最新海洋科学导论重点.docx

1、最新海洋科学导论重点第一章 绪论什么是海洋学？海洋学是研究在海洋中的各种现象和过程发生、发展和演化及他们与环境相互作用、相互影响的规律的一门综合性科学海洋学研究的对象：地球上70.8%的海水。研究对象：海洋。包括海水、溶解或悬浮于其中的物质、生活于海洋中的生物：海洋的上边界，即海平面及其上大气边界层；海洋的侧边界，包括和海岸带等;海洋的底边界，包括海洋沉积和海洋岩石圈。研究内容：海水运动规律、海洋中物理、化学、生物、地质过程及其相互作用的基础理论；海洋资源开发利用、海洋环境监测、保护和治理等。海水特性：混合溶液：水、盐分、气体、悬浮有机物、悬浮无机物海洋是环境的产物：在地球上，通过能量、物质的

2、相互传递与环境相互作用。传递方式：通过边界：海面、海底和沿岸带 不通过边界：辐射和地球及天体对海水的引力。海洋形态的固有特性：1）大 水平尺度大，占地球表面积70.8%2）深又浅 平均深度4000米，最深11034米（陆地高8848米），但地球半径6371公里。地球上的一薄层；与水平尺度比10-3量级。3）联成一体：各大洋水域联成一体，可以充分进行物质和能量交换。第二章 地球概观地球的运动：1.日、地、月关系 2.地球公转、自转 3.惯性离心力大陆漂移说：1912，德气象学家魏格纳提出。2.5亿年前，地球上存在泛大陆和一个泛古大洋，后飘移，形成现在的海陆分布。证据：大量古生物的证据海底扩张说：

3、1960，美，赫兹提出海底中存在大洋中脊，其上有中央裂谷，地壳最薄弱，是海底扩张的中心。证据：沉积岩年龄、厚度;磁异常条带；大洋钻探。板块构造说：1965，法，威尔逊提出全球地壳由六大板块组成海和洋的定义及水文特征:洋：地球上连续巨大的咸水体。洋的水文特征：远离陆地，受陆地影响小；面积大，水深（平均23千米）；水色高、透明度大；有独立的环流和潮波系统；底质为软泥、红粘土。海：位于大陆边缘，被陆地、岛弧分割的许多形态各异的水体。海的水文特征：靠近陆地，受陆地影响大；面积小，水浅；水色低、透明度小；无独立的潮波系统；底质为陆屑。海底的地貌形态：海岸带：是海陆交互作用的地带，其地貌是在波浪、潮汐和海

4、流等作用下形成的。大陆架：海岸线到水深200米以内，平均深度133米；宽度11000km，平均75km；平均坡度0.1度；地壳为硅质花岗岩构成。浪、潮、流季节变化，丰富的油气田，渔业，养殖业主要场所。大陆坡：陆架外缘较陡倾斜的地区，平均坡度4.3度，宽度1590km，平均28km，深度2002500m。地形：深切陡峭的V型海底峡谷，水下冲积锥大陆基（裙）: 坡外与洋盆间较平坦地区 面积大，平坦，深度20005000m，平均3700m第三章 海水物理性质一、淡水分子结构：极性，分子缔合力溶解力强（极性）密度变化异常：“热胀冷缩”？沸点和融点、比热、蒸发潜热等热性质比氧的同族化合物高二、海水的热力

5、学性质比热容：单位质量海水的热容。单位：J/(K kg)热传导：相邻海水温度不同时，热量由高温向低温转移。分子热传导，湍动热传导沸点升高、冰点降低：冰点温度随盐度的增加而降低。导电性：介于纯水和铜之间电导率随温度、盐度和压力的增加而增大压力和温度一定时，电导与盐度有一定的函数关系。密度:单位体积物体的质量是密度；是温盐压状态方程:描述海水温、盐、压、密等理化特征参量之间关系的数学表达式。？海冰：海冰定义：广义：在海洋中所见到的冰统称为海冰。狭义：由海水冻结而成的冰称为海冰。盐度为24.695时二者均是-1.33C.结冰过程：结冰条件：冰点温度，结晶核淡水结冰：表层开始结冰。海水结冰：当盐度大于

