海流OceanCurrent观测课件.ppt

1、海流有关的趣闻海流有关的趣闻海流相关的知识海流相关的知识海流测量海流测量近岸异重流现象与观测近岸异重流现象与观测近底层海流的观测近底层海流的观测影响海流观测误差分析影响海流观测误差分析第七章第七章海流（海流（Ocean Current）观测）观测 19631963年年4 4月月3030日，我国制造第一艘万吨级远洋货轮日，我国制造第一艘万吨级远洋货轮“跃进跃进号号”满载满载1348113481吨玉米，自青岛首航日本名古屋，开辟日吨玉米，自青岛首航日本名古屋，开辟日- -中航线。中航线。5 5月月1 1日，该船在海上发出日，该船在海上发出sossos后消失。后消失。 5 5月月1717日，新华社发

2、表了关于日，新华社发表了关于“跃进号跃进号”遇难事件的声明，遇难事件的声明，并派出调查并派出调查“跃进号跃进号”失事原因的临时编队，编队由失事原因的临时编队，编队由1111艘艘舰船组成，周总理指示舰船组成，周总理指示“一定要有充分可靠的证据证明沉一定要有充分可靠的证据证明沉没原因，不能大概、可能，一定要找到这条船没原因，不能大概、可能，一定要找到这条船”。经过几。经过几天调查，终于查明了失事的真正原因。天调查，终于查明了失事的真正原因。“跃进号跃进号”触到了触到了顶部不足顶部不足3 3平方米的适淹礁平方米的适淹礁“苏岩苏岩”西南角而沉没，左舷西南角而沉没，左舷钢板数处裂口，最大一处长钢板数处裂

3、口，最大一处长1717米，宽米，宽1515厘米。其失事原因厘米。其失事原因主要是忽视了一支北流的黑潮的影响，偏离了原航线，以主要是忽视了一支北流的黑潮的影响，偏离了原航线，以至触礁沉没。至触礁沉没。1980 1980 年，我国海洋科学工作者去南太平洋进行了一次科学考察。年，我国海洋科学工作者去南太平洋进行了一次科学考察。返航途中，横渡赤道时，考察船上有一位名叫周镭的科学工作者，返航途中，横渡赤道时，考察船上有一位名叫周镭的科学工作者，突然想起人们在海上用瓶子传递信息的事，便急忙给妻子写了一突然想起人们在海上用瓶子传递信息的事，便急忙给妻子写了一封信。他把写好的信装进信封，在右角上贴了一张印有五

4、星红旗封信。他把写好的信装进信封，在右角上贴了一张印有五星红旗图案的邮票，并在左上角画了一个箭头指向图案的邮票，并在左上角画了一个箭头指向“中国中国”二字，还用二字，还用英语和俄语加以注明，然后把信装进一个啤酒瓶内，用白蜡密封，英语和俄语加以注明，然后把信装进一个啤酒瓶内，用白蜡密封，在考察船穿过赤道的时候投入茫茫的大海。在考察船穿过赤道的时候投入茫茫的大海。两个多月后，周镭返回了祖国。除开茶余饭后的话题之外，谁也没两个多月后，周镭返回了祖国。除开茶余饭后的话题之外，谁也没把投瓶的事放在心上。不料有一天，他突然收到来自巴布亚新几把投瓶的事放在心上。不料有一天，他突然收到来自巴布亚新几内亚的一封

5、来信，打开一看，是一位中国血统的名叫陈国祥的先内亚的一封来信，打开一看，是一位中国血统的名叫陈国祥的先生寄来的。信中除了有周镭写给他妻子玉萍的家书外，陈先生还生寄来的。信中除了有周镭写给他妻子玉萍的家书外，陈先生还附有一封热情洋溢的书信。信中不仅讲明了周镭家书拾到的时间、附有一封热情洋溢的书信。信中不仅讲明了周镭家书拾到的时间、地点和过程，还提到他与祖国的血肉关系，并希望今后加强联系。地点和过程，还提到他与祖国的血肉关系，并希望今后加强联系。不言而喻，这两个故事中的邮递员，都是前面我们提到的洋流。不不言而喻，这两个故事中的邮递员，都是前面我们提到的洋流。不过，洋流邮递只是人们在万般无奈的情况下

