《水文学》第4章海洋的结构与海水的运动课件.ppt

1、水文学水文学-第第4章海洋的结章海洋的结构与海水的运动构与海水的运动4.14.1海洋的组成与结构海洋的组成与结构 一、海洋的组成一、海洋的组成 二、海洋运动的结构二、海洋运动的结构各大洋间的分界线 四大洋间无天然界线，只能以水下海岭或人定经线为界。太平洋北边通过白令海峡与北冰洋相通，东边以通过南美合恩角的经线（68W）到南极洲与大西洋分界，西边与印度洋的分界：从马来半岛起，经苏门答腊、爪哇、帝汶等岛，澳大利亚的伦敦德里角，再沿塔斯马尼亚岛的东南角至南极洲。印度洋与大西洋的分界线：从非洲南部厄加勒斯角起经20E经线至南极洲。北冰洋则大致以北极圈为界。（二）海及其分类 海指位于大陆的边缘（或大洋的

2、边缘），由大陆、半岛、岛屿或岛屿群等在不同程度上与大洋主体隔开的水域。具有深度浅、面积小、兼受洋、陆影响的特性，并具有不稳定的理化性质，潮汐现象明显，基本上不具有独立的洋流系统和潮汐系统，是大洋的附属部分，即海总从属于一定的洋。据国际水道测量局统计，全球共有54个海（包括某些海中之海）。依据海与大洋分离程度和其他地理标志，可以把海分成边缘海、地中海和内海。边缘海又称陆缘海、边海或缘海。位于大陆边缘，以半岛、岛屿或群岛与大洋或邻海相分隔，但直接受外海传播来的洋流和潮汐的影响。如白令海、鄂霍次克海、日本海、黄海、东海和南海等。内海又称内陆海、封闭海，指伸入大陆内部，仅有狭窄水道（海峡）同大洋或边缘

3、海相通的海。例如我国的渤海、西亚的波斯湾、红海、欧洲的波罗的海等。地中海以称陆间海，指位于两个或多个大陆之间的海。如亚、欧、非大陆之间的地中海，位于安的列斯群岛、中美地峡和南美大陆之间的加勒比海等。（三）海湾和海峡 海湾bay,gulf，指洋或海的一部分伸入大陆，深度逐渐变窄的水域。海湾中的海水因其与邻近海或洋相通，故海水性质与相邻海洋的性质相似。海湾中的最大水文特点是潮差很大，原因是深度和宽度向大陆方向不断减小。如杭州湾的钱塘江怒潮，潮差一般为68m。北美芬地湾潮差更达18m之最。海峡strait,channel，指位于两块陆地之间，两端连接海洋的狭窄水道。如连结东海与南海的台湾海峡等。海湾

4、海湾 海湾是海洋海湾是海洋伸入大陆的部分，伸入大陆的部分，其深度和宽度向其深度和宽度向大陆方向逐渐减大陆方向逐渐减小的水域。一般小的水域。一般以入口处海角之以入口处海角之间的连线或湾口间的连线或湾口处的等深线作为处的等深线作为洋或海的分界线。洋或海的分界线。海湾的特点是潮海湾的特点是潮差较大。差较大。海峡海峡 海峡是连海峡是连通海洋与海洋通海洋与海洋之间狭窄的天之间狭窄的天然水道。如台然水道。如台湾海峡、马六湾海峡、马六甲海峡、直布甲海峡、直布罗陀海峡等。罗陀海峡等。其水文特征是其水文特征是水流急，潮速水流急，潮速大，上下层或大，上下层或左右两侧海水左右两侧海水理化性质不同，理化性质不同，流向

5、不同。流向不同。二、海洋运动的结构二、海洋运动的结构（一）海洋形态结构（一）海洋形态结构 根据海底地貌的基本形态特征，可分成大陆边缘、大根据海底地貌的基本形态特征，可分成大陆边缘、大洋盆地、洋中脊三个单元，见表洋盆地、洋中脊三个单元，见表42。1、大陆边缘、大陆边缘u大陆边缘一般包括大陆架、大陆坡和大陆基大陆边缘一般包括大陆架、大陆坡和大陆基（大陆隆），约占海洋总面积的（大陆隆），约占海洋总面积的22。大陆架。大陆架或大陆浅滩是毗连大陆的浅水区域和坡度平缓或大陆浅滩是毗连大陆的浅水区域和坡度平缓区域，是大陆在海面以下的自然延续部分，通区域，是大陆在海面以下的自然延续部分，通常取常取200米等深

6、线为大陆架外缘。大陆架宽度米等深线为大陆架外缘。大陆架宽度极不一致，最窄的仅数公里，最宽可达极不一致，最窄的仅数公里，最宽可达1000公公里，平均宽度约里，平均宽度约75公里。公里。u大陆坡和大陆基构成了由大陆向大洋盆地的过大陆坡和大陆基构成了由大陆向大洋盆地的过渡带。大陆坡占据这一过渡带的上部，水深约渡带。大陆坡占据这一过渡带的上部，水深约2003000米的区域，坡度较陡。大陆基大部米的区域，坡度较陡。大陆基大部分位于分位于30004000米等深浅之间，坡度较缓。米等深浅之间，坡度较缓。2、大洋盆地、大洋盆地 大洋盆地是世界海洋中面积最大的地貌大洋盆地是世界海洋中面积最大的地貌单元，其深度大

