物理海洋
物理海洋--整理
....... 第四章 水团分析
第一节 水团的基本概念和术语 水团：是在一定的时期中形成于同一源地的、一定体积的水体，在同一水团内，主要海 洋学特征（温度、盐度等）在空间上具有相对的均一性，在时间上具有大体一致的变化 趋势，与其周围海水的物理、化学性质及其变化规律存在明显差异。 核心，边界，强度，形成和变性，运动和海流
可从纬向，经向，区域，垂向各个方面讨论。 大洋密度的时间变化 密度跃层（温度跃层）：春季形成，夏季强盛，秋冬衰亡。
第六节 海洋温度、盐度、密度的细微结构 双扩散对流：当高温高盐水和低温低盐水重叠且呈稳定层结时，若上下密度差异小，由 于分子热传导效应比盐度扩散效应强得多，则上层海水因失热较快而冷却下沉，下层则 因受热较快而增温上升，于是形成双扩散对流。 盐指：由于双扩散对流，而在界面上出现的簇状小长柱结构。 多层阶梯状结构：界面上下的水层，因升降盐指的搅拌而趋于均匀，逐渐形成多层阶梯 状结构。
小。 渗透压：渗透作用达到平衡状态时，膜两侧的压力之差。 粘度：相邻水层之间存在相对运动，由于分子不规则运动，产生动量传递，从而形成切 应力。
第一节 海洋热平衡分量
第三章 海洋表面热平衡和水平衡
穿过海表面热交换的四个过程：
来自太阳的短波辐射 ——太阳辐射能
大气与海洋之间的长波（红外光部分）辐射热交换 ——有效回辐射
混合层（从海面向下到几十米水层）， 风使该层海水充分混合，维持同温度
温跃层（混合层下温度骤变区），因季节 而异
位温：海水微团从海洋某一深处（压强为 p）绝热上升到海面（压强为一个标准大气压） 时所具有的温度。（为了便于大洋环流研究，需用某些保守量来标记水块，即其特性不 涉及能量交换，因此引入位温。） 第四节 盐度 绝对盐度：海水中溶解物质质量与海水质量的比值。 1978 年实用盐标：在 1 标准大气压下，15℃的环境温度下，海水样品与标准 KCL 溶液
物理海洋复试题及答案
物理海洋复试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 海洋中水的密度主要取决于以下哪个因素？A. 温度B. 盐度C. 压力D. 所有以上因素答案：D2. 潮汐能是由哪种力产生的？A. 月球引力B. 太阳引力C. 地球自转D. 地球公转答案：A3. 以下哪个不是海洋环流的主要驱动力？A. 风B. 温差C. 盐差D. 地球重力答案：D4. 哪种海洋现象与地球自转有关？A. 潮汐B. 洋流C. 波浪D. 海啸5. 深海中的生物通常适应了哪种环境？A. 高盐度B. 高压力C. 低温D. 高光照答案：B6. 以下哪个是海洋生态系统中的主要生产者？A. 浮游动物B. 浮游植物C. 海藻D. 鱼类答案：B7. 哪种海洋生物是海洋食物链的顶级捕食者？A. 鲸鱼B. 海豚C. 鲨鱼D. 海龟答案：C8. 海洋酸化是由于哪种气体的增加导致的？A. 二氧化碳B. 甲烷C. 氮氧化物D. 硫氧化物答案：A9. 哪种海洋现象与地球磁场有关？B. 洋流C. 极光D. 地震答案：C10. 以下哪个是海洋污染的主要来源？A. 工业排放B. 农业排放C. 船舶泄漏D. 所有以上因素答案：D二、填空题（每题2分，共20分）1. 海洋中的_________层是生物活动最频繁的区域。
答案：表层2. 地球上最大的洋流系统是_________。
答案：大西洋环流3. 海洋中的_________是海洋生态系统中重要的能量来源。
答案：浮游植物4. 深海中的生物通常具有_________的适应性。
答案：高压5. 潮汐能是一种_________能源。
答案：可再生6. 海洋中的_________是海洋生物多样性的重要指标。
答案：珊瑚礁7. 地球的自转会导致_________现象。
答案：科里奥利效应8. 海洋酸化会导致_________的减少。
答案：碳酸钙9. 深海中的_________是生物适应高压环境的典型例子。
答案：深海鱼类10. 人类活动是导致海洋_________的主要原因。
物理海洋学
第四章名词解释：压强梯度力单位质量水体所受的静压力合力Coriolis力由于选取旋转坐标系以缓慢地球作为参考系而产生虚假的力。
雷诺应力Rossby数Ekman数纵横比静力近似Boussinesq尺度分析：第一二三个方程表示xyz轴运动方程第四个是连续方程第五个是盐度方程第六个是温度方程第七个是密度方程第五章大洋表层环流有2个最显著的特点：第一，在北半球，环流沿顺时针方向流动；在南半球，环流沿逆时针方向流动。
第二，第二，海洋环流在东、西边界附近是很不对称的。
一、西向强化现象：海洋上层的大洋环流是由一些流环所组成的，在副热带处的流环，其流速东西不对称，在狭窄的西海岸边界层中，海流速度特别强，这就是西向强化现象，是大洋环流的最突出的特征。
