11-1-第五章-海流-第四节-地转流与风海流
海底两万里的每章概括
海底两万里的每章概括第一章：后墨西哥海域的神秘物体故事开始于1866年，当时一条神秘的怪物袭击了许多船只。
我们的主人公阿龙纳克斯先生被国际海洋协会委派前往解决这个谜团。
第二章：水下探险艇为了寻找那只怪物，阿龙纳克斯决定搭乘一艘水下探险艇。
他与船长尼摩以及助手康塞尔共同出发进行勘探。
第三章：深海怪兽水下探险艇途中被一只神秘怪兽攻击，尼摩船长与怪兽展开了一场激烈的战斗。
最终怪兽被打败，但它留下的伤势仍然让人惊讶。
第四章：大西洋海底阿龙纳克斯他们继续穿过大西洋海底，不断发现各种各样的海洋生物。
同时，他们还遇到了一些意外，例如无人岛和水下的火山口。
第五章：地中海航行阿龙纳克斯一行人离开了大西洋继续行驶，他们的目的是前往地中海。
在这段航行中，他们又遇到了不少惊险的经历。
第六章：庞贝古城的探险他们来到了庞贝古城，深入其中探险。
庞贝城被当地人视为神秘古迹，阿龙纳克斯等人发现了很多不为人知的秘密。
第七章：水下火山口阿龙纳克斯等人继续前往伊奥尼亚海，沿途他们发现了许多火山口。
这些火山口对于加速海流和卫星潮汐有着重要的作用。
第八章：大西洋圆盘在海底漫步时，阿龙纳克斯等人发现了一个大西洋圆盘，这个圆盘的制造者不同于任何知名文明。
这一发现在当时引起了轰动。
第九章：被困的木筏阿龙纳克斯等人救了一个人，这个人被困在了一艘木筏上。
他们为了拯救这个人，不得不乘坐木筏继续前行。
第十章：海怪受伤他们发现了另一些被海怪袭击过的船只，这些船上的人都已死亡。
他们又遇到了大型海怪，这次这只海怪似乎已受伤。
第十一章：地中海的神秘城市阿龙纳克斯等人来到了地中海某个岛屿上，这里有一个被遗忘的城市。
他们进入城市，逐渐探明了其中的历史。
第十二章：水下森林他们发现了一片水下森林，这里也是一些海洋动物的栖息地。
这里有欧文和帛珞克等极具特征的水下植物。
第十三章：突尼斯是非阿龙纳克斯等人离开了水下森林，前往突尼斯。
由于社会与政治环境的不稳定，他们遇到了一些突尼斯的问题。
气象学多媒体讲义第十一章
第十一章海流第一节海流概述一、概念1、定义海流（Ocean Current）――海洋中大规模的海水以相对稳定的速度所作的定向流动。
流向――海水流去的方向，与风向的表示方法相差180 ，用8方位或以度为单位表示；流速――单位用kn（节，海里/小时）或n mile/d（海里/日）表示。
2、强度的表示方法主轴――海流流动方向上流速最大点的连线。
流幅――垂直于主轴的海流的水平宽度和上下厚度。
用来表示海流的规模。
海流的强弱――常用平均流速或平均流量表示，平均流速大或平均流量大，则海流强；反之则弱。
二、海流的分类1、按成因分类可分为风海流、地转流、补偿流、潮流等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。
a) 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。
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；并且，流向和流速不随深度改变。
b) 密度流（Density Current，又称梯度流）――单纯由于海水密度分布不均匀引起等压面倾斜而产生的地转流。
密度流随深度增加而减弱。
在北半球若观测者背流而立，则右边等压面高，海水密度小（水温高），左边等压面低，海水密度大（水温低）；南半球正好相反。
2）补偿流（Compensation Current）――由于某处的海水流失，其它地方的海水流过来补偿形成的海流。
补偿流有水平方向的，也有垂直方向的。
垂直方向的补偿流又可分为上升流（即涌升流）和下降流。
出现上升流的海区，上升流使表层海温降低。
3）潮流（Tidal Current）――由天体引潮力引起的海水周期性的水平运动。
在大洋中，潮流的量值极小，主要考虑风海流和地转流，在近海，尤其是岛屿、海湾和海峡地区，潮流则比较显著。
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).