6、24.695时，海水冰点高于最大密度温度，只有当对流混合层的温度同时达到冰点时，海水才会结冰v 海水结冰的特点：主要是纯水的冻结，盐分大部排出冰外，增大了冰下海水的盐度，加强了冰下海水的对流和进一步降低了冰点；同时冰层阻碍了其下海水热量的散失，从而大大减缓了冰下海水继续冻结的速度；海冰表面比较粗糙。三、海冰分类(一)按发展阶段：初生冰：针状或薄片状的细小冰晶尼罗冰：10cm左右有弹性的薄冰层，在外力的作用下，易弯曲，易被折碎成长方形冰块。饼状冰：直径为30cm至3m，厚度在10cm左右的圆形冰盘。(一)按发展阶段：l初期冰：由尼罗冰或冰饼直接冻结一起而形成厚约(1030)cm的冰层。多呈灰白色

7、。一年冰：由初期冰发展而成的厚冰，厚度为30cm至3m。时间不超过一个冬季。多年冰：至少经过一个夏季而未融化的冰。其特征是，表面比一年冰平滑(二)按运动状态划分：固定冰：与海岸、岛屿或海底冻结在一起的冰。流冰：自由浮在海面上，能随风、流漂移的冰称为流冰。特点：大小不一、厚度各异；例外：由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面5m以上的巨大冰体冰山，不在其列开阔水面, 稀疏流冰, 密集流冰海冰的物理性质：海冰的盐度：海冰融化后的盐度为海冰的盐度。37海冰盐度与结冰速度结冰前海水盐度冰龄有关。海冰的密度海冰的密度小于海水的密度，其大小在很大程度上取决于其中的空气量和盐量。纯水冰：00C，=918

8、kg/m3海冰：新冰：915914 kg/m3夏末：860 kg/m3长方体冰会有1/10在水面以上，9/10在水面以下。海冰的热传导海冰的热传导系数小于纯水冰的热传导系数。海冰的热传导系数小于海水的热传导系数。“海洋皮袄”其他海冰的比热容比纯水冰大，且随盐度的增高而增大海冰的抗压强度约为纯水冰的3/4海冰对太阳辐射的反射率远比海水的大第四章 海洋中的热收支和水平衡Qt =Qs - Qb + Qe + QhQs：太阳辐射 Qb：海面有效回辐射 Qe：蒸发潜热 Qh：感热交换铅直方向上的热输运Qz 湍流水平方向热输送QA 海流海洋中全热量平衡第五章 世界大洋及中国海温盐密分布及变化大西洋表层水低

9、于太平洋的原因：1)两大洋拥有的热带海域面积;2)与北冰洋水交换热赤道：最高温出现的位置,平均在7N左右原因：大洋环流系统的配置;与两极水交换垂直分布表层高，随深度增加而降低各纬度分布不同：A.低纬度：表层温高的均匀层(100m左右)，下面强大温跃层(主温跃层*)主温跃层(永久性温跃层)：不随季节变化。B.中纬度：上为均匀混合层，其下季节性温跃层。C.高纬度：极锋向极一侧，不存在永久性跃层，冬季在上层出现逆温现象(暖中间水)，深100m左右；夏季冷中间水。第六章 大气环流根据铅直温度梯度的方向，将大气分成对流层 平流层 中间层 暖层、热成层 散逸层对流层：高度地面到对流层顶。温度随高度增加而降

10、低。铅直混合强；气象要素水平分不均匀。温度平均递减率6.5K/km,最低-50-70度。集中了大气质量的3/4和几乎全部水汽。主要天气现象和过程都发生在这一层。当温度平均递减率2K/km的最低高度，规定为对流层顶，层高随季节和纬度而变化。低纬1520km，极地和温带812km。平流层：对流层顶到50km左右。温度低层无变化，上部随高度增加明显增高。上界温达0C，最高温可达7C。几乎无天气现象，由于尘埃很少，大气透明度很高。（臭氧）中间层：平流层顶到8085km。温度随高度增加降低，到层顶降到-90C。是大气最冷的部分。水汽极少，但高纬黄昏前后偶尔存在夜光云。强烈铅直运动。暖层、热成层：中层顶到