二、海流成因：风应力， 1000m 以浅； 热盐效应， 1000m 以深三、地转流：当不考虑海面风的作用时，远离沿岸的大洋中部的大尺度海水流动，基本上是接近水平的，并近似认为流动是定常的，科氏力与压强梯度力相平衡的产物。
四、倾斜流：均匀密度场中的地转流称为倾斜流，流速不随深度变化梯度流：非均匀密度场中的地转流称为梯度流，流速随深度增加而减小六、涡度：是指流体的旋转。
行星涡度：地球上的任何物体，包括海洋、大气、碗中的水，都跟随地球一起旋转。
这种旋转是行星涡度。
相对涡度：海洋、大气由于风、流而产生相对地球的旋转。
绝对涡度：＝行星涡度＋相对涡度位势涡度(potential vorticity)：绝对涡度/水柱长度七、稳定的风作用于海面，会在海洋上层产生一个薄薄的边界层--- Ekman 层；同样在海底、大气的底部也会产生Ekman 边界层。
海面的Ekman 层有以下重要特点：方向：在北半球，沿风向右偏45度；大小：表层最大；深度：大约30－400m ，依赖风速、纬度；八、Ekman 抽吸，是由风空间分布不均匀所驱动的垂直流动，也驱动海洋内部地转流。
九、Ekman 螺旋: 漂流的大小和方向随深度而变化，连接各层流矢量的端点所构成的曲线为Ekman 螺旋，而它在水平面上的投影为Ekman 螺线。
(描述性物理海洋学)第1章 导论
§1-2 物理海洋学现象
（4）海洋的层化特性
• 海洋的层化是指海洋的密度具有明显的分层特性， 即在密度在垂直方向上有明显的变化，而在水平 方向上却保持很大尺度上的一致性。层化既包括 海洋跃层所体现的分层效应，也包括密度在垂直 方向上连续的变化，称为连续层化。 • 海洋层化的物理基础是所谓的静力稳定性，即密 度自上而下由小变大。形象地讲，如果将一团海 水绝热地向上移动，如果其密度比周边流体高就 是静力稳定的，否则就是静力不稳定的。
§1-2 物理海洋学现象
（2）海洋观测的主要手段
• 现场观测手段：船载仪器、浮标、潜标、自航式 • 遥感遥测手段：卫星、飞机、雷达 • 海洋观测的手段种类很多，也有不同的划分方式。 其实，人类在发展海洋观测手段时只是动用一切 已经掌握的知识，想方设法去满足观测需要，并 没有参考各种分类的方法。观测手段的分类只是 人类对各种观测手段的总结。
§1-2 物理海洋学现象
扰动的方法论价值
• 其实，除了上述扰动之外，海洋中存在许许多多其他 形式的扰动，如：河流入海形成的浮力扰动，海底地 震形成的能量扰动，船舶航行对海水形成的扰动等等。 • 从另外的意义讲，扰动是相对与没有扰动的理想状态 比较而言的，是人们认识事物的需要，扰动并不是不 可或缺的概念。如果我们把海洋及其驱动因素都看成 是动态的，也就无所谓扰动。扰动实际上也是现象， 是海洋现象的一部分。引入扰动概念的主要价值是有 助于对海洋变化机制的认识，有利于人们从错综复杂 的现象中提取出机制方面的信息，有利于人们采用抽 象的方法认识海洋。
（5）物理海洋学的主要过程
余流
潮汐
混合
内部调整
扩散
惯性运动
波动
能量传输
周期性 变化
年周期 变化
物理海洋(知识点)
内容1.知识点：潮汐现象是海洋中普遍存在的自然现象，是海水在天体（主要是月球和太阳）引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面的升降称为潮汐，而海水在水平方向的周期性流动称为潮流。
2.知识点：通常把由北赤道流和南赤道流跨过赤道的部分组成的、沿南美北岸的流动称为圭亚那流和小安的列斯流，经尤卡坦海峡进入墨西哥湾以后称为佛罗里达流，佛罗里达流经佛罗里达海峡进入大西洋后与安的列斯流汇合处视为湾流的起点。
此后它沿北美陆坡北上，到35°N附近，离岸向东，直到45°W附近的格兰德滩以南，海流都保持在比较狭窄的水带内，此段称之为湾流。
湾流是世界海洋中流速最大、影响深度最深的最强大的暖流。
3.知识点：水色三要素为总悬浮物、叶绿素和黄色物质。
4.知识点：当月相为新月、满月时，月球、太阳和地球在一条直线上，两天体产生的天体引潮力方向相同，使潮汐增强，潮差出现极大值，称为天文大潮或朔望潮；当月相为上、下弦月时，月球和太阳引潮力方向接近正交，几乎没有叠加效应，故潮差达极小值，称为小潮或方照潮。
5.知识点：海水的比热容是1千克海水温度升高1℃所吸收的热量。
海水比热容较大，是空气的4倍。
由于海水密度远大于空气密度，1立方米海水温度变化1℃的热量，能使大约3100立方米大气产生1℃的变化，因此海洋水温较气温变化缓慢滞后，其日变化幅度远小于气温的日变化。
6.知识点：地球表面上平均温度最高的纬向带状称之为热赤道，平均在7°N左右。
7.知识点：同10题。
8.知识点：太平洋和大西洋上层南北副热带海区均存在一反气旋式水平环流，在亚北极海域存在一气旋式水平环流。
