1、第五章海洋的结构与第五章海洋的结构与海水的运动海水的运动水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院第一节第一节 海洋的组成与结构海洋的组成与结构第二节第二节 海水的运动海水的运动-波浪波浪第三节海水的运动第三节海水的运动-潮汐潮汐第四节海水的运动第四节海水的运动-洋流洋流第五节第五节 海洋效应海洋效应水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院第一节海洋的组成与结构第一节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、海洋运动的结构水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院一、海洋的组成一、海洋的组成 由于海水所出的地理位置及其水文特征的不同，由于海水所出的地理位置及其水文特征的不同
2、，从区域范围上可分为洋、海、海湾、海峡等，他们从区域范围上可分为洋、海、海湾、海峡等，他们共同组成了海洋。共同组成了海洋。海洋：地球上广大连续的咸水水体的总称。面积海洋：地球上广大连续的咸水水体的总称。面积3.613.61亿亿kmkm2 2,占地表的占地表的70.870.8。调节气候，蕴藏丰富的动力资。调节气候，蕴藏丰富的动力资源、矿产资源、生物资源、化学资源和水资源，交通源、矿产资源、生物资源、化学资源和水资源，交通“大道大道”，认识宇宙、发展自然科学的理想试验场。，认识宇宙、发展自然科学的理想试验场。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院 1.1.洋，洋是世界大洋的中心部分和主体部分，它
3、远洋，洋是世界大洋的中心部分和主体部分，它远离大陆，深度大，面积广，不受大陆影响，具有较离大陆，深度大，面积广，不受大陆影响，具有较稳定的理化性质和独立的潮汐系统以及强大洋流系稳定的理化性质和独立的潮汐系统以及强大洋流系统的水域统的水域。位于大洋边缘，被大陆、半岛或岛屿所分割的具位于大洋边缘，被大陆、半岛或岛屿所分割的具有一定形态特征的小水域，称为海、湾和海峡。有一定形态特征的小水域，称为海、湾和海峡。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院 2.2.海海 海是靠近大陆，深度浅（海是靠近大陆，深度浅（2-3km2-3km）,面积小，兼面积小，兼受洋、陆影响，具有不稳定的理化性质，潮汐现象受洋、
4、陆影响，具有不稳定的理化性质，潮汐现象明显，并有独立海流系统的水域。包括明显，并有独立海流系统的水域。包括地中海地中海和和边边缘海缘海，地中海分，地中海分陆间海陆间海和和内陆海内陆海。陆间海是于介两个以上大陆之间，并有海峡与陆间海是于介两个以上大陆之间，并有海峡与相邻海洋相连通的水域，一般深度较大，如亚、欧、相邻海洋相连通的水域，一般深度较大，如亚、欧、非大陆之间的地中海；内陆海是入大陆内部，海洋非大陆之间的地中海；内陆海是入大陆内部，海洋状况受大陆影响显著，海的个性很强，如黑海、红状况受大陆影响显著，海的个性很强，如黑海、红海等。海等。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市
5、与环境学院城市与环境学院 边缘海是位于大陆边缘的水域，一部分以大陆边缘海是位于大陆边缘的水域，一部分以大陆为界，另一部分以岛屿、半岛、群岛与大洋分开。为界，另一部分以岛屿、半岛、群岛与大洋分开。与大洋的水分交换比较自由。靠近大陆一边受大陆与大洋的水分交换比较自由。靠近大陆一边受大陆影响大，水文状况季节变化显著；靠大洋一边受大影响大，水文状况季节变化显著；靠大洋一边受大洋影响大，水文状况比较稳定。洋影响大，水文状况比较稳定。3.3.海湾：海湾是海洋伸入大陆的部分，其深度和宽海湾：海湾是海洋伸入大陆的部分，其深度和宽度向大陆方向逐渐减小的水域。海湾中的海水因其度向大陆方向逐渐减小的水域。海湾中的海
6、水因其与邻近海或洋相通，故海水性质与相邻海洋的性质与邻近海或洋相通，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，潮差一般为江怒潮，潮差一般为6 68m8m。北美芬地湾潮差更达。北美芬地湾潮差更达18m18m之最。之最。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院4.4.海峡海峡 海峡是连通海峡是连通海洋与海洋之间海洋与海洋之间狭窄的天然通道。狭窄的天然通道。其水文特征是水其水文特征是水流急，潮速