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
第五章海洋环流介绍
• 5.2.3 边界条件 • 研究海洋环流时，通常考虑以下几种边界， 一种是海岸与海底的固体边界，一种是与 大气之间的流体边界，它们构成与海水之 间的不连续面，因此，在运用运动方程和 连续方程讨论海水的运动时，在边界上应 附以边界条件。
• 例如在海岸与海底，由于它们的限制，海 水垂直于边界的运动速度必然为零，至多 只能存在与边界相切的速度。实际上，由 于海水与海底的摩擦作用，离边界越近的 海水运动速度应该越小，在边界上的运动 速度理论上也应当为零。这些规定边界上 海水运动速度所遵循的条件称为运动学边 界条件。在大气和海洋交界面（海面）处 的运动学边界条件为
5.4风海流
• 定义：风海流是指海面在稳 定风场长时间作用下，当垂 直湍流引起的水平摩擦力与 水平科氏力平衡时，所形成 的海水稳定流动。
• 5.4.1 . 埃克曼无限深海漂流理论 • 南森(F.Nansen)于1902年观测到北冰洋中 浮冰随海水运动的方向与风吹方向不一致， 他认为这是由于地转效应引起的。后来由 埃克曼(Ekman,1905)从理论上进行了论证， 提出了漂流理论，奠定了风生海流的理论 基础。
• 因为海水密度的分布与变化直接受 温、盐的支配，而密度的分布又决 定了海洋压力场的结构。实际海洋 中的等压面往往是倾斜的，即等压 面与等势面并不一致，这就在水平 方向上产生了一种引起海水流动的 力，从而导致了海流的形成。另外 海面上的增密效应又可直接地引起 海水在铅直方向上的运动。
• 为了讨论方便起见，也可根据海水 受力情况及其成因等，从不同角度 对海流分类和命名。例如，由风引 起的海流称为风海流或漂流，由温 盐变化引起的称为热盐环流；从受 力情况分又有地转流、惯性流等称 谓；考虑发生的区域不同又有洋流、 陆架流、赤道流、东西边界流等。
第七讲 海洋环流
第七讲海洋环流海流的定义••：对在广阔的空间、长期持续的海水运动取平均状态时，较大的流速就往往出现在细长延伸的海域中，海流即泛指该海域及其周围流速较快的那部分而言。
•习惯上将海流的水平运动分量称为海流，而其铅直分量称为上升流和下降流。
•大洋环流一般是指海域中的海流形成首尾相接相对独立的环流系统或体系海水的运动•基于其驱动机制，海流可分为两种基本流动：风生流和密度流•风驱动的表层和近表层海流和密度驱动的次表层的海流•风生海流涉及到10%的表层海洋•对次表层海流我们知之甚少海流的分类••••道流、东西边界流等海流的描述方法•描述方法：拉格朗日方法——欧拉方法——•目前的研究中多采用欧拉方法来测量和描述海流•海流流速单位为m/s，流向以地理方位角表示，指海水流去的方向，北向定义为00影响海流的因素•海水的流动同海水密度的分布关系密切。
•由于海水密度的分布基本上取决于水温的分布，所以有时可以根据水温的分布情况来确定海水流径的大体位置。
•举例说明？海流的成因•海流形成取决于三个驱动力的相互作用的结果：风应力、压强梯度力和科氏力•风应力：由风产生的海面水分子和运动空气之间的摩擦力•风应力可以驱动海流和海浪，风应力的大小与风速的平方成正比•热量→温度→密度→压强梯度力•水平压强梯度力=（Pa-Pb）/x•太阳和月球的引潮力引起的潮流，与大洋环流没有直接关系海流运动规律•运动遵循海水的下列基本规律：牛顿运动定律—运动方程质量守恒定律—连续方程边界条件和初始条件海水运动方程•单位质量的海水遵循牛顿第二定律•作用于海水上的力引起运动的力：重力、压强梯度力、风应力、引潮力等运动后产生的力：科氏力、摩擦力等•方程闭合乎？，线性乎？∑=i F dtV d G G海水运动的最基本形式--地转流•水平压强梯度力与科氏力取得平衡时的定常流动，称为地转流•地转流是海水运动的最基本形式密度流和倾斜流C F 密度小密度大海面海面FC 形成一个由外向里的地转流形成一个由里向外的地转流地转流近似•作用于海水的力除压强梯度力和科氏力外，还有如摩擦力、惯性力等。
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.
