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：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2~3千米）；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1~1000km，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15~90km，平均28km，深度200~2500m。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2000~5000m，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、海水的热力学性质比热容：单位质量海水的热容。单位：J/(Kkg)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-1.33ºC.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(10～30)cm的冰层。多呈灰白色。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。3—7•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，ρ=918kg/m3海冰：新冰：915－914kg/m3夏末：860kg/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7°N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15~20km，极地和温带8~12km。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0ºC，最高温可达7ºC。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80~85km。温度随高度增加降低，到层顶降到-90ºC。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800km。温度随高度而增加。小于0.17μm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。（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90º；•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：Ve^azq=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3°~10°N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45°W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100~150km，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Westwinddrift：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：