02.海洋工程环境学

风频玫瑰图
风频风速玫瑰图
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0.2 海洋环境因素分析
流
•主要海流：黑潮，亲潮，阿留申海流，北太平洋海流， 主要海流： 主要海流 北赤道流，赤道逆流，北太平洋黑潮，澳大利亚海流， 墨西哥湾海流，巴西海流。
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0.2 海洋环境因素分析
海流的驱动力： 海流的驱动力： 1 压强梯度力： 压强梯度力：
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0.2 海洋环境因素分析
风
• 大规模风系 大规模风系：纬度±30º—东信风 东信风(贸易风)； 东信风 纬度±30º~±60º—偏西风 偏西风； 偏西风 纬度±60º~ ±90º—极地东风 极地东风。 极地东风 • 中规模风系 季风 台风 中规模风系：季风 季风, • 小规模风系 小规模风系：海陆风，山谷风，龙卷风
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0.2 海洋环境因素分析
冬季是我国季风最强的季节。 冬季是我国季风最强的季节。冬季风 起源地蒙古高原的偏北气流， 起源地蒙古高原的偏北气流，其频率 风力强劲。 高，风力强劲。 寒潮是巨大的高压冷气团南侵， 寒潮是巨大的高压冷气团南侵，造成 急剧降温，且伴有霜冻、 急剧降温，且伴有霜冻、大风现象的 天气过程。主要集中于11月至次年 月至次年2 天气过程。主要集中于 月至次年 寒潮有效稳定的路径， 月。寒潮有效稳定的路径，它们主要 发源于北极，途经西伯利亚， 发源于北极，途经西伯利亚，并在那 里得到加强，然后进入我国。 里得到加强，然后进入我国。 夏季的季风，其气流来源， 夏季的季风，其气流来源，一是太平 洋热带高压海洋气团， 洋热带高压海洋气团，二是印度赤道 海洋气团。前者主要控制东海， 海洋气团。前者主要控制东海，后者 主要影响南海。 主要影响南海。
蒲氏风级(Beaufort Wind Scale )： 0 — 12级： 级 风速0.0 — 33m/s (0.0—64kn，距地面10米处) 浪高0.0 — 14m 蒲氏风级与风速的换算公式:
V = 0.84 × F
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其中V 是风速（m/s）,F是风级
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0.2 海洋环境因素分析 风玫瑰图： 风向与风速和出现概率的关系
0.2 海洋环境因素分析
• 中规模风系 规模风系： 大范围地区的盛行风随季节而有显著改变的现象， 大范围地区的盛行风随季节而有显著改变的现象，称为季 季风在冬季由大陆吹向海洋，在夏季由海洋吹向大陆。 风。季风在冬季由大陆吹向海洋，在夏季由海洋吹向大陆。 随着风向的转变，天气和气候的特点也跟着发生变化。 随着风向的转变，天气和气候的特点也跟着发生变化。季 风的形成与多种因素有关， 风的形成与多种因素有关，其中最主要的是由于海陆问的 热力差异以及这种差异的季节变化。在夏季， 热力差异以及这种差异的季节变化。在夏季，大陆上气温 比同纬度的海洋上气温高，大陆上气压比海洋上气压低， 比同纬度的海洋上气温高，大陆上气压比海洋上气压低， 气压梯度由海洋指向大陆， 气压梯度由海洋指向大陆，所以气流分布是从海洋流向大 陆的，形成夏季风；冬季则相反， 陆的，形成夏季风；冬季则相反，气流分布是由大陆流向 海洋，形成冬季风。 海洋，形成冬季风。
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0.2 海洋环境因素分析 潮汐
海洋潮汐是海水在天体引力作用下发生的周期性波动。 海洋潮汐是海水在天体引力作用下发生的周期性波动。太阳引力引起 的称太阳潮, 月亮引力引起的称太阴潮。 的称太阳潮 月亮引力引起的称太阴潮。通常海面周期性的涨落称为潮 潮汐按其性质可分为3类 半日潮、全日潮和混合潮。 汐。潮汐按其性质可分为 类：半日潮、全日潮和混合潮。
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0.2 海洋环境因素分析 • 大规模风系 大规模风系：
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0.2 海洋环境因素分析 • 中规模风系： 规模风系
台风是热带地区海洋 上空的热带气旋在适当的 条件下猛烈发展而形成的 急速逆时针旋转的低压涡 它的出现伴随着狂风、 旋。它的出现伴随着狂风、 暴雨、巨浪和风暴潮。 暴雨、巨浪和风暴潮。往 往在沿海造成灾害。 往在沿海造成灾害。 台风的生命期一般为 3～8天，台风直径一般为 ～ 天 600～1000km，最大的可 ～ ， 达2000km，最小的只有 ， 100km。在北半球台风集 。 中发生在7～ 月 尤以8、 中发生在 ～10月，尤以 、 9月最多。据统计，每年 月最多。 月最多 据统计， 5～11月台风可能影响或 ～ 月台风可能影响或 登陆我国。 登陆我国。
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0.2 海洋环境因素分析
世界上季风区域分布甚广．而东亚是世界最著名的季风区。 世界上季风区域分布甚广．而东亚是世界最著名的季风区。因此季风 也是中国海洋气候的主要特征。由于大陆和海洋热容量的不同， 也是中国海洋气候的主要特征。由于大陆和海洋热容量的不同，冬季 在严寒的亚洲内陆形成高气压带，温暖的海洋形成低压区， 在严寒的亚洲内陆形成高气压带，温暖的海洋形成低压区，所以冬季 盛行偏北风。而夏季正好相反，高温的大陆内部形成低压区， 盛行偏北风。而夏季正好相反，高温的大陆内部形成低压区，凉爽的 海洋上形成高压区， 海洋上形成高压区，故盛行南风
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0.2 海洋环境因素分析