6、的一种碰运气的举动，过，洋流邮递只是人们在万般无奈的情况下的一种碰运气的举动，实际上是常常靠不住的。实际上是常常靠不住的。1498 1498 年，哥伦布为了解脱航行中的困年，哥伦布为了解脱航行中的困境，曾在一张羊皮纸上给西班牙国王写了一份报告，装在一个椰境，曾在一张羊皮纸上给西班牙国王写了一份报告，装在一个椰子壳里投入大海，希望海流迅速把它带到西班牙去。可是，海流子壳里投入大海，希望海流迅速把它带到西班牙去。可是，海流把它漂到大西洋比斯开湾的一个荒滩上，直到把它漂到大西洋比斯开湾的一个荒滩上，直到1856 1856 年才被人们年才被人们发现，整整延误了发现，整整延误了358 358 年！年！海

7、流观测的重要意义海流观测的重要意义海流与渔业关系紧密海流与渔业关系紧密建港时，海流对泥沙的搬运作用建港时，海流对泥沙的搬运作用海上交通，顺流节约时间海上交通，顺流节约时间水团的形成、海水内部及海气界面之间热水团的形成、海水内部及海气界面之间热量的交换等量的交换等1.1.海流海流（Ocean Current） 海水运动是乱流、波动、周期特性海水运动是乱流、波动、周期特性潮流潮流和稳和稳定的定的常流常流综合作用的结果。综合作用的结果。 海流海流: :是指海洋中的海水具有相对稳定速度的是指海洋中的海水具有相对稳定速度的流动，它是海水运动的形式之一。（空间尺流动，它是海水运动的形式之一。（空间尺度大于

8、度大于5 5米，时间尺度周期超过米，时间尺度周期超过1212小时）小时）海流分类海流分类成因成因海流的海流的成因成因主要是盛行风带、地转偏向力、和海陆地形分主要是盛行风带、地转偏向力、和海陆地形分布等因子共同作用的结果。按布等因子共同作用的结果。按形成原因形成原因的不同，可分为：的不同，可分为：1. 1. 地转流地转流（Geotropic CurrentGeotropic Current）：海水等压面倾斜，：海水等压面倾斜，海水受到水平压强梯度力和水平地转偏向力平衡时出现的海水受到水平压强梯度力和水平地转偏向力平衡时出现的稳定流动。据引起等压面倾斜的原因不同，可分为：稳定流动。据引起等压面倾斜

9、的原因不同，可分为： a a：倾斜流倾斜流：是在不均匀的外压场作用下的地转流。海洋：是在不均匀的外压场作用下的地转流。海洋上大气压分布不均匀，使海面发生倾斜而产生海水的流动。上大气压分布不均匀，使海面发生倾斜而产生海水的流动。 测者背流而立，右侧等压面高，左侧等压面低。倾斜度越测者背流而立，右侧等压面高，左侧等压面低。倾斜度越大，水平压力梯度越大，流速就越大。大，水平压力梯度越大，流速就越大。 b b：密度流密度流：由于海水中的密度不均匀而产生的海流，又：由于海水中的密度不均匀而产生的海流，又称梯度流。如非洲的红海，蒸发大，盐度高密度大，产生称梯度流。如非洲的红海，蒸发大，盐度高密度大，产生由

10、红海流向印度洋的海流。由红海流向印度洋的海流。 由于海水密度分布不均匀引起等压面倾斜而产生的由于海水密度分布不均匀引起等压面倾斜而产生的地转流。测者背流而立，右侧等压面高，密度小左侧等压地转流。测者背流而立，右侧等压面高，密度小左侧等压面低，密度大。面低，密度大。密度流密度流海流分类海流分类成因成因2.2. 风海流风海流：是海洋上最主要的海流，其强度较强。风海流：是海洋上最主要的海流，其强度较强。风海流是在海面风作用下形成的海水流动。通常将大范围盛行风是在海面风作用下形成的海水流动。通常将大范围盛行风所引起的流向、流速常年都比较稳定的风海流称为定海流，所引起的流向、流速常年都比较稳定的风海流称