在副热带流环中，在大洋的西边界处出现海流流幅变窄，流层加厚和流速增大的现象，称之为西向强化。
该处的海流称之为西边界流，是海洋中的强流区。
北半球的西向强化现象比南半球更为显著，即北半球的西边界流强于南半球。
黑潮和湾流分别是北太平洋和北大西洋中的西边界流，也是两大洋中最强的洋流。
物理海洋学PPT
海洋环境 污染
染物质进入海洋,超过海洋的自净能力,造成海洋环境污染。
富集作用危害人 健康（水俣病）
导致海洋生 物畸形
污染物
来源
自净
危害
物种减少， 危害食物源
石油 污染
♥ 海洋环境污染及生态破坏
集中区域： 沿海水域 海上运输航道沿线
主要原因： 沿海石油工业 | 海上运输 海上采油 | 游船泄漏
石油 污染
危害方式： 油膜覆盖在海洋表面，阻断海洋空气 之间气体交换毒素，降低了水生植物 的光合作用
危害后果： 破坏海洋生态 危害渔业生产 破坏海滨娱乐场所 使整个海岸环境退化
如果我们再不作为 有一天……
还大海一片蔚蓝 给未来一线生机
海洋给予 我们
调节气候
♥ 海洋环境污染及生态破坏
海洋环境 污染
染物质进入海洋,超过海洋的自净能力,造成海洋环境污染。
污染物 来源 自净 危害
♥ 自净过程 海水的扩散,稀释,氧化,沉降,生物分解等作用逐渐 分解和消化废物
♥ 海水运动的作用 加快海水净化速度,但促使污染范围扩大
♥ 海洋环境污染及生态破坏
♥ 目录
♥ 海洋简介
地球表面被陆地分隔为彼此相通的广大水域称为海 洋，其总面积约占地球表面积的71%，海洋中含有 十三亿五千多万立方千米的水，约占地球上总水量 的97%。
主要有四个大洋为太平洋、大西洋和印度洋、北冰 洋，大部分以陆地和海底地形线为界。目前为止， 人类已探索的海洋仅仅只有5%，还有95%的还是 未知区域。
♥ 海洋资源的开发与利用
海洋资源
指赋存于海洋环境中 可以被人类利用的物 质和能量以及与海洋 开发有关的海洋空间
属性分类
生物资源 海洋能源 矿产资源 空间资源 海水资源
物理海洋实验的概述
物理海洋实验讲义海洋环境学院2008年3月目录物理海洋实验的概述物理海洋实验的基本设备实验1 风浪水槽平均风速测量实验2 水槽风浪波面位移的测量和分析实验3 海-气边界层的测量和分析实验4 水下压力波动的测量与分析实验5 科氏力实验实验6 泰勒柱实验实验7 Rossby波的实验模拟物理海洋实验的概述一．引言众所周知，物理海洋学是流体力学的一个重要分支，是研究海洋流体和地球流体动力过程的一门学科。
物理海洋学本身又是以应用和实践为主的学科，其研究方法可分为理论研究、数值模拟、实验研究和海洋调查。
各者互为补充，又不可代替。
其中实验研究是物理海洋学的不可忽略的重要组成部分。
它的研究范围遍及物理海洋学的各个领域，对物理海洋学地发展起着关键性的作用。
二．物理海洋实验和海洋调查从广义上讲，现场海洋调查也属于实验研究的范畴，所不同是，海洋调查直接探测的对象是真实的海洋，而实验研究大多在实验室模拟环境下进行。
海洋现场调查是研究海洋的重要方法，是直接获取海洋资料的主要途径。
但是海洋调查有局限性：1）属于被动观测，无法控制环境条件，无法重复现象和过程。
2）对于有些非静态的变化过程或者大尺度现象，仅靠有限的海上单点时间序列的现场观测是无法全面了解的。
3）近代海洋卫星遥感技术虽然可以大范围观测海洋，但是对于海洋内部的过程仍然无法直接观测到。
4）海上条件复杂和恶劣，且观测费用昂贵，不易采用系统的和精密的、重复的观测手段。
相比之下，实验室物理模拟研究的优点是：1）可以控制实验条件，如背景风和背景流。
2）可以重复再现海洋现象和过程；3）可以运用各种先进技术手段，精细的、全面的观测；4）可以观察到现象的内部规律，比如内波、毛细波、Rossby波、海洋湍流、贴水面边界层、水下水质点运动等等。
三．物理海洋实验研究的主要任务1．研究海洋运动中的新现象和相应的基本规律，探索相应的基本规律在物理海洋学研究的许多分支中心的发现和重大研究成果不断涌现。
物理海洋学在海底地形与地壳运动研究中的应用
物理海洋学在海底地形与地壳运动研究中的应用物理海洋学是研究海洋中的物理过程和现象的学科。
它运用物理学原理和方法，通过对海水性质、海底地形以及地壳运动等方面的研究，为我们了解海洋的运动、结构和地理现象提供了重要的帮助。
本文将介绍物理海洋学在海底地形与地壳运动研究中的应用。
一、海洋地球物理方法1.1 电磁法电磁法是通过测量电磁场的变化来研究地下结构的一种方法。
在海洋地球物理研究中，电磁法经常被用来研究海底地形和地壳运动。
通过测量水下电磁场的变化，可以推断出海底地形的特征，如海山、海沟等。
同时，电磁法还可以探测地壳运动，通过监测水中电磁场的变化，可以了解海底的地壳运动特征，如海底地震活动、地壳运动模式等。
