第五章 海洋环流
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中国近海区域海洋学：第五章 中国近海的水团和环流
第五章 中国近海的水团和环流
1 中国近海水团 2 中国近海环流
教学要求
• 掌握T-S点聚的水团分析方法 • 了解各海区主要水团与特征、浅海水团变性 • 了解环流定义与影响因子 • 掌握各海区环流季节变化特征 • 了解环流与水交换、污染物输运的关系。
第一节 中国近海水团
➢概论 ➢沿岸水系 ➢外海水系 ➢混合水系
水团的扩展可以反映流系 水团还可以指示生物分布，对渔业有指导意义
1.1 概论
中国海主要水团 沿岸水系：径流与海水混合，低盐为主要特征，地理 位置命名
混合水系：二者混合变性产生
外海水系：黑潮水，东海黑潮，菲律宾海入侵，琉球 岛链入侵
T-S点聚图
1.1 概论
夏季代表性水团的TS图
渤黄东海TS图特征
TS曲线反S形，夏季表层汇聚 性差 夏季四层：表层、次表层、中 层、深层 冬季三层：上层、中层、深层 （风混合） 入侵并影响混合水系的主要是 表层和次表层
1.3 外海水系
东海黑潮表层水： 100m左右，冬季200m 高温、高pH、低P、低Si、高透明度、高水色 夏季28-29degC；34.00-34.50 冬季18-24.5degC；34.50-34.80（与次表层混 合增盐） 存在指示种
第二节 中国近海环流
➢环流 ➢沿岸流系 ➢外海流系
2.1 环流
Space and time scales of physical oceanographic processes.
2.1 环流
海流
海流，通常指范围较大、相对稳定的水平和垂直方 向的非周期性流动。
环流，一个海区内各种海水组成的“总循环”模式
水型与水系
1.1 概论
水型：温盐均匀，T-S点聚图上可以用单点表示的 水体 水系：由某一总体所分离出的一部分海水，并假 定同其本身固有的特性相一致
1 中国近海水团 2 中国近海环流
教学要求
• 掌握T-S点聚的水团分析方法 • 了解各海区主要水团与特征、浅海水团变性 • 了解环流定义与影响因子 • 掌握各海区环流季节变化特征 • 了解环流与水交换、污染物输运的关系。
第一节 中国近海水团
➢概论 ➢沿岸水系 ➢外海水系 ➢混合水系
水团的扩展可以反映流系 水团还可以指示生物分布，对渔业有指导意义
1.1 概论
中国海主要水团 沿岸水系：径流与海水混合，低盐为主要特征，地理 位置命名
混合水系：二者混合变性产生
外海水系：黑潮水，东海黑潮，菲律宾海入侵，琉球 岛链入侵
T-S点聚图
1.1 概论
夏季代表性水团的TS图
渤黄东海TS图特征
TS曲线反S形，夏季表层汇聚 性差 夏季四层：表层、次表层、中 层、深层 冬季三层：上层、中层、深层 （风混合） 入侵并影响混合水系的主要是 表层和次表层
1.3 外海水系
东海黑潮表层水： 100m左右，冬季200m 高温、高pH、低P、低Si、高透明度、高水色 夏季28-29degC；34.00-34.50 冬季18-24.5degC；34.50-34.80（与次表层混 合增盐） 存在指示种
第二节 中国近海环流
➢环流 ➢沿岸流系 ➢外海流系
2.1 环流
Space and time scales of physical oceanographic processes.
2.1 环流
海流
海流，通常指范围较大、相对稳定的水平和垂直方 向的非周期性流动。
环流，一个海区内各种海水组成的“总循环”模式
水型与水系
1.1 概论
水型：温盐均匀，T-S点聚图上可以用单点表示的 水体 水系：由某一总体所分离出的一部分海水，并假 定同其本身固有的特性相一致
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).