风海流
风海流,地理学名词.定义:盛行风吹拂海面，推动海水随风漂流，是最主要的洋流形式。
并且是使上层海水带动下层海水流动，形成大规模很大的洋流，叫做风海流。
解释:信风带、西风带和极地东风带的风向是比较衡定的，在海洋上，这些定向风与海洋表层水之间就会发生摩擦，通过摩擦方式，风即可将其一部分能量传递给表层海水，除形成波浪外，还使表层海水发生移流，从而形成风海流。
举例：信风带里的北、南赤道暖流。
西风带里的西风漂流，在北半球被陆地分开分别叫北大西洋暖流和北太平洋暖流，在南半球则环绕南极洲一圈，连接三大洋（印度洋、太平洋、大西洋），南半球西风漂流是寒流。
北印度洋季风洋流（冬季东北风吹逆时针流动，夏季西南风吹顺时针流动。
）密度流Density stream洋流的一种由于各地海水的温度盐度不同，引起海水密度的差异，使水面高度不同，从而导致海水流动。
如地中海蒸发旺盛，盐度大，水面低，而相邻的大西洋水面较高，于是大西洋表层海水经直布罗陀海峡流入地中海，地中海海水由海峡底层流入大西洋。
密度流简介由于海水密度的水平方向的不均匀分布引起等压面倾斜而产生的洋流，叫密度流。
换句话说，密度流是海水本身的密度在水平方向上分布的差异起的。
海水的密度取决于海水的温度、盐度和压力，在水平方向的分布因地而异。
例如，其一海区由于接受太阳的热量多而温度升高，体积膨胀，密度变小，海面(等压面)会稍稍升高；在另一海区接受的太阳热量少，密度相对变大，水温变低，体积缩小，从而海面（等压面）相对变低些。
两个海区间海面及其以下各层等压面产生不同程度的倾斜，即海水内部任意一个水平面（即等势面）上压力都不相同。
在水平压强梯度力的作用下，海水从压力大的地方向压力小的地方流动。
一旦海水开始流动，地转偏向力立即发生作用，把本应顺水平压强梯度力方向流动的海水拉向右偏（北半球），直到地转偏向力与水平压强梯度力大小相等、方向相反时，洋流便沿等压面与等势面的交线流动了，洋流以等速前进，这时的洋流，叫做密度流。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
§5.4. 2、风海流
现象：
挪威北极探险家南森(Nansen．F) 在1902年北冰洋的海洋调 查活动中注意到一个现象，那就是北冰洋的浮冰并未沿着风向 随海水运动，而是在沿风向右方约20'-24'的范围方向运动。
后来发现这个现象与地转效应有关，并且深度越深， 流速的流向更向右偏，至某一深度处甚至出现与表面流速 反向的海流。
3、压场分布特征：
图为北半球地转平衡下的坐标体系，等压面沿x轴向倾斜，并与 等势面之间斜交β角，压强梯度力的水平分量与地转偏向力的水 平分量在x轴方向取得平衡，垂向满足静力平衡。
海水运动方 程简化为
求得地转流流速
分布特征： 此时的地转流顺着等压面与等势面的交线流动，垂直指向压 强梯度力的右方，或者说，顺着地转流流向，右侧的等压面 压力高，左侧等压面的压力低。南半球的规律与之相反。 内压场导致的地转流分布特征：随着深度的增加，密度 差异在减小，压力梯度在减小，使得流速在逐步减小， 直至等压面与等势面相平行时的流速为零。 外压场导致的地转流分布特征：流速与流向自表层直到 海底都一致。
可知漂流速度其大小随深度z的负向深度加大而按指数型衰减。
辐角(45 az )表示流速方向偏离z轴的角度， 它随深度加深而不断右偏
埃克曼螺旋线: 以上各层深度的 漂流流速大小和 方向随深度在不 断变化，将各层 流速矢量的曲线 如图所示。其中 的箭头表示小和 流向。