11、800km。温度随高度而增加。小于0.17m紫外线几乎全被该层吸收。温度达1000k以上。温度日变化显著，还受太阳活动影响。高纬度出现极光现象。散逸层：800km以上气象要素：温、压、湿、风随高度增加呈指数减小气压带：热带低气压区；副热带高压区；副极地低压区；极地高压区；极锋；副热带锋季风是大范围盛行风向随季节有显著变化的风系。主要是由于海陆温度对比的季节性变化和地球上行星风系的季节性南北移动所致。全球三个季风区：印度季风区，东亚季风区，西非季风区季风的特点（1）盛行风向随季节的变化有很大的差别，甚至相反。冬季盛行东北气流（华北-东北为西北气流），夏季盛行西南气流，中国东部-日本盛行东南气流。

12、（2）两种季节各有不同的源地，因而气团性质有本质的不同。冬季寒冷干燥，夏季炎热湿润。（3）造成天气现象也有本质的季节性差异。冬季干燥少雨，夏季湿润多雨，尤其多暴雨，在热带地区更有旱季和雨季的明显对比。大气锋面1、气团：温、湿度、稳定度等相对比较均匀的大规模空气集团。2、锋面1）暖锋：暖气团占主导地位2）冷锋：冷气团占主导地位大气锋面2、锋面3）准静止锋：冷、暖气团相当。4）锢囚锋：冷暖锋面相遇形成。温带气旋：波动阶段；成熟阶段；锢囚阶段；消亡阶段爆发性气旋当24小时内气旋加深率至少每小时1hPa时，称为气旋的爆发性发展，这种气旋称爆发性气旋热带气旋：在热带洋面上生成发展的低气压系统国际上以其中

13、心附近的最大风力来确定强度并进行分类：小于8级的是热带低压；8-9级的是热带风暴；10-11级的是强热带风暴；12级以上的通称为台风。台风:发生在热带海洋上的一种具有暖心结构的气旋性涡旋，是达到一定强度的热带气旋。台风结构：气压场；台风眼；云壁；螺旋云带空间分布：8个源地：NW太平洋、SW太平洋、NE太平洋、N大西洋、S印度洋、N印度洋；S大西洋和SE太平洋无。西北太平洋最多；均形成于暖热带水域；87%在EQ两侧20纬度内；2/3形成于北半球。有明显季节变化特征，晚夏到初秋形成频率最大西北太平洋：7-10月为“台风季节”，9月最高水平范围：直径平均600-1000公里卫星云图：台风具有独特的螺

14、旋状云雨带和台风眼，眼区平均30-40公里，最大可达200公里，最小的仅10公里左右。生命史：平均一周左右，短的2-3天，最长达一个月（7203）；夏秋7-10月生命期较长。第七章 海洋环流海流：海水大规模相对稳定的流动。三维，水平显著，垂向相当微弱。海流的单位：矢量流速大小，单位为m/s描述海流方法拉格朗日方法跟踪水质点运动欧拉方法同一时间观测海流海流运动方程一、运动方程: 牛顿第二定律二、连续方程: 质量守恒定律引起海水运动的力：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，摩擦力地转流定义：压强梯度力水平分力与科氏力达到平衡时的稳定流动特点： 地转流流速大小与等压面和等势面

15、的夹角的正切成正比，与科氏参量成反比； 沿两面的交线流动, 北半球流向偏在压强梯度力水平分力右方90； 在北半球，面向流去的方向，右面等压面高，左面低。无限深海风海流（亦称漂流）1.定义：湍切应力和科氏力平衡时的稳定流动假定：1) r均匀2) 海区无限深、广，海面无起伏3) 风场均匀，长时间吹，只沿y方向吹4) 科氏力不随纬度变化5) 只考虑垂直涡动粘滞系量引起的水平方向的摩擦力，且视为常数空间结构：V e az q = 45+ az表层流速最大，流向偏于风向的右方45度；随深度增加，流速逐渐减小，流向逐渐右偏；至摩擦深度D，流速是表面流速的4.3%，流向与表面流向相反，可忽略； 连接各层流速