7、大，流急，潮速大，上下层或左右两上下层或左右两侧海水理化性质侧海水理化性质不同，流向不同。不同，流向不同。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院二、海洋运动的结构二、海洋运动的结构1.1.海洋形态结构海洋形态结构(1)(1)大陆边缘大陆边缘大陆架大陆架大陆坡大陆坡大陆基（大陆隆）大陆基（大陆隆）(2)(2)大洋盆地：世界海洋中面积最大的地貌单元。大洋盆地：世界海洋中面积最大的地貌单元。(3)(3)大洋中脊：洋中脊或中央海岭的是世界大洋中最宏伟大洋中脊：洋中脊或中央海岭的是世界大洋中最宏伟的地貌单元。的地貌单元。(4)(4)海沟：海洋中最深区域海沟：海洋中最深区域。水文学水文学城市与环境学院城
8、市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院2.2.海水运动结构海水运动结构洋流系统；洋流系统；潮汐系统；潮汐系统；波浪系统；波浪系统；混合系统。混合系统。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院第二节第二节 波波 浪浪 波浪概述波浪概述 小振幅波和有限振幅波小振幅波和有限振幅波 风浪和涌浪风浪和涌浪 地震、海啸与风暴潮地震、海啸与风暴潮 近岸波近岸波水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院一、波浪概述一、波浪概述1.1.波浪要素波浪要素 波浪是宽敞水面的水体运动，水
9、质点周期振动波浪是宽敞水面的水体运动，水质点周期振动引起的水面起伏现象。引起的水面起伏现象。波峰、波谷、波顶、波底、波高、波长、波陡波峰、波谷、波顶、波底、波高、波长、波陡周期、波速等等。周期、波速等等。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院2.2.海洋中波的分类海洋中波的分类 (1)(1)按波的周期（频率）分类：表面张力波、短周按波的周期（频率）分类：表面张力波、短周期重力波、长周期重力波、长周期波和长周期潮波。期重力波、长周期重力波、长周期波和长周期潮波。(2)(2)按成因分类：风浪和涌浪、内波、潮汐波和海按成因分类：风浪和涌浪、内波、潮汐波和海啸。啸。(3)(3)按水深分类：深水波和浅
10、水波。按水深分类：深水波和浅水波。(4)(4)按波形的传播性质分类：前进波（进行波）和按波形的传播性质分类：前进波（进行波）和驻波驻波。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院二、小振幅波和有限振幅波二、小振幅波和有限振幅波1.小振幅波动（线性波动）小振幅波动（线性波动）小振幅波动是只波高远小于波长的简单波动。小振幅波动是只波高远小于波长的简单波动。(1)(1)短波（深水波）短波（深水波）小振幅前进波小振幅前进波小振幅驻波（立波）小振幅驻波（立波）(2)(2)长波（浅水波）长波（浅水波）波长很长的波浪波长很长的波浪 水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院2.2.有限振幅波动有限振幅波动(1)
11、(1)斯托克斯波斯托克斯波:(2)(2)正弦波（摆线波）正弦波（摆线波）水深为无限时的摆线波水深为无限时的摆线波水深为有限时的摆线波水深为有限时的摆线波(3)(3)孤立波孤立波:(4)(4)椭圆余弦波椭圆余弦波:无旋转的、表面呈周期性起伏的波动无旋转的、表面呈周期性起伏的波动.只有一个波峰或波谷，而且只出现于浅水水域中只有一个波峰或波谷，而且只出现于浅水水域中.用椭圆函数来描述波面的形状用椭圆函数来描述波面的形状.水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院三、风浪和涌浪三、风浪和涌浪1.1.风浪生成和成长理论风浪生成和成长理论:风浪是在风的作用下所产生风浪是在风的作用下所产生的波浪。的波浪。力学
12、机理：共振、平流的不稳定性力学机理：共振、平流的不稳定性。2.2.涌浪：当风开始平息，或波速超过风速时，风浪涌浪：当风开始平息，或波速超过风速时，风浪就要离开风区传到远处去，这种波浪称为涌浪。就要离开风区传到远处去，这种波浪称为涌浪。四、地震、海啸与风暴潮四、地震、海啸与风暴潮1.1.地震海啸地震海啸:由火山爆发、海底地震引起海底大面积由火山爆发、海底地震引起海底大面积升降升降,以及沿海地带山崩和滑坡等造成的巨浪以及沿海地带山崩和滑坡等造成的巨浪,称为称为地震海啸地震海啸水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院2.2.风暴潮：由台风、温带气旋、冷锋的强风作用和风暴潮：由台风、温带气旋、冷锋的强