7、致介于单元，其深度大致介于40006000米之米之间，约占世界海洋总面积的间，约占世界海洋总面积的45左右，左右，由于海岭、海隆以及群岛和海底山脉的由于海岭、海隆以及群岛和海底山脉的分隔，大洋盆地分成近百个独立的海盆，分隔，大洋盆地分成近百个独立的海盆，主要的约有主要的约有50个。个。3、大洋中脊、大洋中脊 洋中脊或中央海岭是世界大洋中最宏伟洋中脊或中央海岭是世界大洋中最宏伟的地貌单元。它隆起于海洋底中央部分，的地貌单元。它隆起于海洋底中央部分，贯穿整个世界大洋，成为一个具有全球贯穿整个世界大洋，成为一个具有全球规模的洋底山脉，大洋中脊总长约规模的洋底山脉，大洋中脊总长约80000公里，相当于

8、陆上所有山脉长度的总和；公里，相当于陆上所有山脉长度的总和；面积约面积约1.2亿平方公里，约占世界海洋总亿平方公里，约占世界海洋总面积的面积的32.7。洋中脊的顶部和基部之间。洋中脊的顶部和基部之间的深度落差平均的深度落差平均1500米。米。4、海沟、海沟 海沟主要分布在大陆边缘与大洋盆地交接处，海沟主要分布在大陆边缘与大洋盆地交接处，是海洋中最深区域，深度一般超过是海洋中最深区域，深度一般超过6000米。世米。世界海洋总共有界海洋总共有30多条海沟，约有多条海沟，约有20条位于太平条位于太平洋，大多数海沟沿着大陆边缘或岛链伸展，宽洋，大多数海沟沿着大陆边缘或岛链伸展，宽度小于度小于120公里

9、，深度达公里，深度达611公里；深度大于公里；深度大于1万米的海沟有马里亚纳海沟、汤加海沟、千万米的海沟有马里亚纳海沟、汤加海沟、千岛岛-勘察加海沟、菲律宾海沟、克马德克海沟，勘察加海沟、菲律宾海沟、克马德克海沟，均位于太平洋。其中，马里亚纳海沟的查林杰均位于太平洋。其中，马里亚纳海沟的查林杰海渊深达海渊深达11034米，是迄今所知海洋中的最大米，是迄今所知海洋中的最大深度。深度。（二）海水运动结构（二）海水运动结构u广阔无垠的海洋，永远处于不停的运动之中。水的广阔无垠的海洋，永远处于不停的运动之中。水的运动不仅仅发生在表层，而且直到近底层的深处。运动不仅仅发生在表层，而且直到近底层的深处。水

10、的移动不仅可以在水平方向上，而且也发生在垂水的移动不仅可以在水平方向上，而且也发生在垂直方向上。直方向上。u海水的运动不仅是输送水量，而同时输送能量和物海水的运动不仅是输送水量，而同时输送能量和物质促进了海洋生态的良性循环和影响着全球的气候质促进了海洋生态的良性循环和影响着全球的气候和天气。和天气。u引起海水运动的原因很多。其中主要有：天体作用、引起海水运动的原因很多。其中主要有：天体作用、太阳辐射作用、大气压力梯度等等，使海水运动形太阳辐射作用、大气压力梯度等等，使海水运动形成多种多样的结构形式，但海水运动结构主要有：成多种多样的结构形式，但海水运动结构主要有：规模宏大首尾相接的洋流系统；周

11、期性涨落和水平规模宏大首尾相接的洋流系统；周期性涨落和水平运动的潮汐系统；澎湃激荡的波浪系统；永无休止运动的潮汐系统；澎湃激荡的波浪系统；永无休止的混合系统。对它们进行研究，由分析到综合，最的混合系统。对它们进行研究，由分析到综合，最后达到认识海水总的运动规律的目的。后达到认识海水总的运动规律的目的。4.2海水的运动海水的运动P135144 本节内容主要参照本节内容主要参照自然地理学自然地理学“4.3海水海水的运动的运动”一节。一节。海水的运动形式多种多样，其中波浪、潮汐、海水的运动形式多种多样，其中波浪、潮汐、洋流是海水运动的三种普遍形式。洋流是海水运动的三种普遍形式。一、波浪（一、波浪（w

12、ave)P137139 二、二、潮汐（潮汐（tide,morningandeveningtide）P135137 三、洋流（三、洋流（Oceancurrent）P139144 四、复习思考题四、复习思考题一、波浪（一、波浪（wave)P137139（一）波浪及其形（一）波浪及其形成成波浪波浪是指发生是指发生在海洋、湖泊、水在海洋、湖泊、水库等有宽敞水面的库等有宽敞水面的水体中的波动现象，水体中的波动现象，其显著特点是水面其显著特点是水面呈周期性起伏。波呈周期性起伏。波浪发生时，好象是浪发生时，好象是水体向前移动，但水体向前移动，但实质上是波形的传实质上是波形的传播，而并非是水质播，而并非是水质

