海洋科学导论课件-7-第七章海洋环流4-5.ppt

1、现象：北冰洋浮冰随海水运动的方向与风吹方向不一致。现象：北冰洋浮冰随海水运动的方向与风吹方向不一致。（1893189318961896年，挪威海洋调查船前进号横越北冰洋时年，挪威海洋调查船前进号横越北冰洋时 ）Fridtjof Nansen无限深海无限深海漂流理论漂流理论定义定义: :湍切应力湍切应力和和科氏力科氏力平衡时的平衡时的稳稳定流动定流动风驱动大尺度环流的关键风驱动大尺度环流的关键1874-1954Vagn Walfrid Ekman 水平湍切应力和科氏力平衡时的稳定流动。水平湍切应力和科氏力平衡时的稳定流动。 假定：假定： 1) 均匀均匀； 2) 海区无限宽、广，海区无限宽、广，海

2、面无起伏海面无起伏； 3) 风场均匀，长时间吹风场均匀，长时间吹（只沿只沿y方向吹方向吹）； 4) 科氏力不随纬度变化。科氏力不随纬度变化。 (f-平面近似平面近似) 5) 只考虑垂直涡动粘滞系量只考虑垂直涡动粘滞系量Kz引起的水平方向的摩擦力引起的水平方向的摩擦力(Fx, Fy) ，且视，且视为为常数常数；边界条件：边界条件： 海面海面z=0, 海底海底: u=v=00 xzyzvK)45sin()exp()45cos()exp(00azazVvazazVu运动方程运动方程：解：解：其中：其中：()00az iaziU VeVee45 az水平湍切应力水平湍切应力+科氏力科氏力=02222s

3、in20sin20zvKuzuKvzzzKasin2sin20zyKV 海面海面100-200 m100-200 m在风的作用下而产生的风对海水的应力而形成的稳定在风的作用下而产生的风对海水的应力而形成的稳定流动流动摩擦深度摩擦深度：与表面流向相反时对应的深度：与表面流向相反时对应的深度表面与风向夹角表面与风向夹角4545 ，相反时与风向夹角相反时与风向夹角225225 ，与，与x x轴夹角轴夹角-135-135 WWD7.511sin/6 . 7sinKzaDWWV%0 .2%2 .1sin/0127.00sin20zyKV az45azeV0表层流速最大表层流速最大，北半球流向偏于风向的右

4、方，北半球流向偏于风向的右方45度度随深度增加，流向逐渐右偏，流速呈指数减小。随深度增加，流向逐渐右偏，流速呈指数减小。摩擦深度摩擦深度D: 流向与表面流向相反，流速是表面流速流向与表面流向相反，流速是表面流速的的4.3%，这个深度称之为，这个深度称之为，以下海流可忽略。，以下海流可忽略。埃克曼螺旋：埃克曼螺旋：连接各层流速在平面上投影的矢量端连接各层流速在平面上投影的矢量端点构成点构成。 垂直风向输送垂直风向输送 北半球风向的右边北半球风向的右边 南半球南半球在风向左边在风向左边00000sin222vdzMDVaVudzMyyx)45sin()exp()45cos()exp(00azazV

5、vazazVu00000sin222vdzMDVaVudzMyyx顺岸风顺岸风气旋与反气旋气旋与反气旋风场分布不均匀导致辐散、辐聚风场分布不均匀导致辐散、辐聚南顺岸风南顺岸风离岸流离岸流上升流上升流秘鲁沿岸著名的上升流区秘鲁沿岸著名的上升流区北顺岸风北顺岸风向岸流向岸流下降流下降流南半球顺岸风作用顺岸风作用陆地西岸亦即大洋东岸海洋内区不海洋内区不均匀风场均匀风场北半球风矢量北半球风矢量Ekman输运输运西向风向西向风向北减弱北减弱北向北向EkmanEkman输运向北输运向北减弱减弱EkmanEkman辐辐聚、海表聚、海表面上升面上升Ekman辐聚辐聚北半球风矢量北半球风矢量Ekman输运输运E

6、kman辐散辐散东向风向东向风向北减弱北减弱南向南向EkmanEkman输运向北输运向北减弱减弱EkmanEkman辐辐散、海表散、海表面下降面下降练习：练习：如图所示风场分布，请给出表层如图所示风场分布，请给出表层Ekman输输运的分布情况，并说明中间区域为辐散还是辐聚？运的分布情况，并说明中间区域为辐散还是辐聚？Ekman输送和输送和Ekman泵泵Ekman输送使得海水在某些海域辐聚，某些海域辐输送使得海水在某些海域辐聚，某些海域辐散，散， 从而在从而在Ekman层底部产生铅直方向的速度，使层底部产生铅直方向的速度，使海水流入或流出海水流入或流出Ekman层，这种现象称为层，这种现象称为E

