第4章+海洋的结构与海水的运动课件.ppt

1、第四章第四章海洋的结构与海水的运动海洋的结构与海水的运动4.1 4.1 海洋的组成与结构海洋的组成与结构4.2 4.2 波浪波浪4.34.3 潮汐潮汐4.4 4.4 洋流洋流4.5 4.5 海洋效应海洋效应4.6 4.6 海洋资源和海洋环境保护海洋资源和海洋环境保护v海洋中的鱼类超过两万五千种v海洋中贝类类海洋中贝类类超过超过1.11.1万种万种v海洋甲壳类超过2万种v南极磷虾捕获量为1亿15亿吨（不破坏生态平衡的情况下），比当今全世界一年的捕鱼量多出1倍。 v20062006年日本捕获年日本捕获有腹鳍的返祖海有腹鳍的返祖海豚豚 锰结核v金属结核：锰 4000亿吨v 镍 164亿吨v 铜 88

2、亿吨v 钴 58亿吨v 除海藻类，海洋中还有丰富的肉眼看不见的浮游生物。有人作过计算，在不破坏生态平衡的前提下，若能把它们捕捞出来，加工成食品，足可满足300亿人的需要。 海洋矿产v石油：2500亿吨，占全球储量45%v天然气：14-17亿吨，占全球储量26%v1升海水中含有0.03克氘。这0.03克氘聚变时释放出采的-能量等于300升汽油燃烧的能量，因此，人们用1升海水300升汽油这样的等式来形容海洋中核聚变燃料储藏的丰富。已经知道，海水的总体积为137亿立方公里，所以海水中总共含有几亿亿公斤的氘。这些氘的聚变能量，足以保证人类上百亿年的能源消费。 v除了陆地小循环，每年有744毫米的降水来

3、自于海洋蒸发，占陆地降水总量的93%。v此外海洋面积巨大，比热大，深刻的影响着天气和气候系统v2012年，我国海洋交通运输业持续保持快速发展，全年实现增加值4802亿元，比上年增长6.5%。港口货物吞吐量与集装箱吞吐量居世界首位。第一节第一节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、海洋运动的结构一、海洋的组成一、海洋的组成v通常，人们把海和洋看成同类事物，总称为海洋，指地球表面连续广阔的水域的总称。事实上，二者既相联系，又有区别。v根据水文物理特性和形态特征，海洋可分为主要部分（主体部分）和附属部分。v主体部分是洋，附属部分为海、海湾、海峡，它们处在与

4、陆地毗邻的位置，是洋的边缘部分。n地球上陆地全部为海洋所分开与地球上陆地全部为海洋所分开与包围，所以陆地是断开的，；而海包围，所以陆地是断开的，；而海洋却是连成一片，各大洋相互沟通，洋却是连成一片，各大洋相互沟通，它们之间的物质和能量可以充分地它们之间的物质和能量可以充分地进行交流，形成统一的世界大洋，进行交流，形成统一的世界大洋，使海洋具有连续性、广阔性，成为使海洋具有连续性、广阔性，成为地球上水圈的主体。地球上水圈的主体。（一）洋及其区分v洋是世界大洋的主体，远离大陆，具有深度大，面积广，不受大陆影响等特性，并具有稳定的理化性质、独立的潮汐系统和强大的洋流系统的水域。v世界大洋按岸线轮廓、

5、洋底起伏、水文特征分成四个部分，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。v太平洋the Pacific (Ocean)，世界第一大洋，面积约1.8亿KM2，占世界大洋总面积一半，也是世界最深的大洋，它的平均深度4028m，世界上最深的马里亚纳海沟（11034m）位于太平洋西部。v大西洋the Atlantic (Ocean)，位于欧、非大陆与南北美洲之间，大致呈S形，面积和最大深度居世界第二。面积0.93亿KM2。v印度洋the Indian Ocean，第三大洋，大部分位于热带和温带地区，其北、东、西分别为亚洲、大洋洲和非洲，南临南极大陆。v北冰洋the Arctic (Ocean)，位于亚欧大陆