13、点的向前移动。点的向前移动。当水体表层或内部受到风力、地震等外力作用时，水质点当水体表层或内部受到风力、地震等外力作用时，水质点便离开原来的平衡位置而运动，但在内力（如重力、表面张力、便离开原来的平衡位置而运动，但在内力（如重力、表面张力、水压力等）作用下，水压力等）作用下，水质点水质点又有恢复到原来平衡位置的趋势。又有恢复到原来平衡位置的趋势。因此，水质点便在其平衡位置附近作周期性的封闭圆周运动或因此，水质点便在其平衡位置附近作周期性的封闭圆周运动或接近封闭的圆周运动。这种水质点在其平衡位置附近作周期性接近封闭的圆周运动。这种水质点在其平衡位置附近作周期性的往复运动称为水质点的振动。的往复运

14、动称为水质点的振动。由于惯性由于惯性作用，水质点作用，水质点的振动保持着并通过四周的水质点的振动保持着并通过四周的水质点向外传播，引起水面周期性的起伏，便形成波浪。向外传播，引起水面周期性的起伏，便形成波浪。可见，波浪的实质是波形的传播，而非水质点的向前移动。可见，波浪的实质是波形的传播，而非水质点的向前移动。水质点只在其平衡位置附近作周期性的振动，水质点的振动在水质点只在其平衡位置附近作周期性的振动，水质点的振动在水体中的传播，引起水面周期性的起伏形成波浪。水体中的传播，引起水面周期性的起伏形成波浪。（二）（二）波浪要素波浪要素 1 1、波浪的波浪的形态要素：形态要素：有波峰有波峰与与波顶、

15、波谷波顶、波谷与与波底、波高波底、波高和波幅和波幅、波坡、波坡、波波长、波长、波陡陡、波向线和波峰线等（图、波向线和波峰线等（图 5 33）。）。波峰是静水面以上的波浪部分。波顶是波峰波峰是静水面以上的波浪部分。波顶是波峰或波面或波面的的最高点。最高点。波谷是静水面以下的波浪部分。波底是波谷波谷是静水面以下的波浪部分。波底是波谷或波面或波面的的最低点。最低点。描述波浪形状、尺描述波浪形状、尺度和运动特性的物度和运动特性的物理量称为波浪要素理量称为波浪要素1 1、波浪的波浪的形态要素（续）：形态要素（续）：波高波高h，是，是相邻相邻波顶与波底之间的垂直距离。波顶与波底之间的垂直距离。波幅，是指波

16、高的一半即波浪振幅。波幅，是指波高的一半即波浪振幅。波长波长 ，是相邻波顶（或波底）间的水平距离。，是相邻波顶（或波底）间的水平距离。波陡，波高波陡，波高h h与半个波长与半个波长1/2 1/2 之比值。之比值。波峰线，是指垂直波浪传播方向上各波顶的连线波峰线，是指垂直波浪传播方向上各波顶的连线，可以是直线、曲线，也可以高低起伏可以是直线、曲线，也可以高低起伏。波向线，是指波波向线，是指波浪浪传播的方向传播的方向线或引起波浪力的方线或引起波浪力的方向，与波峰线垂直。向，与波峰线垂直。2、波浪的运动要素、波浪的运动要素有波长、波速C、波浪周期。波长波长 ，是相邻波顶（或波底）间的水平距离。，是相

17、邻波顶（或波底）间的水平距离。波速波速C C，指波形移动的速度，单位，指波形移动的速度，单位m/sm/s。波浪周期，指波形传播一个波长所需的时间，波浪周期，指波形传播一个波长所需的时间，以秒计。以秒计。三者关系：三者关系：c（三）波浪分类（三）波浪分类波浪从不同角度有不同分类。波浪从不同角度有不同分类。1、根据成因分类、根据成因分类（1）风浪（摩擦浪）和涌浪）风浪（摩擦浪）和涌浪风浪风浪指在风力直接作用下引起的海面波动即风力作用引起的波浪。指在风力直接作用下引起的海面波动即风力作用引起的波浪。风浪的典型特点是：波形两侧不对称，迎风面坡度比背风面小。风浪的典型特点是：波形两侧不对称，迎风面坡度比

18、背风面小。风浪的大小主要取决于风速即风力大小。至少要有多大的风速风浪的大小主要取决于风速即风力大小。至少要有多大的风速才能产生风浪，看法不一。一般认为引起风浪的临界风速为才能产生风浪，看法不一。一般认为引起风浪的临界风速为0.71.3m/s。空气在海面上的流动，借助于对海面的摩擦力而引起海面的波空气在海面上的流动，借助于对海面的摩擦力而引起海面的波动动，并通过对迎风波面上的正压力和切应力将风能传给波浪，推，并通过对迎风波面上的正压力和切应力将风能传给波浪，推动着波浪的发展。动着波浪的发展。风浪从风获得能量而生成、发展，同时又由于种风浪从风获得能量而生成、发展，同时又由于种种过程而消耗能量。风浪

19、的生成、发展和消衰，取决种过程而消耗能量。风浪的生成、发展和消衰，取决于能量的摄取和消耗之间对比关系。当能量的收入大于能量的摄取和消耗之间对比关系。当能量的收入大于支出时，风浪就成长、发展；反之，风浪将逐渐趋于支出时，风浪就成长、发展；反之，风浪将逐渐趋于衰退。于衰退。风浪的大小不仅取决于风速（风力大小），而且风浪的大小不仅取决于风速（风力大小），而且还与风作用的时间（风时）、风作用的海区范围（风还与风作用的时间（风时）、风作用的海区范围（风区）以及海区的形态特征，是各影响因素综合作用的区）以及海区的形态特征，是各影响因素综合作用的结果。一般地风力越大，风区越宽广，风时越长，水结果。一般地风力