1.2 引力法引力法是通过测量地球上不同位置的重力场强度来研究地下结构的一种方法。
在海底地形和地壳运动研究中，引力法被广泛应用。
通过测量不同位置的重力场强度变化，可以了解海底地形的特征，如海底山脉、海沟等。
同时，引力法还可以研究地壳的垂直运动，通过监测重力场的变化，可以推断出地壳下沉或隆起的情况，从而了解地壳的运动变化。
二、声学方法2.1 声纳测深声纳测深是一种利用声波在水中传播的原理来测量水深的方法。
在海洋地形研究中，声纳测深被广泛应用。
通过发射声波并测量声波从发射到接收所经历的时间，可以计算出水深。
通过大量的声纳测深数据，可以构建海洋地形的数字模型，为海底地形的研究提供数据基础。
2.2 SONAR技术SONAR技术是通过发射声波并接收其回波来探测和测量远距离物体的一种技术。
在海洋研究中，SONAR技术常常被用来研究海底地形。
通过发射声波并记录回波的特征，可以生成海底地形的三维图像，进而了解海底地形的细节和特征。
三、地磁方法地磁方法是利用地球磁场的变化来研究地下结构和地壳运动的一种方法。
在海底地形与地壳运动研究中，地磁方法常常被用来研究海底地形的变化和地壳运动的模式。
通过监测水下地磁场的变化，可以了解海底地形的特征，如海底山脉、海沟等。
物理海洋学 艾克曼关系式
物理海洋学艾克曼关系式
艾克曼关系式，也被称为艾克曼螺旋或埃克曼螺线，是物理海洋学中的一个重要概念。
这个关系式是由瑞典海洋物理学家Vagn Walfrid Ekman在1905年提出的，用于描述边界层内风矢随高度变化的一种模式分布。
根据艾克曼螺旋理论，风向随高度增大而向右转（在北半球），风速随高度增加而增大。
不同高度的风矢末端的连线形成一条螺线，这就是所谓的埃克曼螺线。
这一现象在海洋学中被广泛研究和应用，特别是在研究海洋环流和气候变化等方面。
艾克曼螺旋与海洋中的流动现象密切相关，其中最为著名的是艾克曼输运（Ekman transport）。
艾克曼输运是指由于地球自转效应和科里奥利力（Coriolis force）的作用，风应力在海洋边界层内产生的向右偏转的流动。
这种流动会导致海水在水平方向上产生净输送量，进而影响海洋环流的格局和气候变化。
艾克曼关系式在物理海洋学中的应用非常广泛，它不仅帮助我们理解了海洋中的流动现象和环流格局，还为研究气候变化和预测天气提供了重要的参考依据。
通过深入研究艾克曼螺旋和艾克曼输运等物理过程，我们可以更好地认识和理解海洋与大气之间的相互作用及其对地球环境的影响。
物理海洋学 第二章 海水的物理性质
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11
涡动
12
13
第三节 海水的力学性质
分子粘性对海-气界面物质交换过程非常重 要。
二、海水的渗透压 • 海水的渗透压（osmotic pressure）—
—被半渗透膜（水分子可通过，但盐分 子不能通过）分开的海水和淡水，由于 淡水一侧的水慢慢地渗向海水一侧，使 得海水一侧的压力增大，直到达到平衡 状态，此时膜两边的压力差。 海水渗透压随海水盐度的增高而增大。 海洋生物的细胞壁是一种半透膜。渗透压 对于海洋生物的生存十分重要。
小。
绝热温度梯度——海水绝热温度变化随压
海水压缩系数一般很小。海水被看做是不 力（深度）的变化率。海洋的绝热温度梯
可压缩流体。
度平均为0.11℃/km。
海水运动研究中重要的物理假设，使方程 在分析深海区的水温铅直结构时，不可忽
得到简化。
视绝热变化的影响。
在比较不同深处的海水温度时，不宜仅看 现场温度值来判断。
海冰限制了海洋向大气输送热量，使得海 洋的蒸发失热大为减少，从而形成海洋保 护层。
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六、海冰的分布
南半球冰界以9月为最大，3月为最小，多为2-3米
海冰具有显著的季节和年际变化。
厚的“一冬冰”。
北半球冰界以3-4月为最大，8-9月为最小。流冰 群主要围绕洋盆边缘流动，多为3-4米厚的多年冰。
南极洲是世界上最大的天然冰库，占全球冰雪总 量的90%以上。
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三、海水的压缩系数
四、海水的绝热变化
• 压缩系数（compression coefficient）： 1、海水的绝热变化
单位体积的海水，当压力增加1MPa时， 其体积的负增量。
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2.Floats have lots of sensors, the most important sensors are Temp. Sal.(cond) and depth.