埃克曼螺旋线
2、浅海(有限深度)风海流
3、风海流的体积输送
积分求海水体积运输总量 ： (1)对于无限水深，垂直通过单位宽度的体积运输总量
运输总量规律：只发生在x方向上，而在y方向都不发生体积输送。 (2)对于浅海规律：在x与y方向上都将有体积输送，且其运输方 向随水深减小而偏近风向方向
§5.4. 3、升降流
1、现象及相关概念：
（1）风海流的体积运输必然造成部分海区得到海水，产生海水的 辐聚与堆积；部分海区失去海水，使得海水发生辐散。 （2）在海水的辐聚区海水必然下沉，而辐散区的海水必然上升， 相互间的海水进行水平方向的补充流动就形成补偿流。 （3）深层海水的这种向上涌升的垂向运动就称为上升流或涌升流 ，反之，海水自上向下的垂向流动就称为下降流。两者有时合称 为升降流。 （4）由风海流引起海水的垂向运动及水平方向的补偿流等现象也 称为风海流的负效应。
对于有限深度的海域，由于海 底摩擦的作用，使流速矢量的 偏向与无限深海漂流有所差别 ，并随水深发生变化。
图为：不同水深的埃克曼螺 旋线在水平面上的投影。由 图可见，随水深变浅，各层 流速矢量变得趋近于风向。
风海流表面流速矢量与风向间夹角α随水深h与摩擦深度D 之比 值(h/D)的变化情况。
其总的变化规律是随水深减小，表面风海流的偏向角在减 小。在水深极小时，风海流的流向将基本与风向同向。 水深达到摩擦深度的一半时，其埃克曼螺旋线与 无限深海的相接近，可近似为无限深海。 我国南海的表层洋流具有风海流的性质，流向随季 风的变化发生逆转。
1、无限深海漂流理论
埃克曼(Ekman)首先在理 论上论证了上述现象，推导 了相关公式，提出了无限深 海漂流理论，为风生海流理 论奠定了基础。
（1）基本假定： A 稳定风场的长时间作用 B 无边的深海海面，海水密度均匀，海面水平 C 不考虑科氏力随纬度的变化， D 只考虑由铅直湍流导致的水平湍切应力 E 假定铅直湍流粘滞系数Kz为常量
3、上升流作用：
使得深层的丰富营养盐不断被带入海洋表层，极大地促 进了表层海洋生物的生长繁殖，对提高海洋生产力与形 成优秀的渔场意义重大
舟山渔场
《海洋工程环境学》
第五章 海 流
船舶工程学院 赵彬彬 讲师
§5.4 地转流与风海流 本节内容：
§5.4.1、地转流 §5.4.2、风海流 §5.4.3、升降流
§5.4. 1、地转流
1、概念：
地转流：海水仅在水平压强梯度力与地转偏向力的平衡 作用下所作的定常稳定流动 。
2、运动特征：
海水并不沿压强梯度力的作用方向运动，而是在地转 偏向力的作用下逐渐改变运动方向，直至两力反向平衡 处于稳定运动状态。
2、升降流产生的原因：
（1） 近海，是由于受到与岸平行的风持续吹刮的作用，造成岸 边海水的辐聚或辐散而引起
（2） 远海，不均匀强风场以及强大的气旋与反气旋 。在北半球，热带气旋中心会形成上升流，反气旋中 心会形成下降流。 （3）赤道上升流的产生，是因为赤道两侧的信风相 对稳定的吹刮引起海水体积反向运输，造成赤道表层 海水的流失，其他海区的海水来补充而形成上升流。
（2）定解问题建立 （风向沿y向） 其运动方程为：
海面风应力为：
边界条件为：
z 时, u v 0
（3）求解结果 漂流速度分量为
式中：a
2
sin
Kz
，V0 u v
2 2
y
2 K z sin
为表面流速
ห้องสมุดไป่ตู้
定义 D
a
Kz ，称为摩擦深度或 Ekman 深度 sin | |