20、越大，风区越宽广，风时越长，水深越深，风浪就越大。深越深，风浪就越大。一般地讲，中、高纬海区多风浪。最大风浪带发一般地讲，中、高纬海区多风浪。最大风浪带发生在南半球的西风带，因为这里西风强劲而稳定，三生在南半球的西风带，因为这里西风强劲而稳定，三大洋又连成一片，故有大洋又连成一片，故有“咆哮四十咆哮四十”之称。之称。涌浪涌浪 当风力减弱或平息后继续存在的波浪，或者当风力减弱或平息后继续存在的波浪，或者风浪离开风区向远处传播的波浪称为涌浪，风浪离开风区向远处传播的波浪称为涌浪，简称涌。简称涌。涌浪的特点：波峰比较圆滑，波形两侧对称，涌浪的特点：波峰比较圆滑，波形两侧对称，波高小，波长和周期长。波

21、高小，波长和周期长。（2）海啸（）海啸（tsunami;seismicseawave）指由火山爆发、地震或风暴等引起的巨浪。分地震指由火山爆发、地震或风暴等引起的巨浪。分地震海啸和风暴海啸两种。海啸和风暴海啸两种。地震海啸：指由海底或海边地震、火山爆发以及地震海啸：指由海底或海边地震、火山爆发以及海中的核爆炸等引起的长周期波动，其周期为数分海中的核爆炸等引起的长周期波动，其周期为数分钟至数十分钟不等。钟至数十分钟不等。海啸的特点：具有长波性质，波长长、波速快，到海啸的特点：具有长波性质，波长长、波速快，到浅海区波高很大，破坏力惊人。浅海区波高很大，破坏力惊人。风暴海啸（风暴潮）风暴海啸（风暴潮

22、）:指由台风、强低压、强寒指由台风、强低压、强寒潮或地方性风系所引起的海洋巨浪。风暴潮常伴随潮或地方性风系所引起的海洋巨浪。风暴潮常伴随强台风或寒潮大风等天气而来，使沿海附近造成异强台风或寒潮大风等天气而来，使沿海附近造成异常的增水或减水。常的增水或减水。内波：发生在海水的内部，由两种密度不同内波：发生在海水的内部，由两种密度不同的海水作相对运动而引起的波动现象。的海水作相对运动而引起的波动现象。潮波：海水在引潮力作用下产生的波浪。潮波：海水在引潮力作用下产生的波浪。海啸：由火山、海啸：由火山、地震或风暴等引地震或风暴等引起的巨浪。起的巨浪。破坏性的地震海啸，只在地震构造运动出现垂直断层，破坏

23、性的地震海啸，只在地震构造运动出现垂直断层，震源深度小于震源深度小于20502050公里，而里氏震级大于公里，而里氏震级大于6.56.5的条件下的条件下才能发生。没有海底变形的地震冲击或海底的弹性震动，才能发生。没有海底变形的地震冲击或海底的弹性震动，可引起较弱的海啸。可引起较弱的海啸。在绝大多数情况下，海啸源地的海底断层呈狭带状。在在绝大多数情况下，海啸源地的海底断层呈狭带状。在水深急剧变化或海底起伏很大的局部海区，会出现海啸波的反水深急剧变化或海底起伏很大的局部海区，会出现海啸波的反射现象。在大陆架或海岸附近，海啸在传播过程中遇到海岸边射现象。在大陆架或海岸附近，海啸在传播过程中遇到海岸边

24、界、海岛、半岛、海角等障碍物时，还会产生绕射。海啸进入界、海岛、半岛、海角等障碍物时，还会产生绕射。海啸进入大陆架后，因深度急聚变浅，能量集中，引起振幅增大，并能大陆架后，因深度急聚变浅，能量集中，引起振幅增大，并能诱发出以边缘波形式传播的一类长波。当海啸进入海湾以后波诱发出以边缘波形式传播的一类长波。当海啸进入海湾以后波高骤然增大，特别是在高骤然增大，特别是在V型（三角型或漏斗型）的湾口处更是型（三角型或漏斗型）的湾口处更是如此。这时湾顶的波高通常为海湾入口处的如此。这时湾顶的波高通常为海湾入口处的34倍。在倍。在U型海型海湾，湾顶的波高约为入口处的湾，湾顶的波高约为入口处的2倍。在袋状的湾

25、口，湾顶的波倍。在袋状的湾口，湾顶的波高可低于平均波高。海啸波在湾口和湾内反复发生反射时，往高可低于平均波高。海啸波在湾口和湾内反复发生反射时，往往诱发出湾内海水的固有振动，使波高激增。这时可出现波高往诱发出湾内海水的固有振动，使波高激增。这时可出现波高为为1015米的大波和造成波峰倒卷，甚至发生水滴溅出海面米的大波和造成波峰倒卷，甚至发生水滴溅出海面的现象。溅出的水珠有时可高达的现象。溅出的水珠有时可高达50米以上。米以上。世界上有记载的由大地震引起的海啸，世界上有记载的由大地震引起的海啸，8080以上发生以上发生在太平洋地区。在环太平洋地震带的西北太平洋海域，在太平洋地区。在环太平洋地震带