13、风作用和气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现气压骤变等强烈的天气系统引起的海面异常升降现象，叫风暴潮，又称风暴增水或气象海啸。象，叫风暴潮，又称风暴增水或气象海啸。(1)(1)温带风暴潮：温带风暴潮：多发多发生在春秋季节，中生在春秋季节，中纬度沿海各地都可纬度沿海各地都可以见到。以见到。(2)(2)热带风暴潮：热带热带风暴潮：热带风暴潮常见于夏秋风暴潮常见于夏秋季节，总伴有急剧季节，总伴有急剧的水位变化。的水位变化。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院五、近岸波五、近岸波1.1.波浪的绕射：当波浪传入近岸时，如果受到沙波浪的绕射：当波浪传入近岸时，如果受到沙嘴、岬角等的阻挡时，波浪
14、将从其旁边绕过、嘴、岬角等的阻挡时，波浪将从其旁边绕过、进入波影区，波峰线变形，波高递减，波浪能进入波影区，波峰线变形，波高递减，波浪能量大为减小，故波影区一般为比较平静的水域。量大为减小，故波影区一般为比较平静的水域。2.2.波浪的折射：由于波浪受海底摩擦阻力影响大波浪的折射：由于波浪受海底摩擦阻力影响大小不一，使波向发生转折，最终波峰线基本与小不一，使波向发生转折，最终波峰线基本与海岸线平行；当入射波浪不垂直于海岸时，便海岸线平行；当入射波浪不垂直于海岸时，便可造成水体沿海岸流动，形成沿岸流。可造成水体沿海岸流动，形成沿岸流。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院第三节第三节 潮潮 汐汐
15、一、潮汐及其类型一、潮汐及其类型二、潮汐的成因二、潮汐的成因三、潮汐的变化三、潮汐的变化四、潮流四、潮流水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院我国古代把白天出现的海水涨落称为我国古代把白天出现的海水涨落称为“潮潮”，晚，晚上出现的海水涨落称为上出现的海水涨落称为“汐汐”，合称，合称“潮汐潮汐”。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院一、潮汐及其类型一、潮汐及其类型 1 1、潮汐基本要素、潮汐基本要素 潮汐指海水位周期性涨落的现象潮汐指海水位周期性涨落的现象.潮汐要素潮汐要素:高潮高潮或满潮、低潮或干潮或满潮、低潮或干潮,涨潮、落潮涨潮、落潮,平潮、停
16、潮平潮、停潮,高潮高潮时、低潮时，潮差，高潮间隙和低潮间隙，两者合时、低潮时，潮差，高潮间隙和低潮间隙，两者合称为月潮间隙。称为月潮间隙。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院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，称为为高潮（高潮（high tide)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（low tide)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（flood tide)；从高潮到低潮，海面不断退落的过程叫从高潮到低潮
17、，海面不断退落的过程叫落潮（落潮（ebb tide)。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。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院一、潮汐及其类型一、潮汐及其类型 2.2.潮汐
18、类型潮汐类型 潮汐的涨退现象是因时因地而异的，但从涨退周潮汐的涨退现象是因时因地而异的，但从涨退周期来说，可分为期来说，可分为4 4种类型：半日潮、全日潮、不正种类型：半日潮、全日潮、不正规半日潮、不正规全日潮。规半日潮、不正规全日潮。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院1 1、半日潮：指在一个太阴日内，有两次高潮和两次低、半日潮：指在一个太阴日内，有两次高潮和两次低潮，而且相邻两次高潮或低潮的潮位相等，涨潮时间潮，而且相邻两次高潮或低潮的潮位相等，涨潮时间和落潮时间也很接近，潮汐周期为半日。和落潮时间也很接近，潮汐周期为半日。2 2、全日潮：在一个月内，多数日子一天有一次高潮和、全日潮：
19、在一个月内，多数日子一天有一次高潮和低潮，少数日子为一日有两次涨落。低潮，少数日子为一日有两次涨落。3 3、不正规半日潮：指一日内虽然有两次高潮和低潮，、不正规半日潮：指一日内虽然有两次高潮和低潮，但潮位和涨、落时间有很大差异。但潮位和涨、落时间有很大差异。4 4、不正规全日潮：在半个月内，较多天数为不规则半、不正规全日潮：在半个月内，较多天数为不规则半日潮，但有时一天里也发生一次高潮、一次低潮的现日潮，但有时一天里也发生一次高潮、一次低潮的现象，但全日潮不过象，但全日潮不过7 7天。天。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院二、潮汐的成因二、潮汐的成因 海洋潮汐是由月球和太阳的引潮力引起的