风速与风向： 风速与风向
Uz z = U 0 z0
n
为距地面高度z的风速与地面基准高度z0的风速之比，n 取决于地面形状。 对于平坦地面和海面n=1/7, 对于平坦地面和海面 对于市街和森林地带n=1/4. 对于市街和森林地带
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0.2 海洋环境因素分析
半日期是在—个太阳日内出现高潮和 半日期是在 个太阳日内出现高潮和 低潮各两次、 低潮各两次、且相邻高潮及相邻低潮的 潮高均几乎相同、 潮高均几乎相同、涨潮时和落潮时也几 乎相等。 乎相等。 全日潮是在半月内有连续1／ 以上天数 全日潮是在半月内有连续 ／2以上天数 在一个太阳日内只有—次高潮和低潮 次高潮和低潮， ．在一个太阳日内只有 次高潮和低潮， 而在其余日子则是半日潮。 而在其余日子则是半日潮。 混合潮是不正规半日潮和不正规全日潮 的总称。 的总称。不正规半日潮是指虽波动次数同 半日潮，但潮差不同， 半日潮，但潮差不同，涨潮时和落潮时也 不等。不正规全日潮是指半个月内， 不等。不正规全日潮是指半个月内，全日 潮天数不超过7天 潮天数不超过 天，其余大多数日子为不正 规半日潮。
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0.2 海洋环境因素分析 地转偏向力（科氏力， 地转偏向力（科氏力，Coriolis Force） ）
研究地球上海水或者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。 由于地球绕轴自转，在赤道处的地面便具有约464m/s自西向东的线速度， 向两极方向随纬度的增高逐渐减小，在纬度30°处约为402m/s，60°处 约为232m/s，两极为零。假定有一物体从赤道沿经圈向高纬（向南或者 向北）运动，由于其在赤道具有的较大自西向东的线速度，因此，地面 上的观察者会看到，它的运动轨道不断向东偏移。在从高纬向赤道方向 运动的过程中，由于其保持在高纬处的较小的自西向东的线速度，因此 其运动轨道不断地偏向西。
《海洋工程环境学》 海洋工程环境学》
Environmental Mechanics of Ocean Engineering
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海洋结构物与环境因素的相互作用 海洋环境
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0.2 海洋环境因素分析
水温
海洋水的温度是海洋热能的一种表现形式，是海洋水的重要 物理性质之一。海洋水温取决于进入海洋的太阳总辐射能量大 小，海洋表层水温随纬度和季节而发生变化。此外，同大洋环 流特征也有密切关系。 不同海区的年平均水温差异很大，一般在-2-30℃。全球海 洋表层水温的年均温为17.4℃。以世界三大洋比较，太平洋所 处热带、亚热带面积宽广，所接收太阳总辐射能较高，因此， 其年平均表面水湿最高，为19.1℃；大西洋的热带、亚热带海 域面积比较窄，而且大西洋与北冰洋水域畅通，两大详的水体 可以进行大规模的交换，因而大西洋表层平均温度最低，约 16.9℃。印度洋平均表层水温居于两者之间，为17.4℃。
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0.2 海洋环境因素分析
水温
中国近海表层海水温度分布的基本特点是：水温从北而南 逐渐增高，而年温差则从北往南逐渐减小，这显然与太阳辐 射有密切关系。冷暖诲流则改变了地理纬度所决定的水温分 布格局。 海域水温的年平均值，渤海为12℃，黄海约为16℃，东海 22℃，南海26º左右。一‘年之中，南部海域变化幅度小，北 部海域变化大。如南海1992年夏季为29．6℃，冬季为23℃， 温差不到7℃，渤海夏季为24℃，冬季只有0.7º，温差高达 23℃。2 风应力 3科氏力2210
0.2 海洋环境因素分析
•科氏力的影响：艾克曼漂流理论 科氏力的影响： 科氏力的影响
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0.2 海洋环境因素分析
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0.2 海洋环境因素分析
全球洋流分布图
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0.2 海洋环境因素分析
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0.2 海洋环境因素分析 中国近海的洋流分为两大系统．一是外来的黑潮暖流、 中国近海的洋流分为两大系统．一是外来的黑潮暖流、 二是海域内生成的沿海流与季风漂流。黑潮暖流， 二是海域内生成的沿海流与季风漂流。黑潮暖流，源 头在菲律宾以东样面，主干沿台湾以东进入东海， 头在菲律宾以东样面，主干沿台湾以东进入东海，顺 东海大陆坡向东北流去。在台东北， 东海大陆坡向东北流去。在台东北，黑潮向北分出一 支支流，流向浙江沿海，称为台湾暖流。 支支流，流向浙江沿海，称为台湾暖流。黑潮主干流 到日本九州以内，又发生—次大的分流 次大的分流， 到日本九州以内，又发生—次大的分流，分出的西支 沿九州西岸北上，称之为对马暖流。 沿九州西岸北上，称之为对马暖流。黑潮主干在九州 以南转向太平洋，一直流到东经160度。与北太平洋大 以南转向太平洋，一直流到东经 度 洋环流相接。黑潮主干流域的平均宽度不足100海 洋环流相接。黑潮主干流域的平均宽度不足 海 里．其中主流宽度20海里。黑潮的流速随季节、区段 其中主流宽度 海里。黑潮的流速随季节、 海里 和水深而变化， 和水深而变化，各分支的流速每秒变化在十几厘米到 几十厘米。黑潮的流量可达4000-5000立方米／秒，其 立方米／ 几十厘米。黑潮的流量可达 立方米 中在东海的流量约为3500立方米／秒。 立方米／ 中在东海的流量约为 立方米