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第七章 海洋环流 Harald Sverdrup 海流的定义 •海水每时每刻都在持续不断地运动着 • 定义：对在广阔的空间、长期持续的海水运动 取平均状态时，较大的流速就往往出现在细长延 伸的海域中，海流即泛指该海域及其周围流速较 快的那部分而言。 • 习惯上将海流的水平运动分量称为海流，而其铅 直分量称为上升流和下降流。 • 大洋环流一般是指海域中的海流形成首尾相接相 对独立的环流系统或体系 海水的运动 •基于其驱动机制，海流可分为两种基 本流动：风生流和密度流 •风驱动的表层和近表层海流和密度驱 动的次表层的海流 •风生海流涉及到10%的表层海洋 •对次表层海流我们知之甚少 海流的分类 • 由风驱动引起的海流称为风海流或漂流； • 由温盐变化引起的称为热盐环流； • 从力平衡情况又分为地转流、惯性流等； • 考虑海域的不同又分为洋流、陆架流、赤 道流、东西边界流等 海流的描述方法 • 描述方法： 拉格朗日方法——追踪法 欧拉方法——定点法 • 目前的研究中多采用欧拉方法来测量和描 述海流 • 海流流速单位为m/s，流向以地理方位角表 示，指海水流去的方向，北向定义为0 影响海流的因素 • 海水的流动同海水密度的分布关系密 切。 • 由于海水密度的分布基本上取决于水 温的分布，所以有时可以根据水温的 分布情况来确定海水流径的大体位置。 • 举例说明？ 海流的成因 • 海流形成取决于三个驱动力的相互作用的结果：风应力、压强梯度力 和科氏力 • 风应力：由风产生的海面水分子和运动空气之间的摩擦力 • 风应力可以驱动海流和海浪，风应力的大小与风速的平方成正比 • 热量→温度→密度→压强梯度力 • 水平压强梯度力= （Pa-Pb）/x • 太阳和月球的引潮力引起的潮流，与大洋环流没有直接关系 海流运动规律 • 运动遵循海水的下列基本规律： 牛顿运动定律—运动方程 质量守恒定律—连续方程 边界条件和初始条件 海水运动方程 • 单位质量的海水遵循牛顿第二定律  d V  Fi dt • 作用于海水上的力 引起运动的力：重力、压强梯度力、风应 力、引潮力等 运动后产生的力：科氏力、粘性摩擦力等 压强梯度力 • 等压面：压强相等的面。 • 压强梯度力：水体所受静压力的合力： • 压强梯度力的方向与等压面垂直，指向压力减小 的方向 dp g dz 压强梯度力 • 海洋学中把海面视为压强为零的等压面 • 等压面与等势面平行的压力场称为正压场 （没有 水平压强梯度力） • 在静态的海洋中，当海水密度为常数或者只是深 度的函数时，海洋中压力的变化也只是深度的函 数，此时海洋中的等压面必然是水平的，即与等 势面平行。 • 等压面与等势面不平行的压力场称为斜压场 （存 在水平压强梯度力） 水平压强梯度力 • 实际的海洋中总会有压强梯度力水平分量 的存在，说明海洋处在斜压状态 • 水平压强梯度力大约相当于一个无摩擦的 物体于坡度为1cm:1km的斜面上向下滑动 所受的力 • 由海洋中密度差异所形成的斜压状态，称 为内压场；由海洋外部原因，如海