《大洋环流》课件
大洋环流的形成原因
1 热力驱动原因
区域温度的差异引起水的 密度变化，产生大气对大 洋水体的加热或冷却，从 而引发大洋环流。
2 风力驱动原因
地球表面地形和气压变化 改变了风的方向和速度， 形成了一些区域性的、周 期性或暂时性的洋流。
3 密度驱动原因
溶质、温度、盐度等因素 经过调节造成水的密度变 化，导致大洋环流形成。
大洋环流
在地球几乎70%的表面上，有着广阔的海洋，大洋环流是其中的一个重要组成 部分。人类利用大洋环流进行了丰富的海洋文化建设、物资经济管理、海洋 环保投入等海洋科技研究和大气环流研究。
《大洋环流》PPT课件
大洋环流是地球上重要的水循环系统之一，通过气候、风、地球自转等多种 因素的作用，影响着我们所生活的世界。
地球大洋环流分类
表面大洋环流
由气候、地球自转和风力作用形成，负责在热带和 亚热带的海域之间循环。
深层大洋环流
海水深度达到3000米以下的地球内部环流，与表面 大气和海洋运动形成独立循环系统。
大洋环流的观测和研究方法
浮标观测技术
通过浮标的轨迹及其温、盐度数据来研究探险对象的运动特征，航海器和浮标之间能够时刻 保持联络。
卫星遥感技术
利用卫星遥感技术获取目标海域的海水表面温度、盐度等多种信息，研究对象的运动规律， 并结合气象数据分析气候变化。
计算机模拟方法
通过计算机建立复杂的海洋环流模型，进行数值模拟和预测，可模拟和探索各种气候、天气 及海洋相关的科学问题。
大洋环流对气候的影响
1
大气环流的形成和变化
2
大气环流与大洋环流密切相关，大洋环
流与海洋转运和气候变化有关。
3
全球热量输送
大洋环流作为水-气交换的重要载体，将 能量有效输送到全球各地，制约着气候 变化的趋势。
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
海洋环流复习
z
z
U 0
0
y
u 0
0
y
z
u 0 z
H
z
L
U 0
H u 0 z
y
u g
为什么流速强？
z f y
46
第六节 泰勒-普劳德曼定理
• 涡度方程中如果运动达到定常状态，同时外力作用可以
忽略（大尺度运动），斜压项为0（正压流体）：
•
忽略相对涡dd度t0a ： a
u
a
u
p 2
F
f
u
加纳利上升流系统
普遍存在
V U
安哥拉海流
印度洋的季风与环流
南赤道流都有 印度洋不会到达赤道以北 赤道上有夏季西南季风流 冬季东北赤道 流 太、西在赤道以北 冬季赤道逆流只有 一条 西边界夏季索马里海流
南部的环流型，在总的特征上与南太平洋和南大西洋 的环流型相似，而北部则为季风型环流，冬夏两半年 环流方向相反。
阿古拉斯海流
• 位于30°S以南，世界上最强的海流之一，季节变 化较小
• 平均流速1.6 m/s，最大可达2.5 m/s • 流量31°S约为70 Sv，向南逐渐增加，35°S达到
95～135 Sv • 存在上升流，与风应力无关，而与等温线倾斜程
度有关
非洲南岸存在着
强大的西向阿古
拉斯海流，根据
热成风关系南半
(
du
2
u)
p
F
dt
科氏力总是和
离心力包含在
运动方向垂直
有势力里面
旋转坐标系下的运动方程和非旋转坐标系下的方程
相比，多了惯性力项，特别是科氏力的出现，使得 旋转坐标系下的运动更具特点
海洋科学导论第五章
湾流
西边界流 湾流系统： 佛罗里达海流 湾流 北大西洋海流
右侧：温暖低密 左侧：低温高密
年变化 夏强冬弱
非周期性变化 ——弯曲现象
弯曲与主流断离----独立涡旋 左侧暖涡，右侧冷涡
（二）、太平洋的表面环流
亚北极海流 寒流 阿拉斯加海流 暖流
亲潮 寒流
北太平洋流 暖流
黑潮 暖流 北赤道流 暖流
30.7
流速的大小，与等值线倾斜的程度成正比
T
22.5℃ 22.6℃ 22.7℃ 22.8℃ 22.9℃ 23.0℃
S
33.2 33.3 33.4 33.5 33.6 33.7 33.8
三、地转流 海水密度均匀，等压面(海面)---等势面倾斜β角
Fz
Fx
β
fc
g
∵
Fx=gtgβ
fc=2ωvsinф
3、北半球强大的 西边界流；
4、主涡旋北部有小的 气旋式环流；