20、。作海洋潮汐是由月球和太阳的引潮力引起的。作用力有两个：吸引力和惯性离心力。用力有两个：吸引力和惯性离心力。1.1.引潮力引潮力 引力的性质、惯性离心力的性质引力的性质、惯性离心力的性质 、引潮力的、引潮力的性质。性质。2.2.平衡潮理论（静力学理论）平衡潮理论（静力学理论）平衡潮理论系由牛顿平衡潮理论系由牛顿16871687年首创。年首创。3.3.潮汐的动力理论潮汐的动力理论 拉普拉斯于拉普拉斯于17751775年提出了动力理论年提出了动力理论.潮汐的成因潮汐的成因水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院三、潮汐的变化三、潮汐的变化1.1.潮汐周期现象潮汐周期现象 根据平衡潮理论，在引潮力作
21、用下，海面呈椭根据平衡潮理论，在引潮力作用下，海面呈椭圆球状，形成潮汐椭球。通常将月球引潮力引起的圆球状，形成潮汐椭球。通常将月球引潮力引起的潮汐叫太阴潮，太阳引潮力引起的潮汐叫太阳潮。潮汐叫太阴潮，太阳引潮力引起的潮汐叫太阳潮。由潮汐椭球的概念，解释几种潮汐的周期现象。由潮汐椭球的概念，解释几种潮汐的周期现象。(1)(1)潮汐的日变潮汐的日变:半日周期潮和日周期潮；半日周期潮和日周期潮；(2)(2)潮汐的月变潮汐的月变:半月周期潮和月周期潮；半月周期潮和月周期潮；(3)(3)潮汐的年变和多年变化潮汐的年变和多年变化:年周期潮多年周期潮。年周期潮多年周期潮。水文学水文学城市与环境学院城市与环境
22、学院(1)(1)潮汐的日变潮汐的日变 由于地球的自转，同一地点向着月球和太阳与由于地球的自转，同一地点向着月球和太阳与背着月球和太阳各一次，所以一日之内将发生两次背着月球和太阳各一次，所以一日之内将发生两次涨潮和落潮，又由于海洋潮汐的主体是太阴潮，所涨潮和落潮，又由于海洋潮汐的主体是太阴潮，所以高潮与低潮相隔时间为以高潮与低潮相隔时间为1/41/4太阴日，即太阴日，即6 6小时小时1313分。分。可见，每太阴日内发生两次高潮和低潮是海洋潮汐可见，每太阴日内发生两次高潮和低潮是海洋潮汐的一个基本周期。的一个基本周期。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院潮汐的日变：可分为半日周期潮和日周期潮。
23、潮汐的日变：可分为半日周期潮和日周期潮。半日周期潮：当月球赤纬为零时，即月球在赤道上空，海半日周期潮：当月球赤纬为零时，即月球在赤道上空，海面任一点都为半日潮（如图）。潮汐高度从赤道向两极递减，面任一点都为半日潮（如图）。潮汐高度从赤道向两极递减，并以赤道为对称，故称为赤道潮（或分点潮）。并以赤道为对称，故称为赤道潮（或分点潮）。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院日周期潮：当月球赤纬不为零时，不同纬度的潮型不同：在赤道日周期潮：当月球赤纬不为零时，不同纬度的潮型不同：在赤道为半日潮；在赤道至中纬地区为混合潮；在高纬地区为全日潮。为半日潮；在赤道至中纬地区为混合潮；在高纬地区为全日潮。当月
24、球赤纬增大到回归线附近时，潮汐周日不等现象最显著，这当月球赤纬增大到回归线附近时，潮汐周日不等现象最显著，这时的潮汐称为回归潮（如图）时的潮汐称为回归潮（如图）。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院（2 2）潮汐的月变）潮汐的月变又由于太阳、月球和地球的会合运动，在一个朔望月又由于太阳、月球和地球的会合运动，在一个朔望月（29.530629.5306日）内，日、月、地三者的相对位置发生变化，使得日）内，日、月、地三者的相对位置发生变化，使得海洋潮汐以朔望月为周期的变化（图）。在朔日（农历初一、海洋潮汐以朔望月为周期的变化（图）。在朔日（农历初一、新月、日月合朔）和望日（农历十五、满月），太
25、阳、月球和新月、日月合朔）和望日（农历十五、满月），太阳、月球和地球的中心几乎在一条直线上太阳引潮力和月球引潮力最大程地球的中心几乎在一条直线上太阳引潮力和月球引潮力最大程度地叠加，地球受到的引潮力相当于月球引潮力和太阳引潮力度地叠加，地球受到的引潮力相当于月球引潮力和太阳引潮力之和，形成高潮特高、低潮又特低，潮差最大，故称大潮。而之和，形成高潮特高、低潮又特低，潮差最大，故称大潮。而在上弦（农历初八）和下弦（农历二十三）时，日、月、地三在上弦（农历初八）和下弦（农历二十三）时，日、月、地三个天体的中心几乎成一直角位置，地球受到的引潮力相当于月个天体的中心几乎成一直角位置，地球受到的引潮力相当