7、kman泵泵赤道上升流赤道上升流赤道上升流赤道上升流南赤道流跨越赤道南赤道流跨越赤道南赤道流跨越赤道南赤道流跨越赤道EkmanEkman水体输运水体输运向两极向两极赤道上升赤道上升流流副热带环流副热带环流辐聚辐聚副副热热带带海海域域北半球副热带海域：北半球副热带海域：Ekman辐聚、海表面升高辐聚、海表面升高气旋风场气旋风场EkmanEkman辐散辐散海表面下降、海表面下降、上升流上升流温跃温跃层变浅层变浅反气旋风场反气旋风场EkmanEkman辐聚辐聚海表面上升、海表面上升、下降流下降流温跃温跃层加深层加深辐散辐散辐聚辐聚温度温度盐度盐度密度密度海表面高度海表面高度Ekman辐聚次表层温跃层

8、、密跃层和等盐度面均加深Ekman层层地转层地转层海表面海表面温跃层温跃层北半球海洋上层流场情况北半球海洋上层流场情况摩擦深度摩擦深度上层上层（运（运动）动）深层深层（静止）（静止）一层半海洋：一层半海洋：海表面高度越高，温跃层越深海表面高度越高，温跃层越深深层中水平压强梯度力近深层中水平压强梯度力近似为零似为零海水运动微弱海水运动微弱AB惯性流惯性流 指引起海流的外力停止后，在惯性力作用下仍沿一定方指引起海流的外力停止后，在惯性力作用下仍沿一定方向流动的水流。向流动的水流。 特点：具有时间性。当惯性力被各种摩阻力抵消时，惯特点：具有时间性。当惯性力被各种摩阻力抵消时，惯性流也就消失了。性流也

9、就消失了。只考虑科氏力作用下的惯性流动：只考虑科氏力作用下的惯性流动：l运动轨迹为圆l北半球顺时针l南半球逆时针 北半球顺时北半球顺时针旋转；南针旋转；南半球逆时针半球逆时针旋转旋转 轨迹半径与轨迹半径与运动速度成运动速度成正比，与纬正比，与纬度成反比度成反比北半球为顺时针旋转，南半球相反北半球为顺时针旋转，南半球相反。(2) (1) ufdtdvvfdtdufdtd)(22uvfdtdvudtduv22fUdtvudv22vUfdtvud222sin1vUcotvu切向速度为常数角速度为常数,北半球顺时针转,南半球相反uvfdtdvvuvfdtduu0dtdvvdtduu相加0)(222dt

10、dUdtvudcoust2U轴夹角是流速与x对方程式积分：对方程式积分：水质点轨迹是圆形水质点轨迹是圆形半径为：半径为： 与纬度有关。与纬度有关。周期：周期：频率：频率：纬度越高，半径越小，周期越短，频率越高。22222fvufbxfaybfxvafyufT2ufdtdvvfdtdu)(sin12sin22hfUrTdtdxfdtdvdtdyfdtdu变换形式积分22020-:ryyxx圆方程fUr 小时242纬度纬度45度处惯性流：周期为度处惯性流：周期为1718h，半径，半径110km.半径为：半径为： 周期：周期：频率：频率：纬度越高，半径越小，周期越短，频率越高。fT2)(sin12s

11、in22hfUrTfUr m/s0 . 1,10kmm/s1 . 0,km117sin1210*1.0sin245-4UUfUrTf小时；时，m/s0 . 1,8.1kmm/s1 . 0,0.81km41sin1210*1.236sin260-4UUfUrTf小时；时，m/s0 . 1,14.3kmm/s1 . 0,1.43km24sin1210*0.7sin230-4UUfUrTf小时；时，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；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；流向：沿两面的交线流动流向：沿两面的交线流动, 北半球流向偏在压强梯度力水平

12、分力右方北半球流向偏在压强梯度力水平分力右方90；等压面倾斜方向：等压面倾斜方向：在北半球，面向流去的方向，右侧等压面高，左侧低。在北半球，面向流去的方向，右侧等压面高，左侧低。tanfgv 地转流地转流随堂作业：如图所示为南半球海表面高度分布，其中黑色等随堂作业：如图所示为南半球海表面高度分布，其中黑色等值线为海表面等高线，请画出海洋表层水平面上水平压强梯值线为海表面等高线，请画出海洋表层水平面上水平压强梯度力和科氏力方向，并标出地转流方向度力和科氏力方向，并标出地转流方向1米0.5米0米45o90o风应力矢量风应力矢量表面流矢量表面流矢量Ekman层体积输运北北半半球球45o90o风应力矢

13、量风应力矢量表面流矢量表面流矢量Ekman层体积输运南南半半球球风海流空间结构：风海流空间结构：艾克曼螺旋艾克曼螺旋摩擦深度摩擦深度只考虑科氏力作用下的稳定流动只考虑科氏力作用下的稳定流动运动轨迹为圆北半球顺时针南半球逆时针l指引起海流的外力停止后，在惯性力作用下仍沿一定方向流动的水流。指引起海流的外力停止后，在惯性力作用下仍沿一定方向流动的水流。l特点：具有时间性。当惯性力被各种摩阻力抵消时，惯性流也就消失了。特点：具有时间性。当惯性力被各种摩阻力抵消时，惯性流也就消失了。（一）世界（一）世界大洋上层主要水平环流大洋上层主要水平环流（二）世界大洋上层铅直向环流（二）世界大洋上层铅直向环流（三