5、西风漂流绕南极大 陆流动；
6、南极大陆附近东 风漂流。
三、各大洋的表层环流 (一)大西洋
东格陵兰海流 寒流 拉布拉多海流
寒流
北大西洋流 暖流
湾流
暖流
加那利海流 寒流
北赤道流 暖流
南赤道流
暖流
巴西海流
暖流
本格拉海流 寒流 西风漂流 寒流
∴ gtgβ=2ωvsinф
地转流的速率 v g tg 2sin
y x
-z
北半球 顺流而立，右方高
南半球相反
四、地形对海流的影响 隆起地形： 北半球 上坡，向右偏转（顺时针） 下坡，向左偏转（逆时针）
南半球方向相反
第三节、风海流 一、风海流的受力分析
1、风的切应力 2、地转偏向力 3、下层海水阻力
海洋环流
第五章海洋环流概述（Summary）一、定义及分类（Definition&Type）1.海流(Oceancurrent)：海水大规模相对稳定的流动。
2.分类(Type)：按成因分：密度流(densitycurrent)，风海流(windcurrent)，补偿流(compensationcurrent)；按受力分：地转流(geostrophicflow)、惯性流；按发生区域：赤道流(equatorialcurrent)，陆架流，东西边界流(eastern/westernboundarycurrent)等；按运动方向：上升流(upwelling)，下降流(downwelling)；按海流温度与周围海水温度差异分：寒流，暖流等二、研究意义（Significance）国防，航运，渔业，气候三、影响和产生海流的力（Causesofcurrent）引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，引潮力海水运动后派生的力：科氏力(Coriolisforce)，摩擦力(frictionforce)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。
与纬度和海水深度有关:海面上赤道到极地差为0.052m/平方米,在中纬度，海面与10km深处的差为0.031m/平方米。
因此，在海洋研究中，一般视其为常数9.8m/平方米重力势(potentialofgravity)：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。
处处与重力垂直的面称水平面。
海平面(sealevel)：海洋表面的平均位置。
2、压强梯度力：等压面：压强相等的面。
压强梯度力：水体所受静压力的合力：f=f1-f2=P·A-(P+△P)·AP·A单位质量水体所受的静压力的合力：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。
流体静力学方程：正压场：等压面与等势面平行斜压场：等压面相对等势面发生倾斜时。
海洋科学导论 第五章
西风漂流 寒流
寒流
湾流
西边界流 湾流系统： 佛罗里达海流 湾流
北大西洋海流
右侧：温暖低密
左侧：低温高密
年变化 夏强冬弱
非周期性变化
——弯曲现象
弯曲与主流断离----独立涡旋
左侧暖涡，右侧冷涡
（二）、太平洋的表面环流
亚北极海流 寒流 阿拉斯加海流 暖流 亲潮 寒流 北太平洋流 暖流 黑潮 暖流 北赤道流 暖流 加利福尼亚海流 寒流
1958年，英国 斯罗华
二、大洋表面环流
成因：
风、大洋的位置、海陆分布形态、地转偏向力的 综合作用。
一、气压风的地理分布 1、赤道无风带：
空气----上升运动 10°N附近
信风带
赤道无风带
信风带
2、信风带：
30-35°：副热带高压 N信风：东北向 S信风：东南向 赤道低压
3、盛行西风带：
盛行西风带 信风带
风摩擦深度和底摩擦深度形成两个相反 方向的海水运输----垂直环流 。
一边---下降流，另一边---上升流
环流水层：200-300m
风向与岸成21.5°，产生的升降流最大。
纬度愈低，升降流愈强
升降流形成的其他因素： 北半球
顺时针环流 反时针环流 气旋 反气旋
中央
下降流 上升流 上升流 下降流
海水及海水中的各种物理量和化学量循环于世界大洋的 自然现象。(广义)
