1、學習目的學習目的 海洋環流的時空變化是連續的，它把世界大洋聯系海洋環流的時空變化是連續的，它把世界大洋聯系在一起，使世界大洋的各種水文、化學要素及熱鹽狀況在一起，使世界大洋的各種水文、化學要素及熱鹽狀況得以保持長期相對穩定。得以保持長期相對穩定。 通過該章學習，掌握海流、環流的相關概念、形通過該章學習，掌握海流、環流的相關概念、形成原因及其特征，建立全球海洋及中國近海的環流結構，成原因及其特征，建立全球海洋及中國近海的環流結構，并了解各流系的主要特征。并了解各流系的主要特征。 第五章、海流第五章、海流第五章、海流第五章、海流第五章、海流第五章、海流第一節、第一節、基本概念基本概念第二節、第二節

2、、密度流與地轉流密度流與地轉流第三節、第三節、風海流風海流第四節、第四節、波浪流波浪流第五節、第五節、大洋環流大洋環流第六節、第六節、中國近海的環流及上升流中國近海的環流及上升流第一節、基本概念第一節、基本概念一、海流的定義與成因一、海流的定義與成因1、海流、海流(ocean current)：較大尺度范圍內的海水具有相對穩定的速度，沿水較大尺度范圍內的海水具有相對穩定的速度，沿水平和垂直方向的流動。平和垂直方向的流動。 2、海流的成因、海流的成因大氣大氣海水海水風風密度不均勻密度不均勻形成風海流形成風海流直接形成海流直接形成海流太陽輻射能在地球上分布的不均勻性太陽輻射能在地球上分布的不均勻性

3、（高壓（高壓低壓）低壓）天體引潮力天體引潮力 二、海流的分類二、海流的分類按成因分：按成因分：1、風海流（、風海流（wind-driven current）：）： 由風的拖曳效應由風的拖曳效應, ,或由風引起的海面傾斜和或由風引起的海面傾斜和海水密度重新分布而形成的海流。海水密度重新分布而形成的海流。2、密度流、密度流(density current)：因海水密度分布不均勻性形成的海水流動。因海水密度分布不均勻性形成的海水流動。3、地轉流、地轉流(geostrophic current)：由于氣壓的分布，或因徑流和風等引起的增減水，由于氣壓的分布，或因徑流和風等引起的增減水，使海面發生傾斜產生

4、的海水流動，使海面發生傾斜產生的海水流動， 傾斜流傾斜流4、補償流、補償流(compensation current)：海流使海水流向它處，由于海水的連續性，將由另海流使海水流向它處，由于海水的連續性，將由另一海域的海水流來補充海水流失，這種補充的海流一海域的海水流來補充海水流失，這種補充的海流叫補償流叫補償流(compensation current)。 水平補償流水平補償流 鉛直補償流鉛直補償流上升流：上升流：下降流：下降流：流場水平輻散導致的海水上升流動。流場水平輻散導致的海水上升流動。流場水平輻聚導致的海水下降流動流場水平輻聚導致的海水下降流動潮流：潮流：在天體引潮力作用下，海水呈現就

5、有周期性的在天體引潮力作用下，海水呈現就有周期性的水平流動。水平流動。以溫度特性劃分：以溫度特性劃分：1、暖流：相對于周圍海水來說，具有較高的溫度，、暖流：相對于周圍海水來說，具有較高的溫度， 流向：低緯流向：低緯高緯高緯2、寒流：相對于周圍海水來說，具有較低的溫度，、寒流：相對于周圍海水來說，具有較低的溫度， 流向：高緯流向：高緯低緯低緯 近岸特有的海流：近岸特有的海流：1、河川泄流：、河川泄流：河川徑流入海，在河口附近的海區產生的流動。河川徑流入海，在河口附近的海區產生的流動。2、波浪流：、波浪流：近海岸地區波浪破碎所形成的水流。近海岸地區波浪破碎所形成的水流。 沿岸流沿岸流 離岸流離岸流

6、 三、海流的表示法：三、海流的表示法：矢量表示法矢量表示法 流速：海流的強度流速：海流的強度單位：節或單位：節或cm/s表示表示流向：海水流去的方向，流向：海水流去的方向， 以度或方位表示以度或方位表示 箭矢方向箭矢方向海流的方向，海流的方向，箭矢長度或粗細（或標值）箭矢長度或粗細（或標值）流速。流速。紅線紅線暖流，藍線暖流，藍線寒流寒流第二節、密度流與地轉流第二節、密度流與地轉流一、等壓面和等勢面一、等壓面和等勢面1、等壓面：、等壓面： 海洋中壓力相等的點組成的假想的面。海洋中壓力相等的點組成的假想的面。 壓力場壓力場等壓面傾斜等壓面傾斜 內壓場：內壓場：海水質量分布決定海水質量分布決定平均