14、）世界大洋表层以下环流及水团（三）世界大洋表层以下环流及水团（四）大洋环流的成因（四）大洋环流的成因总体特征：总体特征：环流中心偏环流中心偏于大洋西侧，西边界强于大洋西侧，西边界强流，而内区流较弱流，而内区流较弱6.1 大洋环流的成因大洋环流的成因6.1.1 风生大洋环流：风生大洋环流：西向强化西向强化全球海表面平均动力地形全球海表面平均动力地形全球海洋上层流速全球海洋上层流速西向强化西向强化The Cromwell Current (also called Pacific Equatorial Undercurrent or just Equatorial Undercurrent)课堂留下

15、的思考讨论问题中尺度涡是指发生在海洋中,尺度从几十公里至几百公里的水平涡旋。这种涡旋类似大气中的气旋和反气旋,故又称为天气式海洋涡旋。气旋式海洋涡旋冷涡水按照逆时针旋转（北半球），将下层冷水带到上层水层中,使水温降低，使海面升高。反气旋式涡旋暖涡 水按顺时针方向旋转，,上层暖水进入下层冷水中,使海面下降,称为暖涡。涡旋的厚度为400600米,最厚度可从表层一直延伸到海底。按起源和生存方式可分成流环、流环式中尺度涡和中大洋中尺度涡 3种。 流环：起源于大洋西边界的西向强化流。在湾流和黑潮中常出现海流弯曲现象，当弯曲程度很大时，便出现冷涡和暖涡，它们脱离了母流，而形成了直径100300千米的流环。

16、其表层旋转的线速率可高达90150厘米 秒。此速率随深度而降低。流旋的持续时间可达23年。流环式中尺度涡：生存于北大西洋的冷水区中，强度约为流环的一半， 宽度则比流环大1倍。属于冷涡。中大洋中尺度涡 ： 在地球上的海洋中几乎无处不有。 具有550 厘米秒的旋转速率，向下可延伸到整个水柱。存在的周期从几周至几个月。黑潮黑潮Kuroshio Current ：菲律宾群岛东侧北上，主流从台湾东侧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。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。到九州西南方一部分向北层对马暖流，经对马海峡进入日本海。到九州

17、西南方一部分向北层对马暖流，经对马海峡进入日本海。在此之前也有一部分进入黄海称黄海暖流，具有风生补偿流特征。在此之前也有一部分进入黄海称黄海暖流，具有风生补偿流特征。黑潮主干经吐噶喇海峡进入太平洋，沿日本列岛流向东北。黑潮主干经吐噶喇海峡进入太平洋，沿日本列岛流向东北。在在35N附近分两支：附近分两支：主干转向东流直到主干转向东流直到160E，称黑潮延续体，称黑潮延续体一支在一支在40N附近与亲潮附近与亲潮(Oyashio Current)汇合转向东流汇于黑潮延续汇合转向东流汇于黑潮延续体，横过太平洋。体，横过太平洋。西边界流每年向高纬输送热量，约同暖气团输送热量相等。西边界流每年向高纬输送热

18、量，约同暖气团输送热量相等。北太平洋漂流北太平洋漂流西风漂流西风漂流North Pacific Current：是黑潮延续体的延续，是黑潮延续体的延续，在北美在北美沿岸附近分为两支：向南一支称为沿岸附近分为两支：向南一支称为加利福尼亚流加利福尼亚流(California Current), 汇于北赤道流；向北一支称为汇于北赤道流；向北一支称为阿拉斯加流阿拉斯加流(Alaska Current) 北太平洋气旋式环流：北太平洋气旋式环流：阿拉斯加流阿拉斯加流、阿留申流阿留申流(Aleutian Current)、连同亚洲沿岸南下的连同亚洲沿岸南下的亲潮亲潮(Oyashio Current)共同构成

19、共同构成北太平洋高纬海区气旋式环流北太平洋高纬海区气旋式环流 。北大西洋漂流北大西洋漂流西风漂流西风漂流North Atlantic Current：在欧洲沿岸附近分为三支：中支进在欧洲沿岸附近分为三支：中支进入挪威海，称入挪威海，称挪威海流挪威海流(Norwegian Current)；南支沿欧洲海岸；南支沿欧洲海岸向南，称向南，称加那利流加那利流(Canary Current)，向南与北赤道流汇合，向南与北赤道流汇合，构成北大西洋反气旋式环流；北支流向冰岛南方海域，称构成北大西洋反气旋式环流；北支流向冰岛南方海域，称伊伊尔明格流（尔明格流（ The Irminger Current）。）。