一、大洋环流研究的发展 1、风生大洋环流理论 西向强化： 大洋西岸流线密集、流速大
北太平洋黑潮
北大西洋湾流 印度洋莫桑比克流
斯托梅尔(H.Stommel) ： 地转偏向力随纬度变化，大洋东西两侧海水的旋转方向 不同，所受力的旋度就不同 。
0.0127 v u sin
寒流
湾流
西边界流 湾流系统： 佛罗里达海流 湾流
北大西洋海流
右侧：温暖低密
左侧：低温高密
年变化 夏强冬弱
非周期性变化
——弯曲现象
弯曲与主流断离----独立涡旋
左侧暖涡，右侧冷涡
（二）、太平洋的表面环流
亚北极海流 寒流 阿拉斯加海流 暖流 亲潮 寒流 北太平洋流 暖流 黑潮 暖流 北赤道流 暖流 加利福尼亚海流 寒流
1958年，英国 斯罗华
二、大洋表面环流
成因：
风、大洋的位置、海陆分布形态、地转偏向力的 综合作用。
一、气压风的地理分布 1、赤道无风带：
空气----上升运动 10°N附近
信风带
赤道无风带
信风带
2、信风带：
30-35°：副热带高压 N信风：东北向 S信风：东南向 赤道低压
3、盛行西风带：
盛行西风带 信风带
风摩擦深度和底摩擦深度形成两个相反 方向的海水运输----垂直环流 。
一边---下降流，另一边---上升流
环流水层：200-300m
风向与岸成21.5°，产生的升降流最大。
纬度愈低，升降流愈强
升降流形成的其他因素： 北半球
顺时针环流 反时针环流 气旋 反气旋
中央
下降流 上升流 上升流 下降流
海水及海水中的各种物理量和化学量循环于世界大洋的 自然现象。(广义)
一、大洋环流研究的发展 1、风生大洋环流理论 西向强化： 大洋西岸流线密集、流速大
北太平洋黑潮
北大西洋湾流 印度洋莫桑比克流
斯托梅尔(H.Stommel) ： 地转偏向力随纬度变化，大洋东西两侧海水的旋转方向 不同，所受力的旋度就不同 。
0.0127 v u sin
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❖ 等势面：位势相等的面叫等势面。静态海洋的表面 是一个等势面。
❖ 用位势米表示位势差：
精品课件
二、受力分析
❖ ２、压强梯度力、海洋压力场 ❖ 等压面：海洋中压力处处相等的面。海面为海压为
０的等压面。 (以往称为一个大气压，平均为 1013.25hPa)。 ❖ 在右手直角坐标系中，坐标原点取在海面，z 轴向 上为正，那么海面以下-z深度上的压力则为
精品课件
二、受力分析
❖ 它与等压面垂直， 且指向压力减小的 方向。
❖ 图5—1a表示了正压 场中压强梯度力与 重力平衡的情况。
❖ 当海水密度不为常 数，此时等压面相 对于等势面将会发 生倾斜，这种压力
精品课件 场称Leabharlann 斜压场。如 图5—1b所示。二、受力分析
精品课件
二、受力分析
❖ 斜压场中压强梯度力一般表达式： ❖ 写成分量形式，即压强梯度力在x，y，z三个方向上
精品课件
§5.2 海流运动方程
❖ 一、运动方程 ❖ 二、受力分析 ❖ 三、连续方程 ❖ 四、边界条件
精品课件
一、运动方程
❖ 所谓海水运动方程，实际就是牛二运动定律在海洋 中的具体应用。
❖ 单位质量海水的运动方程可以写成
❖ 在直角坐标系中，它的三个分量方程为
❖ 只要给出这些力，应用式（5-2）便可了解海水的
第五章 海洋环流
精品课件
§5.1 海流的成因及表示方法
❖ 一、定义及分类 ❖ 二、研究方法 ❖ 三、海流的方向和单位
精品课件
一、定义及分类
❖ 1.海流：海水大规模相对稳定的流动。 ❖ 海洋环流：一般是指海域中的海流形成首尾相接的
相对独立的环流系统或流旋。
❖ 2.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
二、受力分析
❖ ３、地转偏向力（科氏力） ❖ 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。 ❖ 人们把参考坐标取在固定的地表，由于地球不停地