6、和北美洲之间，大致以北极为中心，是面积最小的大洋。各大洋间的分界线v四大洋间无天然界线，只能以水下海岭或人定经线为界。v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。v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。v北冰洋则大致以北极圈为界。（二）海及其分类v海指位于大陆的边缘（或大洋的边缘），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

7、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。据国际水道测量局统计，全球共有54个海。v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。v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。v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。v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

8、岛、中美地峡和南美大陆之间的加勒比海等。v海湾海湾 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。 v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

9、侧海水左右两侧海水理化性质不同，理化性质不同，流向不同。流向不同。 二、海洋运动的结构二、海洋运动的结构v（一）海洋形态结构（一）海洋形态结构v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4242。221rmmGF1、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），约占海洋总面积的隆），约占海洋总面积的2222。大陆架或大陆浅滩。大陆架或大陆浅滩是毗连大陆的浅水区域和坡度平缓区域，是大陆在是毗连大陆的浅水区域和坡度平缓区域，是

10、大陆在海面以下的自然延续部分，通常取海面以下的自然延续部分，通常取200200米等深线为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，最宽可达里，最宽可达10001000公里，平均宽度约公里，平均宽度约7575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渡带。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，水深约大陆坡占据这一过渡带的上部，水深约20030002003000米的区域，坡度较陡。大陆基大部分位于米的区域，坡度较陡。大陆基大部分位于3000300040004000米等深浅之间，坡度较缓。米等

11、深浅之间，坡度较缓。2、大洋盆地、大洋盆地v大洋盆地是世界海洋中面积最大的地貌单元，大洋盆地是世界海洋中面积最大的地貌单元，其深度大致介于其深度大致介于4000600040006000米之间，约占世米之间，约占世界海洋总面积的界海洋总面积的4545左右，由于海岭、海隆左右，由于海岭、海隆以及群岛和海底山脉的分隔，大洋盆地分成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，主要的约有近百个独立的海盆，主要的约有5050个。个。 3、大洋中脊、大洋中脊v 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，贯的地貌单元。它隆起于海洋底中央

12、部分，贯穿整个世界大洋，成为一个具有全球规模的穿整个世界大洋，成为一个具有全球规模的洋底山脉，大洋中脊总长约洋底山脉，大洋中脊总长约8000080000公里，相当公里，相当于陆上所有山脉长度的总和；面积约于陆上所有山脉长度的总和；面积约1.21.2亿平亿平方公里，约占世界海洋总面积的方公里，约占世界海洋总面积的32.732.7。洋。洋中脊的顶部和基部之间的深度落差平均中脊的顶部和基部之间的深度落差平均15001500米。米。4、海沟、海沟v 海沟主要分布在大陆边缘与大洋盆地交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，深度一般超过接处，是海洋中最深区域，深度一般超过6000600

13、0米。世界海洋总共有米。世界海洋总共有3030多条海沟，约有多条海沟，约有2020条位于太平洋，其中，马里亚纳海沟的查条位于太平洋，其中，马里亚纳海沟的查林杰海渊深达林杰海渊深达1103411034米，是迄今所知海洋中的米，是迄今所知海洋中的最大深度。最大深度。（二）海水运动结构（二）海水运动结构广阔无垠的海洋，永远处于不停的运动之中，海水运动结广阔无垠的海洋，永远处于不停的运动之中，海水运动结构主要有：构主要有：u规模宏大首尾相接的规模宏大首尾相接的洋流系统洋流系统；u周期性涨落和水平运动的周期性涨落和水平运动的潮汐系统潮汐系统；u澎湃激荡的澎湃激荡的波浪系统波浪系统；u永无休止的永无休止的