20、北大西洋气旋式环流北大西洋气旋式环流：伊尔明格流，东、西格陵兰流：伊尔明格流，东、西格陵兰流(E., W. Greenland Current)及北美沿岸及北美沿岸拉布拉多流拉布拉多流(Labrador Current)构构成北大西洋高纬海区成北大西洋高纬海区气旋式环流气旋式环流。南极绕极流南极绕极流南半球南半球西风漂流西风漂流Antarctic Circumpolar Current（ACC） ：由于南极海域连成一片，由于南极海域连成一片，南半球西风飘流环绕整个南极大陆，是一支自西向东的强大流动。南半球西风飘流环绕整个南极大陆，是一支自西向东的强大流动。流动自表至底，其上部是漂流，下部为地转

21、流流动自表至底，其上部是漂流，下部为地转流。在大洋东岸向北分支，太平洋秘鲁流，大西洋本格拉流，印度洋西澳流。在大洋东岸向北分支，太平洋秘鲁流，大西洋本格拉流，印度洋西澳流。南极锋：南极锋：大西洋和印度洋平均位置为大西洋和印度洋平均位置为50S，太平洋位于，太平洋位于60。南极辐聚带南极辐聚带：风场分布不均形成，使低盐、富溶解氧表层水在：风场分布不均形成，使低盐、富溶解氧表层水在极锋向极一侧下沉。极锋向极一侧下沉。极锋两侧气候特征也有明显差异极锋两侧气候特征也有明显差异。极地海区干冷、亚南极海区。极地海区干冷、亚南极海区为极地与温带海洋气团轮流控制，季节性明显。为极地与温带海洋气团轮流控制，季节

22、性明显。频繁的气旋活动，降水量较多，海况恶劣。特别南半球的冬季，频繁的气旋活动，降水量较多，海况恶劣。特别南半球的冬季，风与浪更大。风与浪更大。 称其为称其为“咆哮咆哮45”或或“咆哮好望角咆哮好望角”东边界流东边界流East boundary current ：太平洋太平洋 加利福尼亚流加利福尼亚流 秘鲁流秘鲁流大西洋大西洋 加那利流加那利流 本格拉流本格拉流印度洋印度洋 西澳流西澳流 流场特性：是流场特性：是寒流，寒流，流幅宽、流速小、影响深度浅流幅宽、流速小、影响深度浅 水文特性：低温、低盐、水色低、透明度小的特征水文特性：低温、低盐、水色低、透明度小的特征东边界流：东边界流：寒流寒流上

23、升流上升流是东边界流海区的一个重要水文特征。是东边界流海区的一个重要水文特征。原因：信风常年沿岸吹，风速分布不均（近岸小，海面大），海水离岸原因：信风常年沿岸吹，风速分布不均（近岸小，海面大），海水离岸运动。运动。对气候影响对气候影响: 干旱少雨干旱少雨,有利海雾形成有利海雾形成。与西边界流区。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。具有气候温暖、雨量充沛的特点形成明显差异。来自高纬海区的寒流，形成大气冷下垫面，上层大气层结稳来自高纬海区的寒流，形成大气冷下垫面，上层大气层结稳定定西边界流西边界流东边界流东边界流反气旋大环流的中间海域，流向不定，流速甚小。反气旋大环流的中间海域，

24、流向不定，流速甚小。表层海水辐聚下沉表层海水辐聚下沉副热带辐聚区副热带辐聚区形成高温、高盐、高溶解氧次表层水。形成高温、高盐、高溶解氧次表层水。具有世界上最高水色和透明度，具有世界上最高水色和透明度，“海洋沙漠海洋沙漠”透明度最大海透明度最大海马尾藻海马尾藻海，北大西洋，北大西洋2035N，4075W副高，又称副高，又称“马纬度马纬度”：南北纬：南北纬30，此处无风，此处无风,运马的船在此处停运马的船在此处停留，船上的淡水不足，将马赶入海中留，船上的淡水不足，将马赶入海中,后称其为后称其为“马纬度马纬度”大洋环流认识2011年日本地震海啸对北太平洋环流认识2011年年3月月11日，日，宫城县名

25、取市，海宫城县名取市，海啸来袭时的场面。啸来袭时的场面。新闻直升机拍摄新闻直升机拍摄2011年日本地震海啸海啸产生的大量垃圾海啸产生的大量垃圾,估计海洋中的垃圾估计海洋中的垃圾2500万吨万吨日本海啸垃圾形成长日本海啸垃圾形成长111公里巨岛公里巨岛 正正漂向美国漂向美国美国海军三月十三日及十四日拍摄的照片，显示日本强震引发的海啸将房屋、汽车和各种残骸卷入太平洋，形成“垃圾岛”，正漂向美国西岸美国夏威夷大学研究人员：美国夏威夷大学研究人员：日本震后巨量垃圾或将日本震后巨量垃圾或将20132013年年漂流至美国近海漂流至美国近海http:/ 据外电报道，美国清洁工人25日将开始处理被冲到阿拉斯加