16、在平面上投影的矢量端点，构成艾克曼螺旋线浅海风海流：水深越浅，从上层到下层的流速矢量越是趋近风矢量的方向。西向强化理论：科氏参量随纬度变化。副热带海区反气旋式环流：太平洋、大西洋 印度洋赤道流系赤道逆流：对应赤道无风带，平均位置在310N之间。逆流区有充沛的降水，相对赤道流具有高温、低盐特征。它与北赤道流之间存在辐散上升运动，水色和透明度也相对降低。西边界流：湾流：起点北上到哈特拉斯角，又离岸向东，直到45W附近的格陵兰滩以南，行程2500km。然后转向东北，横越大西洋北大西洋流。湾流在海面宽度100150km，表层最大流速2.5m/s，沿途流量不断增大，影响深度可达海底。表层水温约25，流量

17、约为全世界河流总量的120倍。湾流方向左侧为高密冷水，右侧低密暖水。黑潮：菲律宾群岛东侧北上，主流从台湾东侧经台湾和与那国岛之间水道进入东海，沿陆坡向东北方向流动。对马暖流黄海暖流黑潮主干经吐噶喇海峡进入太平洋黑潮像一条海洋中的大河，宽100-200公里，深400-500米，流量相当全世界河流总流量的20倍。西边界流每年向高纬输送热量西风漂流West wind drift：北太平洋漂流：是黑潮延续体的延续，在北美沿岸附近分为两支：向南一支称为加利福尼亚流，汇于北赤道流；向北一支称为阿拉斯加流，它与阿流申流汇合北大西洋漂流：在欧洲沿岸附近分为三支：中支进入挪威海，称挪威海流；南支沿欧洲海岸向南，

18、称加那利流；北支流向冰岛南方海域，称伊尔明格流东边界流：太平洋的加利福尼亚流、秘鲁流，大西洋的加那利流、本格拉流，印度洋的西澳流。都是寒流，流幅宽、流速小、影响深度浅。上升流是东边界流海区的一个重要水文特征。水色低、透明度小。来自高纬海区的寒流，形成大气冷下垫面，上层大气层结稳定，有利海雾形成，干旱少雨。与西边界流区具有气候温暖、雨量充沛的特点形成明显差异。副热带辐聚区：反气旋大环流的中间海域，流向不定，流速甚小。表层海水辐聚下沉，形成高温、高盐、高溶解氧次表层水。该区内天气干燥晴朗，风力微弱，海面较平静。海水辐聚下沉, 具有世界上最高水色和透明度，“海洋沙漠”。马尾藻海：北大西洋2035N，

19、4075W，透明度最大，又称“马纬度”大洋水团：1、表层水：高温,富溶解氧。2、次表层水：高盐3、中层水：低盐；高盐中层水：地中海，红海4、深层水：贫氧。5、底层水：高密。第八章 海洋中的波动波浪要素波峰(谷)， 波长， 周期， 波速， 波高，振幅 波陡 波峰线，波向线水质点运动水质点运动速度随深度指数衰减；运动轨迹为圆波腹：波面具有最大的升降；波节：无升降；波形不传播，故称驻波。驻波：水质点运动速度：z 达最大值u = w = 0 z = 0时，u,w达最大海洋内波：定义：海洋内部的波动。密度不同两层海水界面处波动.由于密度差很小，因此内波的波速比表面波小。具有相同波长的界面波与表面波波速比

20、为1/20。振幅：界面内波比表面波振幅大30倍。内波传播方向：一般沿与水平方向成一角度传播，频率越高，夹角越小。内波能量的输送：能量以群速传播，但群速与波速量值不同，传播方向垂直，在同一铅直面上。风浪定义：当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动状态。波面状态：波面不规则、波峰陡、波谷光滑、波峰线短、浪大时有白浪。涌浪定义：海面上由其他海区传来的或当地风力减小、平息，或风向改变后海面上遗留下的波动。波面状态：波面光滑、波峰线长、传播距离长风速：风力大小；风时：状态相同的风持续作用在海面上的时间；风区：状态相同的风作用的海域的范围定常态：某点的风浪尺度达到理论上的最大值；过渡态：某点风浪未达