26、于月球引潮力与太阳引潮力之差，合引潮力最小，形成高潮不高、球引潮力与太阳引潮力之差，合引潮力最小，形成高潮不高、低潮不低，潮差最小，所以称为小潮。低潮不低，潮差最小，所以称为小潮。可见，每朔望月内发生两次大潮和小潮也是潮汐的基本周可见，每朔望月内发生两次大潮和小潮也是潮汐的基本周期。期。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院月周期潮：它是由于月球绕地球旋转而产生的。当月周期潮：它是由于月球绕地球旋转而产生的。当月球运行到近地点时，所涨的近地潮大，而当月球月球运行到近地点时，
27、所涨的近地潮大，而当月球运行到远地点时，所涨的远地潮小。近地潮较远地运行到远地点时，所涨的远地潮小。近地潮较远地潮约大潮约大4040。月球绕地球转一因为一个月，故一个。月球绕地球转一因为一个月，故一个月内有一大潮和一小潮，故称月周期潮。月内有一大潮和一小潮，故称月周期潮。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院（3 3）潮汐的年变和多年变；可分为年周期潮和多年周期）潮汐的年变和多年变；可分为年周期潮和多年周期潮。潮。年周期潮年周期潮：地球绕太阳转时，当地球运行到近日点时所涨：地球绕太阳转时，当地球运行到近日点时所涨的近日潮为大潮；而当地球运行到远日点时所涨的远日潮的近日潮为大潮；而当地球运行到
28、远日点时所涨的远日潮为小潮。近日潮比远日潮大为小潮。近日潮比远日潮大1010。地球绕太阳转一周为一。地球绕太阳转一周为一年，故形成年周期潮。年，故形成年周期潮。多年周期潮多年周期潮：月球的轨道长轴方向上不断变化，其近地点：月球的轨道长轴方向上不断变化，其近地点的变化周期为的变化周期为8.858.85年，故潮汐有年，故潮汐有8.858.85年长周期变化。又由于年长周期变化。又由于黄道与白道交点的移动周期为黄道与白道交点的移动周期为18186161年，故潮汐也有年，故潮汐也有18.6118.61年的周期变化。年的周期变化。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院2 2、地形对潮汐的影响、地形对潮汐
29、的影响 以上只考虑天文因素对潮汐的影响，实际上潮汐还要受当地自然以上只考虑天文因素对潮汐的影响，实际上潮汐还要受当地自然地理条件的影响。各地海水对天体引潮力的反应，视海区形态而地理条件的影响。各地海水对天体引潮力的反应，视海区形态而定。定。物体失去外力作用后还能自行振动，这振动称为自由振动。物体失去外力作用后还能自行振动，这振动称为自由振动。其振动周期称为自然周期。潮汐是一种受迫振动，当受迫振动周其振动周期称为自然周期。潮汐是一种受迫振动，当受迫振动周期与海水本身的自然振动周期相接近时，便会产生共振，反应就期与海水本身的自然振动周期相接近时，便会产生共振，反应就强烈，振动就特大，否则相反。而海
30、水振动的自然周期与海区形强烈，振动就特大，否则相反。而海水振动的自然周期与海区形态和深度有密切关系，故各海区对天体的引潮力反应也不同。例态和深度有密切关系，故各海区对天体的引潮力反应也不同。例如，在雷州半岛西侧的北部湾为全日潮，而东侧的湛江港则为半如，在雷州半岛西侧的北部湾为全日潮，而东侧的湛江港则为半日潮。又例如钱塘江口，由于呈喇叭形，故常出现涌潮。其特点日潮。又例如钱塘江口，由于呈喇叭形，故常出现涌潮。其特点是潮波来势迅猛，潮端陡立，水花飞溅，潮流上涌，声闻数十里，是潮波来势迅猛，潮端陡立，水花飞溅，潮流上涌，声闻数十里，如万马奔腾，排山倒海，异常壮观。这一奇特景观也叫怒潮如万马奔腾，排山
31、倒海，异常壮观。这一奇特景观也叫怒潮,潮潮高可达高可达6-86-8米，最大可达米，最大可达1212米，前进速度米，前进速度6-76-7米米/秒，吼声在几十公秒，吼声在几十公里外都可听见。里外都可听见。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院3 3、钱塘潮、钱塘潮 钱塘潮又称为海宁潮，指发生在浙江省海宁县杭州湾钱塘江口的钱塘潮又称为海宁潮，指发生在浙江省海宁县杭州湾钱塘江口的涌潮。每年夏秋大潮时，特别是中秋之后农历八月十八日最为显涌潮。每年夏秋大潮时，特别是中秋之后农历八月十八日最为显著，势力最为强大。原因：著，势力最为强大。原因：杭州湾形态和河底地形：杭州湾形态和河底地形：钱塘江河口杭州湾呈典