在以平均角速度绕轴线自西向东自转，参考坐标系 也在不断地旋转，因此它是一个非惯性系统。 ❖ 在研究海水运动时，必须引进由于地球自转所产生 的惯性力，方能直接应用牛顿运动定律作为工具， 从而阐明其运动规律。这个力即称为地转偏向力或 称科氏力。
❖ 外压场：外部原因（风、降水、江河径流）引起海 面倾斜产生的压力场。
❖ 总压场：外压场自海面到海底叠加在内压场之上， 一起称为总压场。
❖ 单位换算：在SI单位制中，利用公式dp=-pgdz计 算压力的单位是牛顿每平方米(N/m2)，相当于 100hPa。若以百帕为单位，则有
❖ 联合式（5-10）与式（精5品-课4件），则有
❖ 式中ρ为海水密度。写成微分形式则有
精品课件
❖ 此方程称为流体静力学方程。
二、受力分析
❖ 正压场：在静态的海洋中，当海水密度为常数或者 只是深度的函数时，海洋中压力的变化也只是深度 的函数，此时海洋中的等压面必然是水平的，即与 等势面平行。这种压力场称为正压场。
❖ 压强梯度力：根据牛顿运动定律，当海水静止时， 水质点所受到的合力必然为零。但海水却总是处在 重力的作用之下，且指向下方。由此可以推断，一 定还存在一个与重力方向相反的，与重力量值相等 的力与其平衡。由式(5-6)知，该力为
运动状况。
精品课件
二、受力分析
❖ 作用在海水上的力有多种，归结起来可分为两大类： ❖ 引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，
引潮力。 ❖ 海水运动后派生的力：地转偏向力（Coriolis
Force,亦称为科氏力），摩擦力。
精品课件
二、受力分析
❖ 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，它是地理纬度与从海平面向下 算起深度的函数。其表达式为
赤道为０，越往极地越大。
精品课件
的分量分别为
❖ 内压场，外压场，总压场。
精品课件
二、受力分析
❖ 由式(5—6)知，两等压面之间的铅直距离为
❖ 与海水密度成反比。当海水密度在水平方向上存在 明显差异时，必然导致两等压面之间的距离不等， 使其相对于等势面而发生倾斜。这种由海洋中密度 差异所形成的斜压状态，称为内压场。
精品课件
二、受力分析
❖ 式中ω为地球自转角速度，在海洋中，由于海水的 铅直运动分量ω很小，故通常忽略与ω有关的项， 即简化为
精品课件
❖ 式中 f 2称sin为科氏参量。
二、受力分析
❖ 科氏力的基本性质： ❖ ａ、只有物体相对地球运动时才会产生； ❖ ｂ、北半球垂直作用在运动物体的右方；南半球向
左； ❖ ｃ、只改变运动物体的方向，不改变速度； ❖ ｄ、与运动物体的的速率及地理纬度的正弦成比例，
精品课件
二、受力分析
❖ 定性说明地转效应： ❖ 1、沿经圈运动（从赤道向高纬运动，轨道向东偏
移；从高纬向赤道运动，轨道向西偏移）。 ❖ 2、沿纬圈运动（向东运动，轨道向赤道偏移；向
西运动，轨道向极偏移）。
精品课件
二、受力分析
❖ 实际上由于地球自转所产生的惯性力是三维的。取 x－y 平面在海面上，x 轴指向东为正，y 轴指向北 为正，z 轴向上为正，科氏力的三个分量为
❖ 海面上赤道到极地差为0.052m/平方米，在中纬度， 海面与10km深处的差为0.031m/平方米。因此， 在海洋研究中，一般视其为常数9.8m/平方米。
精品课件
二、受力分析
❖ 海平面：对于静态的海洋，重力处处与海面垂直， 此时的海面称为海平面。处处与重力垂直的面也称 为水平面。
❖ 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。
精品课件
二、研究方法
❖ １、拉格朗日方法，对同一质点在不同时间 的观测
❖ ２、欧拉方法，对不同质点在同一时间的观 测
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三、海流的方向和单位
❖ １、海流流速单位：ｍ／ｓ（SI单位制） ❖ ２、海流流向：指海水流去的方向，正北为
０度。“风来流去” ❖ 绘制海流图时常用箭矢符号，矢量长度表示
流速大小，箭头方向表示流向。 ❖ ３、1纬距＝111.1km=60海里 ❖ 1节＝1海里／小时＝1.85233km/小时