21、理论最大，随时间的推移，还可继续增长；风区最小风区，风浪是过渡态，反之定常态风时最小风时，风浪是定常态，反之是过渡态浅海和近岸海浪：周期保守，波长变小第八章 潮汐潮汐定义固体潮 大气潮 海潮潮汐类型正规日潮 正规半日潮 混合潮朔望大潮 两弦小潮惯性离心力和月球引力的合力称为引潮力引潮力：地球上的物体，其所受到的月球的引力，与因地球绕地-月公共质心平动所产生的惯性力的合力，是该物体所受的月球引潮力。平衡潮潮汐静力理论基本假设 地球为一个圆球，表面被等深的海水覆盖，不考虑陆地的存在 海水没有粘性和惯性，海面能随时与等势面重叠 海水不受科氏力和摩擦力的作用潮汐静力理论结果 在赤道上永远出现正规半日潮

22、 当月赤纬不等于0时，两极高纬度地区（纬度|90-|）出现正规日潮 当月赤纬不等于0时，其它纬度上出现日不等现象，越靠近赤道，半日潮的成分越大，越靠近两极，日潮的成分越大平衡潮潮差太阴平衡潮潮差=54cm 太阳平衡潮潮差=24cm平衡潮的最大可能潮差为78cm推算正规半日潮高潮时=0.8hX农历日期 1（或16）+高潮间隙高潮间隙是月中天时至下一个高潮发生的时间间隔，而月中天时刻每日推迟大约50分（0.8 h）潮汐静力理论评价 贡献潮汐的发生，潮汐不等，分潮振幅周期大洋最大可能潮差 缺点（1） 整个地球完全被海水包围（2） 完全没有考虑到海水的运动（3）浅海、近岸地区的潮差（4）潮流（5）无潮

23、点（ 6）许多赤道和低纬度地区，均有日潮出现；（7）高潮间隙，潮龄潮汐动力理论基本思想对海水运动而言，只有水平引潮力重要，铅直引潮力与重力相比可以忽略，同时海洋潮波还受到海陆分布、海底地形、科氏力和摩擦力等的影响长海峡中的潮汐和潮流在北半球的长海峡中，沿潮波传播方向看，右岸的潮差大于大于左岸，南半球则相反潮流1、定义：同潮汐现象同时发生的，海水水平方向上的周期性运动称为潮流。2、按潮流的运动形式分：往复流：流向、流速沿某一方向来回周期变化。前进波：潮流转向在半潮面驻波：潮流转向在高低潮。旋转潮流：流速和流向随时间变化。风暴潮：由强烈的大气扰动，如强风和气压骤变所引起的海面异常升高现象风暴潮分类

24、热带风暴: 多见于夏秋季节，它由台风引起，世界上凡有热带气旋活动的沿岸地区就有发生，我国多发于东南沿海地区温带气旋: 多发生于冬春季节，在中纬度沿海各地区较常见风潮: 寒潮或冷空气所激发的,渤、黄海所特有的热带风暴潮三个阶段初振阶段: 岸边观测站观测到“先兆波”增水，海面缓慢上涨，平均增水20厘米30厘米，此阶段持续时间较长，常达10小时20小时。主振阶段，也称激振阶段: 潮位急剧升高，在几个小时内增水达到最大，发生洪灾，同时到达的还有台风，致灾效应迅速地扩张。余振阶段: 振幅越来越小，持续时间为24小时左右。第九章 海水混合和海洋细结构混合形式：分子混合，涡动混合，对流混合分子混合：分子的热

25、运动与相邻海水进行交换，只与海水的性质有关。涡动混合：海水微团的随机运动与相邻海水进行交换。与海水的运动状态有关。对流混合：热盐作用引起，主要是铅直方向水体交换。界面混合海气界面：强烈的动力和热力过程。风混合；热力对流混合。海底层混合：主要由海流、潮流等动力因子引起，自海底向上发展。海洋锋区：不同水团相交汇的海区，有水平和垂直混合。海洋内部混合海洋内波引起的混合尤为重要；“双扩散对流”效应：由于分子热传导系数大于盐扩散系数（100倍），引起的自由对流，促进海洋内部混合。通常两种形式：1） 冷而淡的海水置于暖而咸的海水之上2） 暖而咸海水置于冷而淡海水之上混合收缩效应混合后的密度大于混合前海水的