32、型的巨大喇叭钱塘江河口杭州湾呈典型的巨大喇叭形。杭州湾湾口处宽达形。杭州湾湾口处宽达102km102km，平均水深，平均水深10m10m，而澉浦附近河口，而澉浦附近河口宽度只有宽度只有20km20km，水深仅，水深仅2m2m左右。因此，由于深度和宽度向大陆左右。因此，由于深度和宽度向大陆方向不断减小，潮波从湾口进入以后能量高度集中，迫使潮波变方向不断减小，潮波从湾口进入以后能量高度集中，迫使潮波变形，潮水涌积，潮水猛涨；再加上潮峰传播速度大于潮谷，到大形，潮水涌积，潮水猛涨；再加上潮峰传播速度大于潮谷，到大尖山附近潮峰追上了潮谷，潮波前坡陡立，甚至倒卷破碎，水花尖山附近潮峰追上了潮谷，潮波前坡
33、陡立，甚至倒卷破碎，水花飞溅，来势凶猛，声闻数十里，如万马奔腾，排山倒海之势。飞溅，来势凶猛，声闻数十里，如万马奔腾，排山倒海之势。天文因素：天文因素：中秋之后农历十八，日、月、地三天体大致处在同中秋之后农历十八，日、月、地三天体大致处在同一直线上，日、月引潮力相互叠加，钱塘江潮差极大。一直线上，日、月引潮力相互叠加，钱塘江潮差极大。气象因素：气象因素：受季风影响，钱塘江夏秋水量大，洪水波与潮波相受季风影响，钱塘江夏秋水量大，洪水波与潮波相遇，迫使潮水涌积，形成较高的涌墙。遇，迫使潮水涌积，形成较高的涌墙。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院四、潮四、潮 流流 潮流是海水在天体引潮力作用下
34、所形成的周期潮流是海水在天体引潮力作用下所形成的周期性水平运动，它和潮汐现象是同时产生的。随着涨性水平运动，它和潮汐现象是同时产生的。随着涨潮而产生的潮流，称涨潮流；随着落潮而产生的潮潮而产生的潮流，称涨潮流；随着落潮而产生的潮流，称落潮流；当高潮或低潮时，各有一段时间潮流，称落潮流；当高潮或低潮时，各有一段时间潮流速度非常缓慢，接近于停止状态，称为憩流。流速度非常缓慢，接近于停止状态，称为憩流。潮流的运动形式，可分为回转流和往复流。潮流的运动形式，可分为回转流和往复流。1.1.旋转流：凡在江河入海的外海或广阔的海区，一般旋转流：凡在江河入海的外海或广阔的海区，一般都有旋转式潮流发生。都有旋转
35、式潮流发生。2.2.往复流：一般在海峡、港往复流：一般在海峡、港湾入口或江河海口，潮流受到海洋宽度的限制，经湾入口或江河海口，潮流受到海洋宽度的限制，经常作直线式的往复流动，称为往复流。常作直线式的往复流动，称为往复流。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院（1 1）旋转流）旋转流 在外海和开阔海在外海和开阔海区，潮流受地转偏向力作用而区，潮流受地转偏向力作用而成回转流（也叫八卦流）。回成回转流（也叫八卦流）。回转流的方向在北半球为顺时针转流的方向在北半球为顺时针方向，在南半球则为逆时针方方向，在南半球则为逆时针方向。旋转的次数取决于潮汐类向。旋转的次数取决于潮汐类型，半日周期潮在一个太阴日
36、型，半日周期潮在一个太阴日内测转两次；全日潮则回转一内测转两次；全日潮则回转一次。其流速从最大到最小，再次。其流速从最大到最小，再到相反方向的最大，再到最小，到相反方向的最大，再到最小，不断往复旋转流动不断往复旋转流动水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院（2 2）往复流）往复流 在海峡、河口、窄湾内，受地形影在海峡、河口、窄湾内，受地形影响，潮流便成了往复流。其流速从响，潮流便成了往复流。其流速从零到最大，再到零，再到相反方向零到最大，再到零，再到相反方向的最大，再到零，这样不断循环。的最大，再到零，这样不断循环。其往复的次数也取决于潮汐类型。其往复的次数也取决于潮汐类型。当半日潮时，一个
37、太阴日内，水流当半日潮时，一个太阴日内，水流往复两次；当全日潮时，一个太阴往复两次；当全日潮时，一个太阴日内，水流则往复只有一次。往复日内，水流则往复只有一次。往复流的最大流速较回转流大，每小时流的最大流速较回转流大，每小时可达可达181822km22km，而回转流一般每小，而回转流一般每小时只达时只达4 45km5km。实际海洋上的水实际海洋上的水流，既不是纯粹的潮流，也不是纯流，既不是纯粹的潮流，也不是纯粹的海流，而是两者合成的结果。粹的海流，而是两者合成的结果。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院第四节第四节 洋洋 流流一、洋流的成因及类型一、洋流的成因及类型二、大洋环流系统二、大洋
38、环流系统三、水团三、水团四、中尺度涡四、中尺度涡五、厄尔尼诺现象五、厄尔尼诺现象水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院一、洋流的成因及类型一、洋流的成因及类型 1.1.洋流及其分类洋流及其分类 (1)(1)洋流的概念洋流的概念:洋流即海流，是指海洋中具有相洋流即海流，是指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个海区水平地或对稳定的流速和流向的海水，从一个海区水平地或垂直地向另一海区大规模的非周期性的运动。垂直地向另一海区大规模的非周期性的运动。(2)(2)洋流的分类洋流的分类:洋流按成因可分为风海流、密度洋流按成因可分为风海流、密度流、补偿流流、补偿流3 3类；按本身与周围海水温度的差异