3.Floats stay at a certain depth to keep their moving.About 1000m.
What is Argo?
and How to work?
Current Status about Argo
The broad-scale global array of temperature/salinity profiling floats, known as Argo, has
already grown to be a major component of the ocean observing system. Argo is a standard to which other developing ocean observing systems can look to. For example, Argo offers ideas on various topics such as how to collaborate internationally, how to develop a data management system and how to change the way scientists think about collecting data. Deployments began in 2000 and continue today at the rate of about 800 per year.
describe with my own concept
Argo is a ocean oberseving project. We put thousands of floats into the ocean and get the
data.
What is Argo?
What is Argo?
freshwater storage and transport.
The data will enhance the value of the Jason altimeter through measurement of subsurface temperature, salinity, and velocity, with sufficient coverage and resolution to
How to work?
How t surface
How to work?
Thanks
4.Moving after a certain time, they dive to the depth of 2000m, then go up to the surface.Get
the data of that spot, Temp,cond,change with depth in this 2000m's distance.
Argo's objectives
Get data Cooperate with Jason Data is useful
What is Argo?
How to work?
1.Floats can change their buoyance， so they can go up and down.
A primary focus of Argo is to document seasonal to decadal climate variability and to aid
our understanding of its predictability. A wide range of applications for high-quality global ocean analyses is anticipated.
El Niño and Argo
Argo's objectives
It will provide a quantitative description of the changing state of the upper ocean and the patterns of ocean climate variability from months to decades, including heat and
permit interpretation of altimetric sea surface height variability.
Argo data will be used for initializing ocean and coupled ocean-atmosphere forecast models, for data assimilation and for model testing.