4-1-3海流.ppt

海洋学;海 流;;“泰坦尼克号”首航没有进入北极海区，那么，使船沉没的冰山是怎样进入纽芬兰海域的呢？;海流定义 广义地讲海流是指海洋中较大规模的相对稳定的海水运动。 狭义地讲是指海流在水平方向上的运动分量，而海流垂直方向上的运动分量单独称为上升流或下降流。;§4-1 海流的成因与表示方法; ;暖流;当地法;比较;海流是矢量。海洋学中常用右手坐标系：x轴正方向向东、y轴正方向向北、z轴正方向向上。 海流流速矢量V在直角坐标系中表示为：V=ui+vj+wk 其中u、v和w依次为 x、y及z轴上的分量。 海流一般以带箭头的线段表示，箭矢方向指海水的去向，线段长短表示海流的大小，单位cm/s。 ;§4-2 海水受力分析;一、重力(地势梯度力) 地心引力和地球自转所产生的惯性离心力的合力。 地势φ 逆重力方向移动单位质量物体到某一高度所做的功 地势梯度力 方向：垂直向下 ;单位质量海水所受的重力即为重力加速度g，理论上它是地理纬度和海洋深度的函数，但在海洋学中一般将其视为常量。 等(位)势面：重力势相等的点组成的面，与重力处处垂直。静止状态下的海平面就是一个等势面。 位势深度：从上往下计算的位势差 位势高度：从下往上计算的位势差;;等压面： 海洋中压力处处相等的面，海洋学中将海面视为海压为0的等压面（即一个大气压1013.25hPa） G的方向：与等压面垂直，永远指向压力减小的方向，即与压强梯度方向相反 静止海洋中，海水密度为常数或只是深度的函数时，等压面必然是水平的，即等势面平行，此时的压力场称为正压场。 当海水密度不是常数，尤其是水平方向上有着明显差异时，等压面相对于等势面将会倾斜，此时的压力场称为斜压场。;斜压场（海洋上部）;对于静止的海水微团，它受到压强梯度力，但必须和重力势梯度相平衡;;三、科氏力（地转偏向力） 由地球自转而对运动物体产生的作用力 地球表面的线速度差 平均角速率ω＝7.292×10rad/s； 曾母暗沙(4°N)： 462m/s； 漠河(53°25′)： 276m/s； 北极： 0 m/s 研究地球上的海水或大气的大规模运动时，必须考虑地球自转效应，或称为科氏效应。;傅科摆 1851年傅科在67m长的钢丝下挂一个28kg的铁球组成一个单摆，他利用摆平面的转动成功地证明地球在自转。;;;;;四、摩擦力 相邻两层海水之间或海水与其边界之间，因海水相对运动而产生的切向作用力，称为摩擦力。 摩擦力分为分子摩擦力和涡动(湍流)摩擦力，相应的粘滞系数分别称为分子粘滞系数和涡动粘滞系数，通常后者比前者大数个量级，故在海洋学中通常忽略分子摩擦力。;单位面积上的切应力：;实际海水总是处于涡动状态，即小水团可以自由地从一水层进入另一水层. 当小水团由速度大的水层进入速度小的水层时，它同时将自己的动量带进这一水层，从而使这一水层的平均动量增加； 当水团从速度小的水层进入速度大的水层时，将产生相反的作用。 这与海水的粘滞性而形成的摩擦切应力相似。在实际海水中，由涡动导致的涡动摩擦应力比分子粘性引起的分子粘性应力大很多量级。所以，我们在讨论海水运动时，将分子粘滞系数以湍流粘滞系数代替，分子粘性可以忽略。;由涡动产生的切应力和涡动摩擦力： ;;§4-3 海水运动方程;二、连续方程（质量守恒方程）;应用微元分析法进行公式的推导： 取微元体：取空间六面体对研究对象，边长dx、dy、dz 受力分析： 质量力——X、Y、Z 表面力——法向应力（6个） ——切向应力（12个）;导出实际流体运动微分方程， 即Navior-Stokes方程（简称N-S方程）： N-S方程的物理意义：单位质量流体所受质量力、表面力和粘性切应力在三个坐标轴的投影和等于加速度。;三、动量方程;;; 能量方程