26、平均密度。海水密度随温、盐和压力的变化是非线性的。第十一章海洋大气相互作用气候系统的组成：由五个主要分量构成的综合系统，这五个相互联系和相互作用的分量是：大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈。气候系统的性质：1）各子系统是开放的非孤立系统。2）各分量是非均匀的热力学动力学系统。他们可以用化学组成，热力学及力学状态加以描述。3）各不同分量的估计时间尺度在不同子系统之间变化很大，甚至在同一个子系统内变化也很大。研究时可依序考虑内部系统和外部系统。4）气候系统主要由两个外强迫来制约全球行为。即太阳辐射和重力。太阳辐射是主要因子，提供了驱动气候系统的几乎所有能量。海洋在气候系统中的地位1、海洋对大气系

27、统热力平衡的影响2、海洋对水汽循环的影响3、海洋对大气运动的调谐作用4、海洋对温室效应的缓解作用海洋与大气相互作用的基本特征在相互制约的大气海洋系统中，海洋对大气的作用主要是热力的，大气对海洋的作用主要是动力的。ENSO是厄尔尼诺(El Nio) 和南方涛动（SouthernOscillation）的合称，二者有非常好的相关关系。当赤道东太平洋表层水温（SST）正距平，南方涛动指数往往是负。ENSO成为大尺度海气相互作用以及气候变化研究的中心课题。 厄尔尼诺El Nio：圣诞前后，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸，出现一弱的洋流，代替了通常对应的冷水。近年指一种更大尺度的海洋异常现象，整个赤道东太平洋表现

28、振幅达几摄氏度的增暖。与此相联系，海洋和大气环流发生很大的异常南方涛动：描述热带东太平洋地区与热带印度洋地区气压场反相变化的跷跷板现象。南方涛动指数（SOI）：塔希提（Tahiti）岛与达尔文岛之间的气压差。第十二章 海洋中的声传播和光现象声波是弹性波，在弹性介质中传播，是纵波。水中声速为1500m/s，空气中为330m/s。声场：声波作用的空间范围。声线：波长与介质的不均匀尺度相比可忽略，以射线方法定性描述声波传播轨迹。基于折射定律。折射、反射定律：声线总是向声速小的方向弯曲声速：是温、盐和压的函数声速与温、盐、压关系：1) 与温度关系：随温度升高而增大，温度升高1C，声速的变化是原来的35

29、%，设c0=1450m/s，则声速将增大5m/s。2) 与盐度关系：随盐度增加而增大，盐度增加1，声速值增加1.14m/s。3) 与压力关系：静压力增加，声速值增加。海水深度变化100m，声速增量为1.75m/s。由上可见，声波在水下传播随温、盐、压的增大而增大，其中温度影响最显著，其次是压力，通常盐度的变化多忽略，除非极特殊海区。典型水位条件下的声传播：波导型、反波导型、分裂型、水下声道太阳辐射能谱: 红外、可见、紫外线. 反射与折射海水对光的散射随深度增加指数衰减.分子散射：瑞利定律粒子散射：梅氏效应海水对光的衰减：吸收和散射.相对透明度：直径30cm的白色圆盘垂直沉入海水中，直到刚看不见

30、为止的深度。水色：将透明度盘提升至透明度一半深度处，俯视透明度盘之上的水柱颜色。由海水的光学性质决定透明度和水色的分布：二者分布一致。浅海透明度小，水色低；远洋透明度大，水色高。低纬透明度大，水色高；高纬透明度小，水色低。其分布与海流方向一致。第13章 海水的组成和特性主要成份：11种元素在海水中的逗留时间元素以固定的速率向海洋输送，如果要把全部海水中该元素置换出来所需的平均时间。T海水中某元素的总量/该元素每年进入海洋的量海洋污染定义：直接或间接由人类向大洋和河口排放的各种废物或废热，引起对人类生存环境和健康的危害，或者危及海洋生命的现象碳氢化合物 处理溢油:漂浮的拦网，化学分散剂或化学凝油剂。海洋中的重金属如汞（4） 信息技术优势合成有机化合物（含农药等）营养物质在大学生对DIY手工艺品价位