26、州海岛的日本海啸漂来垃圾，清理工作将在蒙达哥岛启动，预计将持续两个星期。这是阿拉斯加州首次大规模收集并处理海啸带来的垃圾。当地居民正在海岸寻找包括浮标与建筑材料在内的各种物品当地时间2012年5月6日，加拿大维多利亚，当地摩托车经销商Ralph Tieleman和其他民众看着这辆冲到加拿大的摩托车美国严查日本美国严查日本海啸垃圾海啸垃圾据美国国家科学院院报5月28日报道，在自日本海奔波近1万千米回游到美国西海岸的蓝鳍金枪鱼体内，研究人员发现了带有福岛核电站泄漏的铯，含量是一年前从加州海岸游往日本的金枪鱼体内含量的10倍。2012-06-15文，近日，一座大型钢筋混凝土船坞漂上美国俄勒冈州中部海

27、岸新港附近的海滩，船坞上一块金属标识牌上的日文字迹清晰可辨。日本驻美国波特兰领事馆证实，牌上编号、日期和制造商等信息显示这座“浮动船坞”来自去年遭受海啸侵袭的日本三泽市。经检测，船坞没有受到核辐射污染据美国媒体2013年11月5日消息消息，2011年日本海啸后产生大批产生大批垃圾，现在这巨型“垃圾岛”正漂向美国西海岸。有英国媒体报道称，该“垃圾岛”重量可能超过100万吨，笼笼罩罩面积与得克萨斯州雷同雷同。“有毒的怪物有毒的怪物”持续扩大：持续扩大：持续吸收持续吸收周围的漂浮垃圾，可能将比美国面积还要大，理论上重量可以达到达到500万吨。直接影直接影响将持续几年响将持续几年实际上该照片为2011

28、年9月俄罗斯船在夏威夷中途岛附近拍摄凤凰卫视凤凰卫视1111月月1010日日倾倾百老汇倾倾百老汇尉尉迟迟琳嘉：尉迟琳嘉：美国最近也有个无从下手的事儿，自从11年日本海啸之后呢，日本产生了大量的海上垃圾，最近这其中的一个巨型的“垃圾岛”向美国的西海岸展开了一次“有毒物”的奇幻漂流，据说这个“垃圾岛”重量超过一百万吨，覆盖的面积和得克萨斯州差不多。看到这个新闻，我的感想是，居然还有日本不要的岛。日本海啸垃圾岛漂向美国日本海啸垃圾岛漂向美国 难得有日本不要的岛难得有日本不要的岛日海啸垃圾输运受海洋环流和风影响大洋表层环流认识大洋表层环流认识Gulf StreamCalifornia Current风

29、生大洋环流西向强化西向强化寒暖流寒暖流世界四大渔场世界四大渔场北海渔场、纽芬兰渔场、北海道渔场和秘鲁渔场纽芬兰渔场Newfoundland北海道渔场北海渔场踩着鳕鱼群的脊背就可上岸”的美名世界大洋上层铅直向环流世界大洋上层铅直向环流赤道海区，海水输运有南北分量，导致海水的辐聚赤道海区，海水输运有南北分量，导致海水的辐聚下沉与辐散上升运动下沉与辐散上升运动南赤道流跨赤道：辐散上升南赤道流和赤道逆流之间：辐聚下沉赤道逆流和北赤道流间：辐散上升赤道区海水辐散辐聚：海水升降赤道区海水辐散辐聚：海水升降由于连续性，在一定深度上形成了经由于连续性，在一定深度上形成了经向的次级小环流。向的次级小环流。所处深

30、度较浅，变动于所处深度较浅，变动于50100m之间。之间。使赤道海区表面的热量和淡水盈余向使赤道海区表面的热量和淡水盈余向高纬方输送，部分调节了热盐的分布高纬方输送，部分调节了热盐的分布情况。情况。赤道区海水辐散辐聚：海面起伏赤道区海水辐散辐聚：海面起伏对水平环流有作用对水平环流有作用大洋子午环流：经向环流大洋子午环流：经向环流在高纬海区，海水变冷密度增大而下沉到深处甚至海底，然后在高纬海区，海水变冷密度增大而下沉到深处甚至海底，然后向整个海盆扩展向整个海盆扩展在低纬度海区，海水辐散迫使海水穿越温跃层而涌升到海面，在低纬度海区，海水辐散迫使海水穿越温跃层而涌升到海面，这种循环称为热盐循环或子午

31、翻转循环这种循环称为热盐循环或子午翻转循环深层环流的深度主要取决于海水的密度（热盐环流），某些海深层环流的深度主要取决于海水的密度（热盐环流），某些海域海水的下沉或上升由动力作用引起。域海水的下沉或上升由动力作用引起。深层环流深层环流深层冷水与上层暖水决定海洋层化，海洋层化强烈深层冷水与上层暖水决定海洋层化，海洋层化强烈影响着海洋动力学影响着海洋动力学冷水的体积远大于表层暖水水体，虽然流速非常弱冷水的体积远大于表层暖水水体，虽然流速非常弱，但深层海水的输送能力与表层水相当，但深层海水的输送能力与表层水相当子午环流携带的热量和其他物质直接影响地球的热子午环流携带的热量和其他物质直接影响地球的热收