26、的西北太平洋海域，更是发生地震海啸的集中区域。海啸主要分布在日本太更是发生地震海啸的集中区域。海啸主要分布在日本太平洋沿岸、夏威夷群岛、中南美和北美。中国是一个多平洋沿岸、夏威夷群岛、中南美和北美。中国是一个多地震国，但海啸却不多见。地震国，但海啸却不多见。n 从海面到海底，海啸的流速几乎是一致的。当它传播从海面到海底，海啸的流速几乎是一致的。当它传播到近岸处时，海水的流速很大（若波高为到近岸处时，海水的流速很大（若波高为10米，流速也米，流速也大致为大致为10米米/秒），骤然形成秒），骤然形成“水墙水墙”，伴随着隆隆巨响，伴随着隆隆巨响，汹涌地冲向海岸，它可以使堤岸决口。若最先到达的是汹涌地

27、冲向海岸，它可以使堤岸决口。若最先到达的是波谷，则水位骤落，可看见从未裸露的水下礁石。几乎波谷，则水位骤落，可看见从未裸露的水下礁石。几乎所有的海啸灾害都是由最初所有的海啸灾害都是由最初23级波所造成的。（表级波所造成的。（表4-7）海啸灾害常发生在第一波到达岸边几个小时内。海啸）海啸灾害常发生在第一波到达岸边几个小时内。海啸破坏力很大，破坏力很大，1960年年5月月23日在智利发生的海啸，曾日在智利发生的海啸，曾把夏威夷群岛希洛湾内护岸砌壁的约把夏威夷群岛希洛湾内护岸砌壁的约10吨重的巨大玄武吨重的巨大玄武岩块翻转，抛到岩块翻转，抛到100米外的地方。海啸给沿岸地区的人、米外的地方。海啸给沿

28、岸地区的人、畜、树木、房屋建筑、港湾设施、船舶和海上建筑物等畜、树木、房屋建筑、港湾设施、船舶和海上建筑物等造成的严重灾害，往往大于地震灾害。造成的严重灾害，往往大于地震灾害。2005年年9月月26日，日，18号台风号台风“达维达维”卷卷起的大浪冲击着海口的海堤起的大浪冲击着海口的海堤潮波、气压波与船行波潮波、气压波与船行波（3）潮波）潮波 指由天体（太阳、月球等）引潮力引起的海面指由天体（太阳、月球等）引潮力引起的海面波动，是一种长周期波。波动，是一种长周期波。（4）气压波）气压波 指某一海区气压突变或暴雨集中等因素引起的指某一海区气压突变或暴雨集中等因素引起的波浪。事实上，气压突变引起的风

29、暴潮是一种波浪。事实上，气压突变引起的风暴潮是一种气压波。气压波。（5）船行波）船行波 因行船作用引起的波浪。因行船作用引起的波浪。2、按波长、按波长与水深与水深Z间的相对关系分类间的相对关系分类（1）深水波）深水波 指水深指水深Z大于大于1/2波长波长的波，也称短波。水质点运动的波，也称短波。水质点运动轨迹为圆形。轨迹为圆形。（2）浅水波）浅水波 指水深在指水深在/25Z/2，即水深相对于波长很小时的，即水深相对于波长很小时的波浪称浅水波。水质点运动轨迹为椭圆形。波浪称浅水波。水质点运动轨迹为椭圆形。（3）非常浅水波）非常浅水波 指水深指水深Z/2）n深水波余摆线理论是从以下几个假定条件出发

30、的：深水波余摆线理论是从以下几个假定条件出发的：海海是无限深广的；是无限深广的；海水是由许多水质点组成的，它们之海水是由许多水质点组成的，它们之间没有内摩擦力存在；间没有内摩擦力存在；参加波动的一切水质点均作圆参加波动的一切水质点均作圆周轨迹运动，并且当水质点作圆周轨迹运动时，在水平周轨迹运动，并且当水质点作圆周轨迹运动时，在水平方向上，它们的半径相等，在垂直方向上，则自水面以方向上，它们的半径相等，在垂直方向上，则自水面以下逐渐减少，在波动前位于同一直线上的一切水质点，下逐渐减少，在波动前位于同一直线上的一切水质点，在波动时角速度均相等。在波动时角速度均相等。这样波浪发生时，水质点在其平衡位

31、置附近运动，水质这样波浪发生时，水质点在其平衡位置附近运动，水质点未前进，只是波形向前传递，如此所形成的波形曲线点未前进，只是波形向前传递，如此所形成的波形曲线是余摆线（图是余摆线（图534）。）。对水深对水深Z/2的深水余摆线波具有以下特点：的深水余摆线波具有以下特点：（1）波浪前进时，洋面上的每个水质点都）波浪前进时，洋面上的每个水质点都沿直径和波高相等的垂直圆形轨道运动。沿直径和波高相等的垂直圆形轨道运动。波峰上水质点运动方向与波浪前进方向一致，而在波谷中水质点运动方向与波浪前进方向相反。水质点运动一周的距离等于1个波长，水质点运动的轨迹圆半径等于波幅，直径为波高，水质点运行一周的时间即