14、混合系统混合系统。海水的运动不仅是输送水量，而同时输送能量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和物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。气候和天气。引起海水运动的原因很多。其中主要有：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、大气压力梯度等等天体作用、太阳辐射作用、大气压力梯度等等第二节、波浪（第二节、波浪（wave)（一）波浪及其形（一）波浪及其形成成 波浪波浪是指是指发生在海洋、湖泊、发生在海洋、湖泊、水库等有宽敞水面水库等有宽敞水面的水体中的波动现的水体中的波动现象，象， 其显著特点是其显著特点是水面呈周期性

15、起伏。水面呈周期性起伏。波浪发生时，好象波浪发生时，好象是水体向前移动，是水体向前移动，但实质上是波形的但实质上是波形的传播，而并非是水传播，而并非是水质点的向前移动质点的向前移动。当水体表层或内部受到当水体表层或内部受到风力、地震风力、地震等外力作用时，水质点等外力作用时，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，水质点又有恢复到原来平衡位置的趋势。水压力等）作用下，水质点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

16、圆周运动或接近封闭的圆周运动。接近封闭的圆周运动。由于惯性作用，水质点的振动保持着并通过四周的水质点由于惯性作用，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。波浪的实质是波形的传播，而非水质点的向前移动。波浪的实质是波形的传播，而非水质点的向前移动。（二）（二）波浪要素波浪要素 1 1、波浪的形态要素：、波浪的形态要素：有波峰与波顶、波谷与波底、波高和波幅、波坡、波有波峰与波顶、波谷与波底、波高和波幅、波坡、波长、波陡、波向线和波峰线等。长、波陡、波向线和波峰线等。波峰是静水面以上的波浪部分。波顶是波峰或波面的波峰

17、是静水面以上的波浪部分。波顶是波峰或波面的最高点。最高点。波谷是静水面以下的波浪部分。波底是波谷或波面的波谷是静水面以下的波浪部分。波底是波谷或波面的最低点。最低点。1 1、波浪的波浪的形态要素（续）：形态要素（续）：波高波高h h，是相邻波顶与波底之间的垂直距离。，是相邻波顶与波底之间的垂直距离。波幅，是指波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

18、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，是指波浪传播的方向线或引起波浪力的方波向线，是指波浪传播的方向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

19、从不同角度有不同分类。1 1、根据成因分类、根据成因分类（1 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0.70.71.3m/s1.3m/s。风浪从风获得能

20、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。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；当能量的收入大于支出时，风浪就成长、发展；反之，风浪将逐渐趋于衰退。反之，风浪将逐渐趋于衰退。中、高纬海区多风浪。最大风浪带发生中、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，故有定，三大洋又连成一片，故有“咆哮的四十咆哮的四十度度”之称。之称。

21、世界上最大的风浪区“好望角”v好望角是非洲西南端的岬角。v1488年葡萄牙航海家迪亚士路时到此，因多风暴，取名风暴角。 涌浪涌浪v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。v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。波高小，波长和周期长。（2）海啸（）海啸（tsunami;seismicseawave）v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。

22、海啸和风暴海啸两种。v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。v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。v风暴海啸（风暴潮）风暴海啸（风暴潮）: :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

23、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。v2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊岛发生地震引发大规模海啸，到2006年末为止的统计数据显示，印度洋大地震和海啸以及所造成的瘟疫灾害已经造成近30万人死亡，这是世界近200多年来死伤最惨重的海啸灾难。 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、地震或风暴等引起的巨海啸：由火山、地震或风暴等引起的巨浪。浪。v 破坏性的地震海啸，只

24、在地震构造运动出现垂直断层，破坏性的地震海啸，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。 这时湾顶的波高通常为海湾入口处的这时湾顶的波高通常为海湾入口处的3434倍。在倍。在U U型海湾，型海湾，湾顶的波高约为入口处的湾顶的波高约为入口处的2 2倍。在袋状的湾口，湾顶的波高可低倍。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，往往诱发于平