32、支、气候等收支、气候等I. 次表层水的运动和分布：次表层水的运动和分布：次表层水：表层水以下与大洋主温跃层以上的海水。次表层水：表层水以下与大洋主温跃层以上的海水。来源：副热带海域的表层水下沉形成的。来源：副热带海域的表层水下沉形成的。大部分水体流向低纬一侧，沿主温跃层散布，少部分流向高大部分水体流向低纬一侧，沿主温跃层散布，少部分流向高纬一侧。纬一侧。性质：高盐高温，只能下沉到表层水以下的深度上。性质：高盐高温，只能下沉到表层水以下的深度上。大洋表层以下的环流大洋表层以下的环流副热带副热带中高纬南极陆架大洋冷水区环流大洋冷水区环流主温跃层以下主温跃层以下中层水中层水深层水深层水底层水底层水中

33、层水的运动中层水的运动低盐中层水：盐度低盐中层水：盐度34左右左右南极辐聚带南极辐聚带西北辐聚带西北辐聚带：拉布拉多海、伊尔明格海、堪察加海南部等区：拉布拉多海、伊尔明格海、堪察加海南部等区域域高盐中层水高盐中层水：盐度：盐度37以上以上地中海中层水地中海中层水红海中层水红海中层水补偿流密度流南极陆架低盐中层水的运动低盐中层水的运动l南极辐聚带：南极辐聚带：温盐特征为温盐特征为2.2C与与33.8l下沉下沉8001000m, 一面参加南极绕极流，一部分水体向一面参加南极绕极流，一部分水体向北散布进入三大洋。大西洋可达北散布进入三大洋。大西洋可达25N；太平洋可越过赤；太平洋可越过赤道，印度洋仅

34、达道，印度洋仅达10S。l西北辐聚带：西北辐聚带：盐度盐度34左右左右。位置：拉布拉多海、伊尔明格海、堪察加海南部（传播至位置：拉布拉多海、伊尔明格海、堪察加海南部（传播至10N附近）等区域附近）等区域南极陆架地中海中层水 (MIW)温度13，盐度3710001200m高盐水下沉，但不会到底 比北大西洋深层水（NADW）和南极底层水 （AABW）要轻红海中层水的运动红海中层水的运动2000m水深处温盐分布副热带副热带中高纬南极陆架大洋底层水的运动大洋底层水的运动大洋冷水区环流大洋冷水区环流主温跃层以下主温跃层以下中层水中层水深层水深层水底层水底层水南极陆架大洋深层水的运动大洋深层水的运动位置：

35、位置：中层水和底层水之间，约在中层水和底层水之间，约在20004000m的深度的深度源地：源地：主要由北大西洋格陵兰南部的上层海洋中形成。主要由北大西洋格陵兰南部的上层海洋中形成。东格陵兰流与拉布拉多寒流向该区输送冷的极地水，与湾流混合东格陵兰流与拉布拉多寒流向该区输送冷的极地水，与湾流混合后下沉（盐后下沉（盐34.9，温近，温近3C）向整个洋底散布。在大洋西部接）向整个洋底散布。在大洋西部接近近40N，与来自南极密度更大的底层水相遇，在其上向南流去，与来自南极密度更大的底层水相遇，在其上向南流去，直到南大洋。直到南大洋。主要特征：主要特征：贫氧贫氧在大西洋格陵兰南部下沉的深层水南下大西洋，到

36、达在大西洋格陵兰南部下沉的深层水南下大西洋，到达南极时要花南极时要花700700年；再东拐至澳大利亚南端需年；再东拐至澳大利亚南端需600600年；年；然后北上太平洋，到达北太平洋北部还需然后北上太平洋，到达北太平洋北部还需700700年。年。大洋五大水层大洋五大水层(水团水团)水团名称水团名称来源来源主要特征主要特征局地富溶解氧富溶解氧副热带辐聚带高盐高盐西北辐聚带、南极辐聚带地中海、红海低盐低盐高盐高盐大西洋格陵兰岛南端表层下贫氧贫氧南极大陆边缘海高密高密水团的定义水团的定义水团水团(water mass)的定义：的定义： 中国大百科全书中国大百科全书: 源地和形成机制相近，具有相对均匀的

37、物理、源地和形成机制相近，具有相对均匀的物理、化学和生物特征及大体一致的变化趋势，与周围海水存在明显化学和生物特征及大体一致的变化趋势，与周围海水存在明显差异的宏大水体。差异的宏大水体。“内同性内同性”“”“外异性外异性”。l长期来把温盐特性作为分析水团的主要指标。温盐图解判定水长期来把温盐特性作为分析水团的主要指标。温盐图解判定水团的数目。团的数目。水团名称水团名称来源来源主要特征主要特征表层水表层水局地富溶解氧富溶解氧次表层水次表层水副热带辐聚带高盐高盐中层水中层水西北辐聚带、南极辐聚带(低盐低盐);地中海、红海(高盐高盐)低盐低盐高盐高盐深层水深层水大西洋格陵兰岛南端表层下贫氧贫氧底层水