32、振动周期等于波浪周期。（2）波动的铅直变化）波动的铅直变化 在铅直方向上，水质点运动的圆形轨道直径和波高在铅直方向上，水质点运动的圆形轨道直径和波高随深度增加循指数规律递减，而波长、周期和波速随深度增加循指数规律递减，而波长、周期和波速不变。不变。某深度某深度Z处水质点运动轨道半径处水质点运动轨道半径r可表示为：可表示为：z2-0Zerr 式中：式中：rz为为z水深处水质点水深处水质点的运动半径；的运动半径；r0为表面水质为表面水质点运动半径；点运动半径；e为自然对数为自然对数的底数；的底数；为圆周率；为圆周率；为为波长；波长；z为水深。为水深。令令Z/2，则，则r=r0/23（波动已很微弱）

33、（波动已很微弱）Z，r=r0/512；Z2，r=r0/30万。万。对于波高为对于波高为10m，波长为，波长为200m的波浪，在相当于的波浪，在相当于1个波长的深度处，半径减小到个波长的深度处，半径减小到10mm，这时水质点已，这时水质点已接近静止状态。据目前所知，最大波长可达接近静止状态。据目前所知，最大波长可达400m，甚，甚至至824m，因此波浪的最大影响深度可达，因此波浪的最大影响深度可达400800m。对于数千米的大洋，波浪只集中在洋面附近。对于数千米的大洋，波浪只集中在洋面附近。总之，深水波的波动主要集中在洋面附近，在总之，深水波的波动主要集中在洋面附近，在半个波长的深度处波动已很微

34、弱，在半个波长的深度处波动已很微弱，在1个波长的水深个波长的水深处波动几乎停息。这个深度称为波浪底部，即波浪能处波动几乎停息。这个深度称为波浪底部，即波浪能量向深处传递的极限。量向深处传递的极限。（3）深水波的波速）深水波的波速C只与波长只与波长有有关，与水深无关。关，与水深无关。有gc22ggc2g22g2gcc1.252gc22得知，而由g为重力加速度。为重力加速度。可见，只要知道一个可见，只要知道一个要素，便可推知其他要素，便可推知其他两个要素。两个要素。2、有限水深的余摆线波（椭圆余摆线波）、有限水深的余摆线波（椭圆余摆线波）/25z/2)当水深小于当水深小于1/2波长时，其波浪便为浅

35、水波。当波浪进入浅水区波长时，其波浪便为浅水波。当波浪进入浅水区以后，因受海底摩阻力的影响，波浪能量除了继续损耗外，又引以后，因受海底摩阻力的影响，波浪能量除了继续损耗外，又引起波浪能量的重新分布，波形即发生变化。其特点是：波速减小，起波浪能量的重新分布，波形即发生变化。其特点是：波速减小，波长变短，波高略增。波高的增加是波能集中较浅的水深中所致，波长变短，波高略增。波高的增加是波能集中较浅的水深中所致，因此，波的外形就趋于尖突。这时水质点的运动轨迹也由圆形变因此，波的外形就趋于尖突。这时水质点的运动轨迹也由圆形变为椭圆形，这样的波形即成为椭圆余摆线形（图为椭圆形，这样的波形即成为椭圆余摆线形

36、（图535）n 根据浅水波的椭圆余摆线理论，可得出浅水波的特根据浅水波的椭圆余摆线理论，可得出浅水波的特性：性：n浅水波中，水质点运动的椭圆轨迹的大小，在水平浅水波中，水质点运动的椭圆轨迹的大小，在水平方向上都相同；在垂直方向上，则自水面向海底，方向上都相同；在垂直方向上，则自水面向海底，椭圆轨道的长轴和短轴都减小，椭圆的扁率增大，椭圆轨道的长轴和短轴都减小，椭圆的扁率增大，在水底半短轴为零，水质点在两焦点之间作直线的在水底半短轴为零，水质点在两焦点之间作直线的往复运动。往复运动。n由于受海底摩擦阻力影响，其波速由于受海底摩擦阻力影响，其波速c只与海深只与海深z有关，有关，而与波长而与波长无关

37、，而且波长变短，波高略增，波陡变无关，而且波长变短，波高略增，波陡变陡。陡。gzc图46波浪由深水区进入海岸带的变化过程3、非常浅水波（水深小于、非常浅水波（水深小于/25）当波浪传入水深当波浪传入水深Z/25的非常浅水区时，的非常浅水区时，水质点运动轨迹不再是椭圆形，更不是水质点运动轨迹不再是椭圆形，更不是圆形，而是在两焦点之间作往复的直线圆形，而是在两焦点之间作往复的直线运动，这种波称为非常浅水波。运动，这种波称为非常浅水波。（五）近岸波浪（波浪的地形效应）（五）近岸波浪（波浪的地形效应）当波浪传到浅水区或近岸区域后，由于受地形和海底当波浪传到浅水区或近岸区域后，由于受地形和海底摩擦阻力影

38、响，波浪将发生一系列的变化。深度变浅摩擦阻力影响，波浪将发生一系列的变化。深度变浅结果，不仅波长缩短，波速也变小，使波向线（波浪结果，不仅波长缩短，波速也变小，使波向线（波浪传播方向）发生转折，出现折射现象。由于能量集中传播方向）发生转折，出现折射现象。由于能量集中于更小水体中，波高将增大，波面变陡，再加上受海于更小水体中，波高将增大，波面变陡，再加上受海底摩擦阻力影响，波峰处传播速度比波谷快，使波浪底摩擦阻力影响，波峰处传播速度比波谷快，使波浪的前坡陡于后坡，波峰赶上波谷，导致波峰前倾，甚的前坡陡于后坡，波峰赶上波谷，导致波峰前倾，甚至倒卷和破碎，形成破碎浪。在陡立的海岸，将形成至倒卷和破碎