❖ 用位势米表示位势差：
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二、受力分析
❖ ２、压强梯度力、海洋压力场 ❖ 等压面：海洋中压力处处相等的面。海面为海压为
０的等压面。 (以往称为一个大气压，平均为 1013.25hPa)。 ❖ 在右手直角坐标系中，坐标原点取在海面，z 轴向 上为正，那么海面以下-z深度上的压力则为
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二、受力分析
❖ 它与等压面垂直， 且指向压力减小的 方向。
❖ 图5—1a表示了正压 场中压强梯度力与 重力平衡的情况。
❖ 当海水密度不为常 数，此时等压面相 对于等势面将会发 生倾斜，这种压力
精品课件 场称Leabharlann 斜压场。如 图5—1b所示。二、受力分析
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二、受力分析
❖ 斜压场中压强梯度力一般表达式： ❖ 写成分量形式，即压强梯度力在x，y，z三个方向上
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§5.2 海流运动方程
❖ 一、运动方程 ❖ 二、受力分析 ❖ 三、连续方程 ❖ 四、边界条件
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一、运动方程
❖ 所谓海水运动方程，实际就是牛二运动定律在海洋 中的具体应用。
❖ 单位质量海水的运动方程可以写成
❖ 在直角坐标系中，它的三个分量方程为
❖ 只要给出这些力，应用式（5-2）便可了解海水的
第五章 海洋环流
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§5.1 海流的成因及表示方法
❖ 一、定义及分类 ❖ 二、研究方法 ❖ 三、海流的方向和单位
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一、定义及分类
❖ 1.海流：海水大规模相对稳定的流动。 ❖ 海洋环流：一般是指海域中的海流形成首尾相接的
相对独立的环流系统或流旋。
❖ 2.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
二、受力分析
❖ ３、地转偏向力（科氏力） ❖ 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。 ❖ 人们把参考坐标取在固定的地表，由于地球不停地
在以平均角速度绕轴线自西向东自转，参考坐标系 也在不断地旋转，因此它是一个非惯性系统。 ❖ 在研究海水运动时，必须引进由于地球自转所产生 的惯性力，方能直接应用牛顿运动定律作为工具， 从而阐明其运动规律。这个力即称为地转偏向力或 称科氏力。
❖ 外压场：外部原因（风、降水、江河径流）引起海 面倾斜产生的压力场。
❖ 总压场：外压场自海面到海底叠加在内压场之上， 一起称为总压场。
❖ 单位换算：在SI单位制中，利用公式dp=-pgdz计 算压力的单位是牛顿每平方米(N/m2)，相当于 100hPa。若以百帕为单位，则有
❖ 联合式（5-10）与式（精5品-课4件），则有
❖ 式中ρ为海水密度。写成微分形式则有
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❖ 此方程称为流体静力学方程。
二、受力分析
❖ 正压场：在静态的海洋中，当海水密度为常数或者 只是深度的函数时，海洋中压力的变化也只是深度 的函数，此时海洋中的等压面必然是水平的，即与 等势面平行。这种压力场称为正压场。
❖ 压强梯度力：根据牛顿运动定律，当海水静止时， 水质点所受到的合力必然为零。但海水却总是处在 重力的作用之下，且指向下方。由此可以推断，一 定还存在一个与重力方向相反的，与重力量值相等 的力与其平衡。由式(5-6)知，该力为
运动状况。