38、底层水南极大陆边缘海高密高密水团划分水团划分主要以温盐特性作为分析水团划分的指标。主要以温盐特性作为分析水团划分的指标。温盐图解判定水团的数目。温盐图解判定水团的数目。绿色太平洋水体中，可以清晰看出具有高盐特征的太平洋次表层水和具有低盐特征的太平洋中层水的水团特征。l红色代表南海与太平洋之间区域（呂宋海峡）的水体l绿色代表太平洋的水体l蓝色代表南海的水体中国近海水团的划分中国近海水团的划分主要根据温盐特性主要根据温盐特性1 1）定性的综合分析方法（经验法）定性的综合分析方法（经验法）：定性描述：定性描述2 2）浓度混合分析方法浓度混合分析方法：定量地确定水团边界和混：定量地确定水团边界和混合区

39、合区3 3）概率统计分析法概率统计分析法：目前已被应用的主要有海水：目前已被应用的主要有海水特征频率分析法，判别分析法、聚类分析法等特征频率分析法，判别分析法、聚类分析法等4 4）模糊数学分析方法模糊数学分析方法：隶属函数描述一水体元对：隶属函数描述一水体元对水团的隶属度水团的隶属度水型水型：性质完全相同的水体元的集合：性质完全相同的水体元的集合水系水系：符合一个给定条件的水团的集合。即：符合一个给定条件的水团的集合。即只 考 虑 一 种 性 质 相 近 即 可 。只 考 虑 一 种 性 质 相 近 即 可 。 “ 沿 岸 水沿 岸 水系系”“”“外海水系外海水系”“”“暖水系暖水系”“”“冷

40、水系冷水系”水型水型( (W Water Typeater Type) )和水系和水系( (W Water Systemater System) )核心核心：有一部分水体是该水团典型特征的代表，即有一部分水体是该水团典型特征的代表，即为核心。黄海冷水团为核心。黄海冷水团“冷中心冷中心” 特征水平的升降反映水团特征型水平升降。特征水平的升降反映水团特征型水平升降。核心位置的变动反映水团位置变动的趋向。核心位置的变动反映水团位置变动的趋向。强度：强度：描述水团增强减弱的情况，描述水团增强减弱的情况，2种强度种强度.指水团占指水团占据的空间范围特征水平，如高温水团，升温增强，低据的空间范围特征水平，

41、如高温水团，升温增强，低温水团，升温减弱。温水团，升温减弱。边界与混合区：边界与混合区：兼备内同性与外异性的这部分水体的兼备内同性与外异性的这部分水体的外包络面。外包络面。“域域”“”“过渡区过渡区”“”“混合区混合区”混合带混合带: 大面图上，大面图上，“海洋锋海洋锋”；断面图上称；断面图上称“过渡过渡层层”“”“跃层跃层”（一）世界（一）世界大洋上层主要水平环流大洋上层主要水平环流（二）世界大洋上层铅直向环流（二）世界大洋上层铅直向环流（三）世界大洋表层以下环流及水团（三）世界大洋表层以下环流及水团（四）大洋环流的成因（四）大洋环流的成因水团名称水团名称来源来源主要特征主要特征局地富溶解氧

42、富溶解氧副热带辐聚带高盐高盐西北辐聚带、南极辐聚带地中海、红海低盐低盐高盐高盐大西洋格陵兰岛南端表层下贫氧贫氧南极大陆边缘海高密高密美国宇航局绘制的地球表层洋流图酷似荷兰画家梵高的名画星空，堪称大自然的艺术杰作http:/ curlyxyTTMxyT2 cosfyR由风驱动的海流引起的向北的由风驱动的海流引起的向北的水体输送等于风应力的旋度，水体输送等于风应力的旋度，称之为称之为Sverdrup关系或平衡关系或平衡对对Sverdrup理论的评论理论的评论Sverdrup理论认为理论认为内部流动为地转平衡流内部流动为地转平衡流在某一均一深度处海水没有运动在某一均一深度处海水没有运动Ekman输送

43、理论是正确的输送理论是正确的Sverdrup解只在东边界附近成立（忽略底摩擦的结果）。解只在东边界附近成立（忽略底摩擦的结果）。Sverdrup理论和观测比较理论和观测比较北赤道流北赤道流北赤道北赤道逆流逆流Stommel大洋环流理论大洋环流理论(1948)(1948)Stommel采用了基本上与采用了基本上与Sverdrup一样的运动方程，一样的运动方程，风应力风应力、铅直湍切应力及科氏力等的平衡关系、铅直湍切应力及科氏力等的平衡关系,但底应力不再为但底应力不再为0zzpufvAxzzpvfuAyzz 00, zyzDvvATAkvzz 0cos(/ ), zxzDuuATFxb yAkuz

44、z l研究西向强化问题研究西向强化问题:将大洋视为等深矩形，风应力随纬度变化将大洋视为等深矩形，风应力随纬度变化l科氏参数随纬度的变化率科氏参数随纬度的变化率 是引起洋流西向强化的主要原因是引起洋流西向强化的主要原因MunkMunk大洋环流理论大洋环流理论( (Munk采用了采用了Sverdrup的思想，垂直积分到海水处于静止的思想，垂直积分到海水处于静止状态的深度，考虑水平压强梯度力、科氏力、铅直涡粘力状态的深度，考虑水平压强梯度力、科氏力、铅直涡粘力和水平涡粘力，和水平涡粘力， 假定AH = Ax = Ay为常数 2222zHHpuuufvAAAxzzxy2222zHHpvvvfuAAAy