39、，形成破碎浪。在陡立的海岸，将形成拍岸浪（拍岸浪（P138图图46）。拍岸浪有巨大的冲击力，冲）。拍岸浪有巨大的冲击力，冲刷着海岸，是改变岸线轮廓最活跃的因素。刷着海岸，是改变岸线轮廓最活跃的因素。1、波浪的折射、波浪的折射P138 当波浪传播方向与海岸斜交时，由于同一波列两端水深当波浪传播方向与海岸斜交时，由于同一波列两端水深的不同，近岸一端水浅而受摩擦阻力大，波速小；而离的不同，近岸一端水浅而受摩擦阻力大，波速小；而离岸较远较深的一端，受摩擦阻力小，则波速大。结果使岸较远较深的一端，受摩擦阻力小，则波速大。结果使波峰线发生转折，逐渐趋于与等深线平行的现象。而在波峰线发生转折，逐渐趋于与等深

40、线平行的现象。而在近岸区，等深线大致与海岸线平行，因此外海传播来的近岸区，等深线大致与海岸线平行，因此外海传播来的波浪接（靠）近海岸时，折射的结果是波峰线趋于与海波浪接（靠）近海岸时，折射的结果是波峰线趋于与海岸平行。（岸平行。（P139图图47和图和图48）除平直海岸外，波浪在港湾海岸也发生折射（除平直海岸外，波浪在港湾海岸也发生折射（P139图图48）。港湾海岸附近的海底等深线大多与海岸平行。）。港湾海岸附近的海底等深线大多与海岸平行。港湾中波浪因水深大而波速快，而伸向海中的岬角处因港湾中波浪因水深大而波速快，而伸向海中的岬角处因水深浅受海底摩擦阻力影响而波速慢。这样，港湾处波水深浅受海底

41、摩擦阻力影响而波速慢。这样，港湾处波峰线凸出，岬角处波峰线凹进，即波峰线与海岸线渐趋峰线凸出，岬角处波峰线凹进，即波峰线与海岸线渐趋平行。可见，波浪折射的结果，岬角上波向线辐聚使波平行。可见，波浪折射的结果，岬角上波向线辐聚使波能集中，引起岬角的侵蚀后退；港湾（海湾）内波向线能集中，引起岬角的侵蚀后退；港湾（海湾）内波向线辐散，波能分散，发生淤积，并成为船舶的庇护所（港辐散，波能分散，发生淤积，并成为船舶的庇护所（港湾处风平浪静）。湾处风平浪静）。2、近岸波浪波形的变化、近岸波浪波形的变化 当外海的波浪传到浅水区或近岸后，由于受海底摩擦阻力的影响，当外海的波浪传到浅水区或近岸后，由于受海底摩擦

42、阻力的影响，不仅波速变慢，波长缩短，而且由于波峰处水深比波谷大，波峰不仅波速变慢，波长缩短，而且由于波峰处水深比波谷大，波峰处传播速度比波谷快，波峰变得更加尖锐，波谷变得更加宽缓，处传播速度比波谷快，波峰变得更加尖锐，波谷变得更加宽缓，波前坡陡于波后坡，出现波形不对称。并随水深的变浅，波前坡波前坡陡于波后坡，出现波形不对称。并随水深的变浅，波前坡进一步变陡，最后发展到波峰赶上波谷，导致波峰前倾，甚至失进一步变陡，最后发展到波峰赶上波谷，导致波峰前倾，甚至失去平衡，倒卷和破碎，形成破碎浪。去平衡，倒卷和破碎，形成破碎浪。碎浪的浪花可飞溅几十米高，随巨大的惯性力向海岸冲击形成拍碎浪的浪花可飞溅几十

43、米高，随巨大的惯性力向海岸冲击形成拍岸浪（激岸浪）。（图岸浪（激岸浪）。（图46）二、潮汐（二、潮汐（tide)P135137（一）潮汐概念（一）潮汐概念 潮汐是指由日、月潮汐是指由日、月天体引潮力作用下天体引潮力作用下所引起的海面（海所引起的海面（海水位）周期性涨落水位）周期性涨落的现象。一般情况的现象。一般情况下，每昼夜有两次下，每昼夜有两次涨落，我国古代把涨落，我国古代把白天出现的海水涨白天出现的海水涨落称为落称为“潮潮”，晚，晚上出现的海水涨落上出现的海水涨落称为称为“汐汐”，合称，合称“潮汐潮汐”。l在潮汐涨落过程中，当海面上涨到最高位置时，称在潮汐涨落过程中，当海面上涨到最高位置时