39、又类；按本身与周围海水温度的差异又可分为暖流和寒流两类；按其流经的地理位置又可可分为暖流和寒流两类；按其流经的地理位置又可分为赤道流、大洋流、极地流及沿岸流等。分为赤道流、大洋流、极地流及沿岸流等。(3)(3)作用于洋流的力作用于洋流的力:作用于洋流的力主要有风对作用于洋流的力主要有风对海水的应力和海水的压强梯度力。在这些力的作用海水的应力和海水的压强梯度力。在这些力的作用下，当海水运动起来后，还产生一系列派生的力，下，当海水运动起来后，还产生一系列派生的力，如摩擦力、地转偏向力和离心力等。如摩擦力、地转偏向力和离心力等。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院2.2.成因分类成因分类水文学水
40、文学城市与环境学院城市与环境学院风海流的负效应风海流的负效应副热带反气旋型大洋环流副热带反气旋型大洋环流 在中低纬度的热带和亚热带海区，形成以副热带为中心的反气旋在中低纬度的热带和亚热带海区，形成以副热带为中心的反气旋型大洋环流。其形成如下：型大洋环流。其形成如下：以北半球为例。副热带高压以北是盛行西风，以南为东北信风。以北半球为例。副热带高压以北是盛行西风，以南为东北信风。由于风海流总的海水体积输送方向偏于风向之右由于风海流总的海水体积输送方向偏于风向之右9090。因此，。因此，0 03030间的东北信风将厚约间的东北信风将厚约100m100m（假设风海流摩擦深度为（假设风海流摩擦深度为10
41、0m100m）的上层海水输）的上层海水输向西北；向西北；30306060间的西南风将海水输向东南，如图。这样两股水流间的西南风将海水输向东南，如图。这样两股水流相向而行，必然在以相向而行，必然在以3030N N为中心的区域涌成一个水堆（水峰）。在水位为中心的区域涌成一个水堆（水峰）。在水位造成的压力下，水堆上层（造成的压力下，水堆上层（0 0100m100m）从中心外溢，在地转偏向力作用和）从中心外溢，在地转偏向力作用和大洋两侧大陆阻挡下，便会形成以水堆为中心的顺时针方向旋转的大洋大洋两侧大陆阻挡下，便会形成以水堆为中心的顺时针方向旋转的大洋环流。南半球情况相类似，只是方向相反，形成逆时针方向
42、的环流。由环流。南半球情况相类似，只是方向相反，形成逆时针方向的环流。由于环流中心处于亚热带，环流流向与反气旋型大气环流流向一致，所以于环流中心处于亚热带，环流流向与反气旋型大气环流流向一致，所以称为亚热带反气旋型大洋环流。称为亚热带反气旋型大洋环流。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院30N赤道赤道水堆（峰）水堆（峰）最终梯度流最终梯度流水水流流西风西风信风信风3030N N盛行风产生大洋高压区盛行风产生大洋高压区(副热带反气旋环流形成示意图）副热带反气旋环流形成示意图）水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院副极地气旋型大洋环流副极地气旋型大洋环流 30306060N N的西南风（盛行
43、西风）使上层水流流向东南，的西南风（盛行西风）使上层水流流向东南，60609090N N的东北风（极地东风）又使上层水流流向西北，两股的东北风（极地东风）又使上层水流流向西北，两股水流相背而行，导致以水流相背而行，导致以6060N N为中心形成一个低凹。由于大洋两侧为中心形成一个低凹。由于大洋两侧大陆的存在，最终必然围绕这个低凹形成反时针方向流动的副极地大陆的存在，最终必然围绕这个低凹形成反时针方向流动的副极地环流。与气旋流向一致，故称副极地气旋型大洋环流。（如图）环流。与气旋流向一致，故称副极地气旋型大洋环流。（如图）水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院低凹低凹60N盛行西风盛行西风极地
44、东风极地东风最终梯度流最终梯度流水流水流6060N N盛行西风产生大洋低压区（副极地气旋型环流形成示意图）盛行西风产生大洋低压区（副极地气旋型环流形成示意图）水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院风海流会造成岸边的升降流风海流会造成岸边的升降流水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院密度流密度流 是由于海水密度差异而引起的海流。是由于海水密度差异而引起的海流。海水密度分布不均匀而使海区形成了压力梯度，海海水密度分布不均匀而使海区形成了压力梯度，海水从高压区向低压区流动，所以又称梯度流。水从高压区向低压区流动，所以又称梯度流。水文学水文学城市与环境学院城