7、密度大，等壓面間距離小平均密度大，等壓面間距離小密度小密度小升高升高外壓場：外壓場：風、氣壓的變化及增水和減水等風、氣壓的變化及增水和減水等2、等勢面、等勢面海洋中所有位勢相同的點組成的面海洋中所有位勢相同的點組成的面海水沿海水沿等勢面等勢面運動，重力不作功。運動，重力不作功。3、海水受力情況：、海水受力情況：壓強梯度力壓強梯度力等壓面等壓面 重力重力等勢面等勢面 海水密度均勻海水密度均勻壓強梯度力壓強梯度力=重力重力 海水靜止海水靜止 密度不均勻密度不均勻 -等壓面傾斜等壓面傾斜壓強梯度力壓強梯度力（1）垂直分量，）垂直分量， 等勢面等勢面 ；(Fz=g)，(Fx=gtg)FzgFx（2）水

8、平分量，）水平分量，等勢面等勢面 ：指向壓力遞減方向，指向壓力遞減方向，二、密度流二、密度流密度大密度大 密度小密度小北半球北半球22 23 24 2530.2 30.3 30.4 30.5 30.6 30.7流速的大小，與等值線傾斜的程度成正比22.5 22.6 22.7 22.822.923.0T33.2 33.3 33.4 33.5 33.6 33.7 33.8S三、地轉流三、地轉流海水密度均勻，等壓面海水密度均勻，等壓面(海面海面)-等勢面傾斜等勢面傾斜角角 FzgFxfc Fx=gtg fc=2vsin gtg=2vsin地轉流的速率 tgsin2gv-zyx北半球北半球順流而立，右

9、方高順流而立，右方高南半球相反南半球相反四、地形對海流的影響四、地形對海流的影響隆起地形：隆起地形：北半球北半球上坡，向右偏轉（順時針）上坡，向右偏轉（順時針）下坡，向左偏轉（逆時針）下坡，向左偏轉（逆時針） 南半球方向相反南半球方向相反 第三節、風海流第三節、風海流一、風海流的受力分析一、風海流的受力分析3、下層海水阻力、下層海水阻力1、風的切應力、風的切應力2、地轉偏向力、地轉偏向力艾克曼艾克曼（EkmanEkman）風海流理論風海流理論 二、無限深海的風海流二、無限深海的風海流漂流漂流假設：假設：1、海水密度均勻分布；、海水密度均勻分布；2、穩定均勻的風長時間吹刮于無限寬廣、穩定均勻的風

10、長時間吹刮于無限寬廣、 無限深的海洋上，海面不發生升降；無限深的海洋上，海面不發生升降；3、只考慮湍流粘滯系數引起的水平摩擦力；、只考慮湍流粘滯系數引起的水平摩擦力；4、不考慮地轉偏向力隨緯度變化。、不考慮地轉偏向力隨緯度變化。 結論：結論：1.深海中，表層流的方向在北半球偏于風向右邊深海中，表層流的方向在北半球偏于風向右邊45，南半球偏左。偏向不隨風速、流速和緯度變化。南半球偏左。偏向不隨風速、流速和緯度變化。2.表層流流速與風速和所在地理緯度有關：表層流流速與風速和所在地理緯度有關：V：表層流的流速表層流的流速米米/秒秒；U：風速：風速米米/秒秒；：緯度；：緯度； 0.0127：經驗數據：

11、經驗數據 -風力系數。風力系數。當風速大于當風速大于6m/s以上時，流速經驗公式：以上時，流速經驗公式：u.vsin01270艾克曼螺線艾克曼螺線艾艾 克克 曼曼 螺螺 旋旋3.風海流的速度和方向隨水深變化：風海流的速度和方向隨水深變化：3.風海流的速度和方向隨水深變化：風海流的速度和方向隨水深變化：流速隨深度增加按指數規律減小；流速隨深度增加按指數規律減小；流向隨深度增加逐漸向右流向隨深度增加逐漸向右(北半球北半球) ，到摩擦深度，到摩擦深度 D ，流速為表層流速流速為表層流速4.3%。摩擦深度摩擦深度D：流向與表層流向相反的深度，：流向與表層流向相反的深度， -無限深海漂流所及深度。無限深