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二、受力分析
❖ 作用在海水上的力有多种，归结起来可分为两大类： ❖ 引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，
引潮力。 ❖ 海水运动后派生的力：地转偏向力（Coriolis
Force,亦称为科氏力），摩擦力。
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二、受力分析
❖ 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，它是地理纬度与从海平面向下 算起深度的函数。其表达式为
赤道为０，越往极地越大。
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的分量分别为
❖ 内压场，外压场，总压场。
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二、受力分析
❖ 由式(5—6)知，两等压面之间的铅直距离为
❖ 与海水密度成反比。当海水密度在水平方向上存在 明显差异时，必然导致两等压面之间的距离不等， 使其相对于等势面而发生倾斜。这种由海洋中密度 差异所形成的斜压状态，称为内压场。
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二、受力分析
❖ 式中ω为地球自转角速度，在海洋中，由于海水的 铅直运动分量ω很小，故通常忽略与ω有关的项， 即简化为
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❖ 式中 f 2称sin为科氏参量。
二、受力分析
❖ 科氏力的基本性质： ❖ ａ、只有物体相对地球运动时才会产生； ❖ ｂ、北半球垂直作用在运动物体的右方；南半球向
左； ❖ ｃ、只改变运动物体的方向，不改变速度； ❖ ｄ、与运动物体的的速率及地理纬度的正弦成比例，
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二、受力分析
❖ 定性说明地转效应： ❖ 1、沿经圈运动（从赤道向高纬运动，轨道向东偏
移；从高纬向赤道运动，轨道向西偏移）。 ❖ 2、沿纬圈运动（向东运动，轨道向赤道偏移；向
西运动，轨道向极偏移）。
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二、受力分析
❖ 实际上由于地球自转所产生的惯性力是三维的。取 x－y 平面在海面上，x 轴指向东为正，y 轴指向北 为正，z 轴向上为正，科氏力的三个分量为
❖ 海面上赤道到极地差为0.052m/平方米，在中纬度， 海面与10km深处的差为0.031m/平方米。因此， 在海洋研究中，一般视其为常数9.8m/平方米。
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二、受力分析
❖ 海平面：对于静态的海洋，重力处处与海面垂直， 此时的海面称为海平面。处处与重力垂直的面也称 为水平面。
❖ 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。
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二、研究方法
❖ １、拉格朗日方法，对同一质点在不同时间 的观测
❖ ２、欧拉方法，对不同质点在同一时间的观 测
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三、海流的方向和单位
❖ １、海流流速单位：ｍ／ｓ（SI单位制） ❖ ２、海流流向：指海水流去的方向，正北为
０度。“风来流去” ❖ 绘制海流图时常用箭矢符号，矢量长度表示
流速大小，箭头方向表示流向。 ❖ ３、1纬距＝111.1km=60海里 ❖ 1节＝1海里／小时＝1.85233km/小时