45、市与环境学院补偿流补偿流 是由于某种原因使海水从一个海区流出，而使是由于某种原因使海水从一个海区流出，而使另一部分海水流入进行补充。补偿流可以是水平流另一部分海水流入进行补充。补偿流可以是水平流动，也可以是垂直流（上升流和下降流）。动，也可以是垂直流（上升流和下降流）。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院二、大洋环流系统二、大洋环流系统 1.1.世界大洋表层环流系统世界大洋表层环流系统 大洋表层环流与盛行风系相适应，所形成的格局大洋表层环流与盛行风系相适应，所形成的格局具有以下特点：具有以下特点：(1)(1)以南北回归高压带为中心形成反气旋型大洋环以南北回归高压带为中心形成反气旋型大洋环流
46、；流；(2)(2)以北半球中高纬海上低压区为中心形成气旋型以北半球中高纬海上低压区为中心形成气旋型大洋环流；大洋环流；水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院(3)(3)南半球中高纬海区没有气旋型大洋环流，南半球中高纬海区没有气旋型大洋环流，而被西风漂流所代替；而被西风漂流所代替；(4)(4)在南极大陆形成绕极环流；在南极大陆形成绕极环流；(5)(5)北印度洋形成季风环流区北印度洋形成季风环流区。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院2 2）世界大洋表层反气旋型大洋环流）世界大洋表层反气旋型大洋环流 分布在南北纬分布在南北纬5050之间，并在赤道两侧成非对称出现之间，并在赤道两侧成非对称出现
47、(原因是原因是热赤道处在北半球热赤道处在北半球)。在东南信风和东北信风的西向风应力作用下，形成了在东南信风和东北信风的西向风应力作用下，形成了南、北赤南、北赤道洋流道洋流（又称信风漂流）。其基本特点：从东向西流动，横贯（又称信风漂流）。其基本特点：从东向西流动，横贯大洋，宽度约大洋，宽度约20002000公里，厚度约公里，厚度约200200米，表面流速为米，表面流速为20502050厘米厘米/秒，靠近赤道一侧达秒，靠近赤道一侧达5010050100厘米厘米/秒，个别海区可达秒，个别海区可达160200160200厘米厘米/秒；秒；由于热赤道偏北，所以信风漂流也偏北（但印度洋由于热赤道偏北，所以
48、信风漂流也偏北（但印度洋除外），因此赤道洋流并不与赤道对称除外），因此赤道洋流并不与赤道对称。它对南北半球水量交。它对南北半球水量交换起着重要作用，特别是大西洋，南大西洋的水可穿过赤道达换起着重要作用，特别是大西洋，南大西洋的水可穿过赤道达北纬北纬1010以北，并与北大西洋水相混合。以北，并与北大西洋水相混合。水文学水文学城市与环境学院城市与环境学院u赤道洋流到达大洋西岸遇大陆后，一部分海水由于信风切应力赤道洋流到达大洋西岸遇大陆后，一部分海水由于信风切应力南北向分速分布不均和补偿作用而折回，便形成了南北向分速分布不均和补偿作用而折回，便形成了逆赤道流和赤逆赤道流和赤道潜流道潜流。逆赤道流与赤
49、道无风带位置相一致，其基本特征是：从。逆赤道流与赤道无风带位置相一致，其基本特征是：从西向东流动，一般流速为西向东流动，一般流速为40604060厘米厘米/秒，最大流速可达秒，最大流速可达150150厘米厘米/秒，为高温低盐海水。赤道潜流位于赤道海面以下，流动于南秒，为高温低盐海水。赤道潜流位于赤道海面以下，流动于南纬纬2 2到北纬到北纬2 2之间，轴心位于赤道海面下之间，轴心位于赤道海面下100100米处，轴心最大米处，轴心最大流速约流速约100500100500厘米厘米/秒。在赤道洋流和赤道潜流海区，表层水秒。在赤道洋流和赤道潜流海区，表层水以下都存在着温度和盐度的跃层。这两支洋流都是以下
50、都存在着温度和盐度的跃层。这两支洋流都是暖流性质暖流性质。u赤道洋流遇大陆后，另一部分海水向南北分流，在赤道洋流遇大陆后，另一部分海水向南北分流，在北太平洋北太平洋形形成成黑潮黑潮；在南太平洋形成东；在南太平洋形成东澳大利亚洋流澳大利亚洋流；在；在北大西洋北大西洋形成形成湾流湾流；在在南大西洋南大西洋形成形成巴西洋流巴西洋流；在；在南印度洋南印度洋形成形成莫桑比克洋流莫桑比克洋流。这些。这些洋流都具有高温、高盐、水色高、透明度大的特点。其中最著名洋流都具有高温、高盐、水色高、透明度大的特点。其中最著名的暖流有的暖流有黑潮和湾流黑潮和湾流。这两支洋流西向。这两支洋流西向“强化强化”明显，流势强大