44、，称为为高潮（高潮（hightide)或满潮或满潮；当海面下降到最低位置时，；当海面下降到最低位置时，叫做叫做低潮（低潮（lowtide)或干潮或干潮。从低潮到高潮，海面不。从低潮到高潮，海面不断上涨，海水涌向海岸的过程叫断上涨，海水涌向海岸的过程叫涨潮（涨潮（floodtide)；从高潮到低潮，海面不断退落的过程叫从高潮到低潮，海面不断退落的过程叫落潮（落潮（ebbtide)。l当潮汐达到高潮或低潮时，海面在一段时间内既不当潮汐达到高潮或低潮时，海面在一段时间内既不上升，也不下降，把这种状态分别称为上升，也不下降，把这种状态分别称为平潮和停潮平潮和停潮。平潮的中间时刻，叫平潮的中间时刻，叫高

45、潮时高潮时；停潮的中间时刻，称为；停潮的中间时刻，称为低潮时低潮时。相邻二次高潮时或低潮时的时间间隔，称为。相邻二次高潮时或低潮时的时间间隔，称为潮期（潮周期）。相邻高潮与低潮的水位差，叫潮差。潮期（潮周期）。相邻高潮与低潮的水位差，叫潮差。（二）潮汐成因（二）潮汐成因引潮力引潮力引起海洋潮汐的内因是海洋为一种具有自由表面、引起海洋潮汐的内因是海洋为一种具有自由表面、富于流动性的广大水体；而外因是天体的引潮力。即富于流动性的广大水体；而外因是天体的引潮力。即是说，在是说，在天体引潮力天体引潮力的作用下，具有自由表面而富于的作用下，具有自由表面而富于流动性的广大水体流动性的广大水体海洋中便产生相

46、对运动形成了海洋中便产生相对运动形成了潮汐现象。潮汐现象。天体的引力与地球绕地月公共质心旋转时所产生的天体的引力与地球绕地月公共质心旋转时所产生的惯性离心力组成的合力，叫做惯性离心力组成的合力，叫做引潮力引潮力。它是引起潮汐的。它是引起潮汐的原动力。原动力。根据牛顿的万有引力定律；宇宙间任何两个物体之间的引力，和根据牛顿的万有引力定律；宇宙间任何两个物体之间的引力，和它们质量的乘积成正比，而和它们之间距离的平方成反比它们质量的乘积成正比，而和它们之间距离的平方成反比（即：（即：）。）。这样，任何天体都与地球有引力关系。然而在各种天体的引力作这样，任何天体都与地球有引力关系。然而在各种天体的引力

47、作用中，以月球的引力为最大，其次是太阳的引力。由于它们对地用中，以月球的引力为最大，其次是太阳的引力。由于它们对地球的引力的原因，都是完全相同的，故我们就以月球为例来加以球的引力的原因，都是完全相同的，故我们就以月球为例来加以说明。说明。从万有引力定律可知：地面上各处所受天体（月球）引力的从万有引力定律可知：地面上各处所受天体（月球）引力的大小和方向都不同，都是差别吸引，但都指向月球中心。大小和方向都不同，都是差别吸引，但都指向月球中心。地球与月球之间的地月引力系统，其共同重心，称为公共质地球与月球之间的地月引力系统，其共同重心，称为公共质量重心，简称为公共质心。地月公共质心与月心和地心三点永

48、远量重心，简称为公共质心。地月公共质心与月心和地心三点永远在一直线上，故地月公共质心可在地心与月心的连线上找到。经在一直线上，故地月公共质心可在地心与月心的连线上找到。经推求，地月公共质心位于地月中心连线上离地心的距离为推求，地月公共质心位于地月中心连线上离地心的距离为0 073r73r（地球半径）处。（地球半径）处。RmmGF21就地月系统来说，存在着两种运动，即地月系统绕其公共质心就地月系统来说，存在着两种运动，即地月系统绕其公共质心的运动和地球的自转运动。的运动和地球的自转运动。地球自转运动时，地球表面上任一水质点都受到地心引力和地地球自转运动时，地球表面上任一水质点都受到地心引力和地球

49、自转产生的惯性离心力的作用。但对于地球上每一点来说，其大球自转产生的惯性离心力的作用。但对于地球上每一点来说，其大小和作用方向都是不变的，所以通常都被包括在重力概念之中，它小和作用方向都是不变的，所以通常都被包括在重力概念之中，它们的作用只决定着地球的理论状态，而对潮汐现象没有影响。故在们的作用只决定着地球的理论状态，而对潮汐现象没有影响。故在引潮力分析中，可假定地球是不自转的。引潮力分析中，可假定地球是不自转的。地月系统绕其公共质心运动时，地球表面任一点都受月球的引地月系统绕其公共质心运动时，地球表面任一点都受月球的引力和地月系统绕公共质心运动所产生的惯性离心力的作用。这两者力和地月系统绕公

50、共质心运动所产生的惯性离心力的作用。这两者的合力便为引潮力。的合力便为引潮力。由于地球是一个刚体，所以当地心在绕地月系统的公共质心进由于地球是一个刚体，所以当地心在绕地月系统的公共质心进行旋转运动时，地球上其他各点并不是都绕地月公共质心旋转的，行旋转运动时，地球上其他各点并不是都绕地月公共质心旋转的，而是以相等的半径（而是以相等的半径（EKEK）、相同的速度作平行的移动。即整个地球）、相同的速度作平行的移动。即整个地球体是在平动着，并不是做同心圆的转动。体是在平动着，并不是做同心圆的转动。由此，地面上任一点由此，地面上任一点P和地心和地心E均取一个单位质量。海洋上各均取一个单位质量。海洋上各水