海洋学：第七章 大洋环流

Precipitation Evaporation Precipitation Evaporation (cold
Heating
Leabharlann Baidu
winds)
Cooling
Dense water sinks
第三节 地转流
• 1、地转流定义：压强梯度力水平分量与科氏力 达到平衡时的稳定流动。
• 何谓稳定流动？ 定常流动（速度不发生变化）
海流的描述方法: 拉格朗日方法—水质点运动 漂流瓶，鞋和玩具；中性浮子 欧拉方法—流线描述流动。 观测站
海洋环流
定义：海域中的海流形成首尾相接的相对独立的 环流系统或者流旋 特点：时空变化是连续的 意义：把世界大洋联系在一起，使世界大洋的各 种水文、化学要素及热盐状况等保持长期相对稳 定
海流的成因：海面上的风力驱动和海洋中的温盐变化
单位质量海水所受到的 水平压强梯度力为：
Px
1
p x
1 p
Py y
海洋内压场：由海洋中密度差异形成的斜 压状态。在海洋上部斜压性很强。 特点：上部很强，随深度减小，到深层可 消失 外压场：外部原因（风、降水、江河径流） 引起海面倾斜产生的斜压状态。 特点：？
给出此深度 处水平压强 梯度和压强 梯度力的方
垂直尺度：几十到几百米 三维流动，水平显著，垂直方向相当微弱。
(为什么呢？) 有些海流沿垂直方向流动：上升流、下降流
潮流是不是海流呢？
海流的单位： 海流是矢量.
流速大小，单位为m/s； 流流向量：单为位：“S去v向er”dr，up地(S理V)=方10位6 角m3/表s 示，向流速北* 流 记为0，向东90。（风来流去）
上层环流-----风驱动
海流与海洋环流！
时间尺度------year to decade
深层环流-----温盐变化 时间尺度-----hundred to thousand years
2.海流的分类：
• 按成因分：密度流，风海流，补偿流； • 按受力分：地转流、惯性流； • 按发生区域：赤道流，陆架流，东西边
2、压强梯度力：
• 等压面：压强相等的面。 静压近似： p gz(dp gdz)
可以上下截面面积为S， 高度为L的物体进行垂 向的受力分析
• 压强梯度：方向指向压强增大的方向。
垂向 压强 梯度 方向
z (depth)
低压
_
p z
垂向压强梯 度力的方向
等压线（面）
x (longitude)
+
高压
• 连续方程:
• 质量守恒定律在流体中的应用。
• 体积守恒 （不可压缩流体）
u v w 0 x y z
海洋中的形 U W T 态比： L D
D W
LU
第二节 海流成因
• 一、风生：风海 流
• 二、密度差异引 起（温盐变化）： 密度流
大气环流
60
30
海洋环流
简单的密度流模型：海面处的热盐变 化引起密度变化导致
界流等； • 按运动方向：上升流，下降流； • 按海流温度与周围海水温度差异分:寒流，
暖流等
大洋表层环流
California Current
Gulf Stream
回顾：大洋边界流的温度特性
二、影响和引起海水运动的力
牛顿第二定律
Mass Acceleration Force
dv F
dt
• 引起海水运动的力： 重力，压强梯度力，风应力，引潮力，火
FFxy
f
v f u
Fz 2 cos w
Fz
0
Fz 0
4、切应力
原因：相对运动+分子粘滞性 风应力：海洋大气之间存在
动量交换
摩擦力
u
实际海洋中，湍流 应力远大于分子粘 性应力！！
Fy=…… Fz=……
5.引潮力
定义：日、月等天体对地球的引力及它们之间做相对运动时 所产生的其他的力共同合成的一种力
第七章 大洋环流
本章内容
• 第一节 概述 • 第二节 海流成因
• 第三节 地转流 • 第四节 风海流
重点
• 第五节 惯性流 • 第六节 大洋环流及水团结构 • 第七节 中国海环流 • 第八节 观测手段、研究方法和应用
第一节 概述
一、定义及分类
1. 海流定义：
海水大规模相对稳定的流动。（非周期） 大规模：指时空尺度大。 相对稳定：一段时间内流速、流向变化不大。 时间尺度：一般一个月以上 空间尺度：水平尺度达几百至上千公里，
山爆发，地震等 • 海水运动后派生的力：
科氏力，摩擦力
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。
• 其大小与纬度和海水深度有关: • 在中纬度，海面与10km深处的差为0.031m/s2。 • 在海洋研究中，一般视其为常数9.8m/s2
向
3、科氏力：地转偏向力
存在原因：地球自转！！！
–只改变运动物体的方向，不 改变运动物体速度的大小
–北半球垂直作用于运动物体 的右方，南半球相反.
F 2 V为科氏力 f 2 sin称其为科氏参量
Fx Fy
2sin v 2 sin u
2 cos
w
Fx Fy
2 sin v 2 sin u
三、海水动力学方程
• 运动方程：牛顿二定律
F
ma
m
dV dt
• 速度V是时间和空间的函数，即V=V(x,y,z,t) • 实质微商：
dV V V dx V dy V dz V u V v V w V
dt t x dt y dt z dt t x y z
三、海水动力学方程
纬度 90o 45o
0o
g（米 /秒2） 9.83 9.8 9.78
• 重力位势: （能量）
• 重力位势：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。 • 等势面处处与重力垂直
处处与重力垂直的面称水平面。 海平面：静态海洋的海面。
回顾下什么叫大地水准面？
卫星观测的海表面高度 （Sea Surface Height）都 是从大地水准面起算的。
p
静态海洋状况下：（等压面与等势面平行，称为正压 场) 压强梯度力P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 。
此时，向上 的压强梯度 力与向下的 重力平衡！！
单位质量海水所受到的垂向压强梯度力为：
Pz
1
p z
动态海洋情况下：（称为斜压场）
等压面相对等势面发生 倾斜》水平压强梯度力
质量
牛顿第二定律
加速度
dv F
dt
力 实际海洋中并不存在 完全的地转，但是在 大尺度运动中，其他 因素可以忽略情况下 的近似