12、海漂流所及深度。摩擦深度摩擦深度D 與緯度、風速的經驗關系：與緯度、風速的經驗關系：uDsin3 . 4風速愈大，表層流速度愈大，影響深度愈深。風速愈大，表層流速度愈大，影響深度愈深。相同風速，表面流速及風海流影響深度，隨緯度相同風速，表面流速及風海流影響深度，隨緯度增高減小。增高減小。赤道底層無逆流。赤道底層無逆流。風海流到達不同深度所需的時間不一致，風海流到達不同深度所需的時間不一致， 幾小時幾小時-幾個月幾個月三、淺海風海流三、淺海風海流表面流方向與風向交角比無限深海小，流向隨深度變化較緩。表面流方向與風向交角比無限深海小，流向隨深度變化較緩。水深越淺，表面流與風向右偏角越小，從上層到下

13、層流速矢量水深越淺，表面流與風向右偏角越小，從上層到下層流速矢量越趨近風矢量。越趨近風矢量。理論計算：理論計算：h/D2時，無限深海。時，無限深海。四、海岸對風海流的影響四、海岸對風海流的影響海流與海岸垂直相遇，分為兩支反方海流；海流與海岸垂直相遇，分為兩支反方海流；海流與海角垂直相交，分為兩股流；海流與海角垂直相交，分為兩股流； 兩股垂直向岸的海流，兩者間產生一反向逆流。兩股垂直向岸的海流，兩者間產生一反向逆流。1、風海流的體積運輸、風海流的體積運輸五、風海流的體積運輸及副效應五、風海流的體積運輸及副效應深海：深海：海水的運輸方向海水的運輸方向風向，北半球向右風向，北半球向右淺海：淺海：海水

14、的運輸方向與風向偏角海水的運輸方向與風向偏角90，深度越小，偏角越小。深度越小，偏角越小。 五、風海流的體積運輸及副效應五、風海流的體積運輸及副效應1、風海流的體積運輸、風海流的體積運輸風海流的水量運輸，導致海岸附近增、減水風海流的水量運輸，導致海岸附近增、減水 產生與風向一致的傾斜流和密度流。產生與風向一致的傾斜流和密度流。 2、上升流與下降流、上升流與下降流 ：風摩擦深度和底摩擦深度形成兩個相反風摩擦深度和底摩擦深度形成兩個相反方向的海水運輸方向的海水運輸-垂直環流垂直環流 。一邊一邊-下降流，另一邊下降流，另一邊-上升流上升流 環流水層：環流水層：200-300m200-300m 風向與

15、岸成風向與岸成21.521.5，產生的升降流最大。，產生的升降流最大。緯度愈低，升降流愈強緯度愈低，升降流愈強 升降流形成的其他因素：升降流形成的其他因素：北半球北半球強大強大氣旋氣旋反氣旋反氣旋上升流上升流下降流下降流 中心中心順時針環流順時針環流反時針環流反時針環流下降流下降流上升流上升流中央中央第四節、波浪流第四節、波浪流 1、沿岸流、沿岸流 波浪斜向海岸入射時，在破波帶形成的大致平波浪斜向海岸入射時，在破波帶形成的大致平行于海岸的水流行于海岸的水流K K：海底摩擦系數：海底摩擦系數i：海底的坡度：海底的坡度：波峰破碎時波峰線與岸線的交角：波峰破碎時波峰線與岸線的交角hb：破碎水深：破碎

16、水深H、T：波浪破碎前瞬間波高和周期：波浪破碎前瞬間波高和周期141234sincosAHhgKT/HhiVbb2、離岸流、離岸流 近岸破碎的波浪帶入破碎區的大量海水經破碎帶重新近岸破碎的波浪帶入破碎區的大量海水經破碎帶重新返回海洋的流。返回海洋的流。平直且海底坡度大致相同的海岸平直且海底坡度大致相同的海岸 -離岸流大致等距離岸流大致等距 彎曲海岸彎曲海岸-離岸流在灣中部形成離岸流在灣中部形成 流頭 補給區流頸破波帶沿岸流海岸流第五節、大洋環流第五節、大洋環流(ocean circulation) 在海面風力和熱鹽效應等作用下，海水從某海域向在海面風力和熱鹽效應等作用下，海水從某海域向另一海域