25、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。这时可出现波高为出湾内海水的固有振动，使波高激增。这时可出现波高为10101515米的大波和造成波峰倒卷，甚至发生水滴溅出海面的现象。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溅出的水珠有时可高达5050米以上。米以上。 v 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

26、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 20052005年年9 9月月2626日，日，1818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v（3 3）潮波）潮波v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。v（4 4）气压波）气压波v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

27、的波浪。事实上，气压突变引起的风暴潮是一种波浪。事实上，气压突变引起的风暴潮是一种气压波。气压波。v（5 5）船行波）船行波v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v（1 1）深水波）深水波v指水深指水深Z Z大于大于1/21/2波长波长的波，也称短波。水质点运的波，也称短波。水质点运动轨迹为圆形。动轨迹为圆形。v（2 2）浅水波）浅水波v指水深指水深Z Z在在/25Z /2/25Z /2，即水深相对于波长很小，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。时的波浪称浅水波。水质点运动轨迹为椭圆形。v（3 3

28、）非常浅水波）非常浅水波v指水深指水深Z /25Z/2）n深水波余摆线理论是从以下几个假定条件出发的：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

29、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。v这样波浪发生时，水质点在其平衡位置附近运动，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5 53434）。）。（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。v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

30、，直径为波高，水质点运行一周的时间即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v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。v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：r rz z为为z z水深处水水深处水质点的运动半径；质点的运动半径；r r0 0为表面为表面水质点运动半径；水质点运动半径；e e为自然为自然对数的底数；对数的底数； 为圆周率；为圆周率； 为波长；为波长；

31、z z为水深。为水深。 令令Z/2，则，则r=r0/23（波动已很微弱）（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

32、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。v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（

33、椭圆余摆线波）/25z/2)v当水深小于当水深小于1/21/2波长时，其波浪便为浅水波。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

34、变为椭圆形，这样的波形即成为椭圆余摆线形为椭圆形，这样的波形即成为椭圆余摆线形n 根据浅水波的椭圆余摆线理论，可得出浅水波的根据浅水波的椭圆余摆线理论，可得出浅水波的特性：特性：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

35、力影响，其波速c c只与海深只与海深z z有关，有关，而与波长而与波长无关，而且波长变短，波高略增，波陡无关，而且波长变短，波高略增，波陡变陡。变陡。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）v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）v当波浪传到浅水区或近岸区

36、域后，由于受地形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响，波浪将发生一系列的变和海底摩擦阻力影响，波浪将发生一系列的变化。深度变浅结果，不仅波长缩短，波速也变化。深度变浅结果，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。由于能量集中于更小水体中，波现折射现象。由于能量集中于更小水体中，波高将增大，波面变陡，再加上受海底摩擦阻力高将增大，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，使波浪的前影响，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，坡陡于后坡，波峰赶上波谷

37、，导致波峰前倾，甚至倒卷和破碎，形成破碎浪。在陡立的海岸，甚至倒卷和破碎，形成破碎浪。在陡立的海岸，将形成拍岸浪。拍岸浪有巨大的冲击力，冲刷将形成拍岸浪。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。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v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

38、平行的现象。而在波峰线发生转折，逐渐趋于与等深线平行的现象。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。v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（P139P139图图4 48 8）。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

39、慢。这样，港湾处波水深浅受海底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v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

40、浅水区或近岸后，由于受海底摩擦阻力的影响，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。v碎浪的浪花可飞溅几十米高，随巨大的惯性力向海

41、岸冲击形成拍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岸浪（激岸浪）。（图岸浪（激岸浪）。（图46）第三节、潮汐（第三节、潮汐（tide)v（一）潮汐概念（一）潮汐概念v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

42、程中，当海面上涨到最高位置时，称为为高潮（高潮（high tide)high tide)或满潮或满潮；当海面下降到最低位置；当海面下降到最低位置时，叫做时，叫做低潮（低潮（low tide)low tide)或干潮或干潮。从低潮到高潮，。从低潮到高潮，海面不断上涨，海水涌向海岸的过程叫海面不断上涨，海水涌向海岸的过程叫涨潮（涨潮（flood flood tidetide) )；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（ebb tide)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