45、zzxy Munk大洋环流理论的解析解大洋环流理论的解析解在海盆东部与在海盆东部与Sverdrup结果相似，海盆西部给出了强结果相似，海盆西部给出了强化流。化流。由温、盐变化引起的环流。相对而言在大洋中下层占主导地位。大洋主温跃层稳定性：低纬海区有净的热输入，表明深层有冷水上升，有效阻止热量从表面向下扩散。使跃层深度保持稳定。表明海洋深层环流的存在海水密度决定海水所处位置，热盐决定密度热盐环流“海洋是否是热机”？海洋热盐环流或子午环流海洋热盐环流或子午环流海洋是否为热机？争论焦点就归结为沿子午方向分布的海面温度能否驱动并维持一个贯穿整个深度、稳定的子午环流。混合重要作用风生环流和热盐环流的区别

46、风生环流和热盐环流的区别驱动力不同：驱动力不同：风；风、热和水通量风；风、热和水通量作用区域有所区别作用区域有所区别。风生环流限于大洋的上层，即在温。风生环流限于大洋的上层，即在温跃层以上，热盐环流主要集中在大洋的深层。跃层以上，热盐环流主要集中在大洋的深层。所占比例：所占比例：全球大洋全球大洋10%10%的水体受风生流的影响，的水体受风生流的影响，90%90%的的水体受热盐流的影响。流动相当缓慢（水体受热盐流的影响。流动相当缓慢（1cm/s1cm/s）时间尺度：时间尺度：热盐环流的时间尺度是千年量级。热盐环流的时间尺度是千年量级。颜色深浅颜色深浅表示温度表示温度高低高低颜色深浅颜色深浅表示温

47、度表示温度高低高低 冬季环流结构冬季环流结构夏季环流结构夏季环流结构东中国海冬、夏的基本环流特征南海的环流南海的环流西南季风期间盛行东北向漂流，东北季风期间盛行则为西南向漂流西南季风期间盛行东北向漂流，东北季风期间盛行则为西南向漂流南海北部海区，存在终年由西南流向东北的南海北部海区，存在终年由西南流向东北的“南海暖流南海暖流”黑潮的一支在台湾岛东南通过巴士海峡进入南海和台湾海峡黑潮的一支在台湾岛东南通过巴士海峡进入南海和台湾海峡夏季，北部湾的环流顺时针方向，冬季则是逆时针方向夏季，北部湾的环流顺时针方向，冬季则是逆时针方向海流的观测：海流的观测：直接观测和遥感观测直接观测和遥感观测观测仪器分为

48、机械、电磁和声学方式（观测仪器分为机械、电磁和声学方式（ADCPADCP）观测方式：走航式和锚定法观测方式：走航式和锚定法锚定法：表层锚定和次表层锚定锚定法：表层锚定和次表层锚定误差来源：锚体运动；采样时间短；海洋生物腐蚀误差来源：锚体运动；采样时间短；海洋生物腐蚀海流的观测可分为海流的观测可分为EulerEuler方法和方法和LagrangeLagrange方法方法直直接接观观测测直读式海流计水下主机、水上数据终端 数据直接输送到PC电磁海流计 测量海水流速、流向船用声学多普勒海流剖面仪(ADCP )定点、走航测量海水流速、流向 海流的观测海流的观测-Lagrange方法方法Argo浮标浮标

49、误差来源：浮体不随水体走；浮体位置误差；采样误差来源：浮体不随水体走；浮体位置误差；采样误差：浮体易去辐合区，而不去辐散区误差：浮体易去辐合区，而不去辐散区国际国际ARGO计划计划2000年起，在全球布放年起，在全球布放3000个个Argo浮标，浮标间隔约浮标，浮标间隔约300Km，放置在，放置在2000m水深，可测量水深，可测量温度、盐度剖面和上层流速温度、盐度剖面和上层流速2008年7月 Argo浮标3175个2015年3月 Argo 浮标3846个 密度流和倾斜流密度流和倾斜流F密度小密度大海面海面F形成一个由外向里形成一个由外向里的地转流的地转流形成一个由里向外形成一个由里向外的地转流的地转流日本福岛核泄露，与日本相日本福岛核泄露，与日本相邻的中国受福岛核泄露威胁邻的中国受福岛核泄露威胁如何？如何？核污染在大气中扩散路径海洋中含核污染物扩散路径思考题: 风海流和地转流都是只考虑两力平衡下的稳定流动，为何风海流各层流向发生偏转？为何海洋中存在海面高度差时产生的流动与陆地水流不同？海面加热和冷却就是形成大洋深成子午环流的原因么？黑潮对我国近海环流存在哪些影响？