17、流動形成的首尾相接的獨立循環系統或流渦。另一海域流動形成的首尾相接的獨立循環系統或流渦。 海水及海水中的各種物理量和化學量循環于世界大洋的海水及海水中的各種物理量和化學量循環于世界大洋的自然現象。自然現象。(廣義廣義)一、大洋環流研究的發展一、大洋環流研究的發展1、風生大洋環流理論、風生大洋環流理論 西向強化：西向強化：大洋西岸流線密集、流速大大洋西岸流線密集、流速大北太平洋黑潮北太平洋黑潮北大西洋灣流北大西洋灣流印度洋莫桑比克流印度洋莫桑比克流斯托梅爾斯托梅爾(H.Stommel) ：地轉偏向力隨緯度變化，大洋東西兩側海水的旋轉方向地轉偏向力隨緯度變化，大洋東西兩側海水的旋轉方向不同，所受力

18、的旋度就不同不同，所受力的旋度就不同 。(a) 科氏力科氏力=0,n=0,n(b) 緯度緯度科氏力科氏力蒙克蒙克(W.H.Munk)西向強化與側向摩擦力有關西向強化與側向摩擦力有關三角形大洋三角形大洋 2、熱鹽環流、熱鹽環流 熱量平衡和水量平衡產生溫度和鹽度分布不均勻導熱量平衡和水量平衡產生溫度和鹽度分布不均勻導致海水密度分布不均勻而產生海水運動。致海水密度分布不均勻而產生海水運動。 大洋中下層占主導地位大洋中下層占主導地位熱鹽環流模型熱鹽環流模型 -一套疊置在一起的一套疊置在一起的“鍋鍋” 熱鹽環流模型熱鹽環流模型 -一套疊置在一起的一套疊置在一起的“鍋鍋” 3、海、海-氣相互作用和氣相互作

19、用和ENSO 厄爾尼諾厄爾尼諾 (ElNino)南方濤動（南方濤動（Southern Oscillation） 海洋對大氣作用海洋對大氣作用-熱力熱力大氣對海洋作用大氣對海洋作用-動力動力4 4、大洋中尺度渦、大洋中尺度渦 各大洋中存在的一種水平尺度各大洋中存在的一種水平尺度100500km，時間尺度時間尺度20200d的流渦，廣泛寄居于大洋環流的流渦，廣泛寄居于大洋環流之中，且以之中，且以(15)10-2m/s的速度移動。的速度移動。 19581958年，英國年，英國 斯羅華斯羅華二、大洋表面環流二、大洋表面環流成因：成因：風、大洋的位置、海陸分布形態、地轉偏向力的風、大洋的位置、海陸分布形

20、態、地轉偏向力的綜合作用。綜合作用。 一、氣壓風的地理分布一、氣壓風的地理分布1、赤道無風帶：、赤道無風帶：空氣空氣-上升運動上升運動 1010N N附近附近 赤道無風帶赤道無風帶2、信風帶：、信風帶： 30-35：副熱帶高壓：副熱帶高壓信風帶信風帶N信風：東北向信風：東北向S信風：東南向信風：東南向赤道低壓赤道低壓 信風帶信風帶赤道無風帶赤道無風帶信風帶信風帶信風帶信風帶3、盛行西風帶：、盛行西風帶：副熱帶高壓間副熱帶高壓間中緯低壓中緯低壓N:西南風西南風S:西北風西北風 盛行西風帶盛行西風帶盛行西風帶盛行西風帶赤道無風帶赤道無風帶信風帶信風帶信風帶信風帶盛行西風帶盛行西風帶盛行西風帶盛行西

21、風帶4、極地東風帶、極地東風帶 極地高壓極地高壓 中緯低壓中緯低壓N:東北風東北風S:東南風東南風 極地東風帶極地東風帶極地東風帶極地東風帶二、大洋表面環流一般模式二、大洋表面環流一般模式副熱帶高壓間副熱帶高壓間副熱帶高壓間副熱帶高壓間6、南極大陸附近東、南極大陸附近東風漂流。風漂流。 1、南北半球主體存在、南北半球主體存在與副熱帶高壓對應的巨與副熱帶高壓對應的巨大反氣旋式環流；大反氣旋式環流；2、南北反氣旋環流、南北反氣旋環流之間為赤道逆流；之間為赤道逆流；4、主渦旋北部有小的、主渦旋北部有小的氣旋式環流；氣旋式環流；5、西風漂流繞南極大、西風漂流繞南極大陸流動；陸流動；3、北半球強大的、北