43、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。（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

44、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，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（即：（即：

45、 ）。）。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。 地月系统地月系统惯惯性性的的作作用用引潮力在不同时间、不同地点都不相同。引潮力在不同时间、不同地点都不相同。 地面上任意一点与月球的关系都经过不同的位置，地面上任意一点与月球的关系都经过不同的位置，所以对同一地点来说，有时涨潮，有时落潮。所

46、以对同一地点来说，有时涨潮，有时落潮。 经计算的结果，引潮力的大小与天体的质量成正经计算的结果，引潮力的大小与天体的质量成正比，而与天体至地心距离的三次方成反比，即：比，而与天体至地心距离的三次方成反比，即： 由此，可计算出由此，可计算出月球引潮力为太阳引潮力的月球引潮力为太阳引潮力的2.72.7倍倍。32RGMrF （三）潮汐的变化规律（三）潮汐的变化规律v1、海洋潮汐的周期性、海洋潮汐的周期性v海洋潮汐主要是由月球引潮力引起的。通海洋潮汐主要是由月球引潮力引起的。通常将月球引潮力引起的潮汐叫太阴潮，太阳引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。潮力引起的潮汐叫太阳潮

47、。v(1)潮汐的日变潮汐的日变v 由于地球的自转，同一地点向着月球和太由于地球的自转，同一地点向着月球和太阳与背着月球和太阳各一次，所以一日之内将阳与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发生两次涨潮和落潮，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是太阴潮，所以高潮与低潮相隔时间为1/41/4太太阴日，即阴日，即6 6小时小时1313分。分。可见，每太阴日内发生可见，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。两次高潮和低潮是海洋潮汐的一个基本周期。（四）潮汐类型（四）潮汐类型v根据潮汐的周期变化，基本上可分为半日潮、根据潮汐的周期

48、变化，基本上可分为半日潮、全日潮和混合潮三个类型。全日潮和混合潮三个类型。v1 1、半日潮、半日潮：指在一个太阴日内，有两次高潮：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，涨潮时间和落潮时间也很接近，潮汐周相等，涨潮时间和落潮时间也很接近，潮汐周期为半日。期为半日。v2 2、全日潮、全日潮：在一个月内，多数日子一天有一：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。次高潮和低潮，少数日子为一日有两次涨落。v3 3、混合潮、混合潮：指一日内虽然有两次高潮和低潮，：指一日内虽然有两次高潮和低潮，但潮位和涨

49、、落时间有很大差异。但潮位和涨、落时间有很大差异。潮汐的日变：可分为半日周期潮和日周期潮潮汐的日变：可分为半日周期潮和日周期潮。 半日周期潮：半日周期潮：当月球赤纬为零时，即月球在当月球赤纬为零时，即月球在赤道上空，海面任一点都为半日潮（如图）。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，并以赤道为对称，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）。故称为赤道潮（或分点潮）。日周期潮：日周期潮：当月球赤纬不为零时，不同纬度的潮型不同：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；在高纬在赤道为半日潮；在赤道至中纬地

50、区为混合潮；在高纬地区为全日潮。当月球赤纬增大到回归线附近时，潮汐地区为全日潮。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。周日不等现象最显著，这时的潮汐称为回归潮。潮汐的月变：可分为半月周期潮和月周期潮。潮汐的月变：可分为半月周期潮和月周期潮。半月周期潮半月周期潮: : 当朔、望日时当朔、望日时, ,月、日、月、日、地三个天体中心大致位于同一地三个天体中心大致位于同一直线上，由于月球和太阳的引直线上，由于月球和太阳的引潮力叠加，故它们所合成的引潮力叠加，故它们所合成的引潮力在一个月内是最大的潮力在一个月内是最大的, ,所所涨的潮为大潮；涨的潮为大潮； 而当月相