏效应。
垂直压强梯度力必然与重力平衡 水平压强梯度力则使海水沿其方向产生水平运动， 除非有其它改变海水运动方向的力。
等压面： 海洋中压力处处相等的面，海洋学中将 海面视为海压为0的等压面（即一个大气压 1013.25hPa） G的方向：与等压面垂直，永远指向压力减小的方 向，即与压强梯度方向相反 静止海洋中，海水密度为常数或只是深度的函数时， 等压面必然是水平的，即等势面平行，此时的压力场 称为正压场。 当海水密度不是常数，尤其是水平方向上有着明显 差异时，等压面相对于等势面将会倾斜，此时的压力 场称为斜压场。
G
G
等压面
p0 p1 p2
g
F
等势面
g
z1
z2 z3
p3 p4
z4 z5
正压场（某深度以下） 斜压场（海洋上部）
对于静止的海水微团，它受到压强梯度力，但必 须和重力势梯度相平衡
1

p 0 d gdz
dp g dz
dp 两等压面之间的距离： dz g
两等压面间的密度越大，则其距离越小
大小：科氏力的解析表达式
cos cos i cos sin j sin k
U ui vj wk
i F 2U 2 u
jwenku.baidu.comv
k w sin
cos cos
cos sin
科氏力的各分量为：
Fx 2 sin v 2 cos w
Fy 2 sin u
Fz 2 cos u
由于w很小，忽略与w有关项，简化为：
Fx 2 sin v f v
Fy 2 sin u f u
科氏参量： f 2 sin
二、压力(压强梯度力G)
压强梯度力是单位质量海水所受压力的合力
G的大小：等于压强梯度值除以海水密度，单位 （N/kg3），即 1
G

p ( N kg 3 )
其在直角坐标系中的三个分量为：
Gx 1 p x Gy 1 p y Gz 1 p z
寒流
水温低
水温高（从高纬流向低纬）
纬度高
水温低
暖 流
寒 流
0º
纬度高
水温低 暖 流 寒 流
三.海流的表示方法
用漂流瓶或中性浮子追踪流迹 随体法 当地法 拉格朗日法 欧拉法 质点轨迹：r r (a,b,c,t ) 参数分布：B = B（x, y, z, t）
描述 方法
在几个固定点同时对海流进行观 测，确定其速率和方向
海洋学
第四章
海流
海 流
4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 海流的成因及表示方法 海水受力分析 海水运动基本方程 地转流 风海流 大洋环流
纽芬兰 海域
太平洋
大 西 洋
印度洋
“泰坦尼克号”首航没有进入北极海区，那么， 使船沉没的冰山是怎样进入纽芬兰海域的呢？
海流定义

或
d gdz
地势梯度力
d / dz g
方向：垂直向下
单位质量海水所受的重力即为重力加速度g，理论 上它是地理纬度和海洋深度的函数，但在海洋学中 一般将其视为常量。
等(位)势面：重力势相等的点组成的面，与重力 处处垂直。静止状态下的海平面就是一个等势面。
位势深度：从上往下计算的位势差 位势高度：从下往上计算的位势差