22、半球強大的西邊界流；西邊界流；三、各大洋的表層環流三、各大洋的表層環流(一一)大西洋大西洋 巴西海流巴西海流南赤道流南赤道流本格拉海流本格拉海流西風漂流西風漂流暖流暖流暖流暖流寒流寒流寒流寒流東格陵蘭海流東格陵蘭海流 拉布拉多海流拉布拉多海流灣流灣流北大西洋流北大西洋流加那利海流加那利海流北赤道流北赤道流暖流暖流暖流暖流暖流暖流寒流寒流寒流寒流寒流寒流灣流系統：灣流系統：佛羅里達海流佛羅里達海流灣流灣流北大西洋海流北大西洋海流灣流灣流西邊界流西邊界流 右側：溫暖低密右側：溫暖低密左側：低溫高密左側：低溫高密年變化年變化夏強冬弱夏強冬弱 非周期性變化非周期性變化 彎曲現象彎曲現象 彎曲與主流斷離

23、彎曲與主流斷離-獨立渦旋獨立渦旋左側暖渦，右側冷渦左側暖渦，右側冷渦 （二）、太平洋的表面環流（二）、太平洋的表面環流南赤道流南赤道流東澳海流東澳海流西風漂流西風漂流秘魯海流秘魯海流合恩角海流合恩角海流阿拉斯加海流阿拉斯加海流亞北極海流亞北極海流親潮親潮黑潮黑潮北太平洋流北太平洋流加利福尼亞海流加利福尼亞海流北赤道流北赤道流暖流暖流暖流暖流暖流暖流寒流寒流寒流寒流寒流寒流暖流暖流暖流暖流暖流暖流寒流寒流寒流寒流寒流寒流.黑潮（暖流）黑潮（暖流） 西邊界流西邊界流高溫，高鹽高溫，高鹽流速強，流量大，流幅窄流速強，流量大，流幅窄黑潮流系黑潮流系黑潮本體：黑潮續流：北太平洋流：由35N的附近離岸東流

24、，142-160E之間：160E以東散開臺灣南端開始至35N日本太平洋沿岸之間黑潮分支：黑潮分支：35N附近沿日本東海岸北上，與北方南下附近沿日本東海岸北上，與北方南下的親潮匯合后折向東流匯于黑潮延續體。的親潮匯合后折向東流匯于黑潮延續體。 黑潮逆流：從黑潮和黑潮續流分離出來，從外海轉向西南黑潮逆流：從黑潮和黑潮續流分離出來，從外海轉向西南至西方向流動的海流。至西方向流動的海流。在日本東南側黑潮主體常發生逆時針方向的大彎曲，形成在日本東南側黑潮主體常發生逆時針方向的大彎曲，形成若干流環若干流環 (三三)印度洋印度洋 北部海流北部海流-季風流季風流南半球南半球 北冰洋：北冰洋：超極海流、北大西洋

25、海流分支、沿岸流系組成環流系統。超極海流、北大西洋海流分支、沿岸流系組成環流系統。 (四四)北冰洋和南極海區北冰洋和南極海區南極海區：南極海區：大陸周圍海水西流大陸周圍海水西流西風漂流西風漂流-東流東流南極輻散帶南極輻散帶 （六）、暖流與寒流（六）、暖流與寒流 四、海水垂直環流和深層環流四、海水垂直環流和深層環流. （一）（一）、大洋上層的垂直環流、大洋上層的垂直環流 赤道：南赤道流在赤道兩側分別向南北輻散，導致赤道赤道：南赤道流在赤道兩側分別向南北輻散，導致赤道海水上升；海水上升；赤道逆流與南赤道流間（赤道逆流與南赤道流間（3一一4N）海水輻聚下沉；）海水輻聚下沉；赤道逆流與北赤道流間（赤道逆流與北赤道流間（ 10N）海水輻散上升。）海水輻散上升。 大洋西部暖流、寒流相遇大洋西部暖流、寒流相遇，輻聚下沉輻聚下沉 -西北輻聚帶西北輻聚帶大洋東部寒流流向低緯區匯入信風流大洋東部寒流流向低緯區匯入信風流 上升流上升流副熱帶高壓帶副熱帶高壓帶海水輻聚下沉海水輻聚下沉南極海區南極海區輔散輔散南極邊緣海區南極邊緣海區輻聚輻聚 （二）、大洋表層以下的環流（二）、大洋表層以下的環流1、次表層水的運動和分布、次表層水的運動和分布表層表層-主溫躍