11、为定海流，或漂流。而将某一短期天气过程或阵风形成的海流称为风或漂流。而将某一短期天气过程或阵风形成的海流称为风生流。生流。 表层风海流方向：在无限深海中，表层风海流方向：在无限深海中，由于地转偏向力作用，表层风海流的流由于地转偏向力作用，表层风海流的流向在北半球偏于风去向之右约向在北半球偏于风去向之右约4545 ，在北在北南球偏于风去向之左约南球偏于风去向之左约4545 。在浅海中，流向与风向几乎一致。在浅海中，流向与风向几乎一致。 风海流流向随深度增加向右偏转（北半风海流流向随深度增加向右偏转（北半球），流速随深度增加逐渐减小（见球），流速随深度增加逐渐减小（见图）。图）。海流分类海流分类成

12、因成因3 3. . 补偿流补偿流：由于海水的连续性，一处海水流失，它：由于海水的连续性，一处海水流失，它处海水将流来补充，形成补偿流。处海水将流来补充，形成补偿流。4. 4. 潮流潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。动。潮波运动中水质点沿水平方向的周期运动。航潮波运动中水质点沿水平方向的周期运动。航海学中讲述。海学中讲述。实际上由单一原因产生的海流极少，往往是几个因实际上由单一原因产生的海流极少，往往是几个因子共同作用的结果，但有主次，近海以潮流为主，子共同作用的结果，但有主次，近海以潮流为主，外海多风海流和梯度流外海多风海流和梯度流。海流分类海

13、流分类物理属性物理属性( (温度温度) )水团水团：来自相同的源地，具有独特的相对均匀的物理性质：来自相同的源地，具有独特的相对均匀的物理性质（如温度，盐度，溶解氧等）的海水称水团。（如温度，盐度，溶解氧等）的海水称水团。I.I.暖流：暖流：流动水团的温度比它所经过海区的水温高称暖流。流动水团的温度比它所经过海区的水温高称暖流。一般从低纬向高纬流动的海流为暖流。一般从低纬向高纬流动的海流为暖流。II.II.冷流：冷流：流动水团的温度比它所经过海区的水温低称冷流。流动水团的温度比它所经过海区的水温低称冷流。一般从高纬向低纬流动的海流为冷流。一般从高纬向低纬流动的海流为冷流。III.III. 中性

14、流：中性流：流动水团的温度比它所经过海区的水温相差不大流动水团的温度比它所经过海区的水温相差不大称中性流，一般东西向的流称中性流，一般东西向的流。太平洋海流系统太平洋海流系统北赤道流北赤道流赤道逆流赤道逆流北太平洋海流北太平洋海流阿留申海流阿留申海流白令海白令海南赤道流南赤道流西风漂流西风漂流秘鲁海流秘鲁海流东澳海流东澳海流加利福尼亚海流加利福尼亚海流黑潮黑潮亲潮亲潮阿拉斯加海流阿拉斯加海流北北太太平平洋洋南南太太平平洋洋潮流与常流潮流与常流 潮流：伴随着潮汐涨落现象所作的周期性潮流：伴随着潮汐涨落现象所作的周期性变化的海水流动。变化的海水流动。 由月亮与太阳的引潮力引起。由月亮与太阳的引潮力

15、引起。 常流：海水沿一定路径、方向基本朝向一常流：海水沿一定路径、方向基本朝向一个方向的大规模的运动。个方向的大规模的运动。 由风的作用、海洋受热不均匀、地形的影由风的作用、海洋受热不均匀、地形的影响产生。响产生。 观测结果为两者的合成。观测结果为两者的合成。海流观测海流观测 流速流速:单位时间内海流流动的距离单位时间内海流流动的距离(厘米厘米/秒秒)。海洋。海洋学中，洋流的速度常用学中，洋流的速度常用“节节”来表示。每小时移来表示。每小时移动动1海里叫做海里叫做1节。节。l海里等于海里等于1.852千米，所以，千米，所以，1节大约等于节大约等于52厘米秒厘米秒。 流向流向: 海流的方向是指去

16、向，常用海流的方向是指去向，常用8个方位或以度个方位或以度为单位表示。例如，由西向东的流，流向为为单位表示。例如，由西向东的流，流向为900，称为东流。海流的强弱常用平均流速或平均流量称为东流。海流的强弱常用平均流速或平均流量表示。表示。海流观测海流观测 分为表层的海流观测和深层的海流观测。分为表层的海流观测和深层的海流观测。 表层的海流观测表层的海流观测:当船只航行在海洋上时当船只航行在海洋上时,船船员必须考虑海流的速度与流向来修正航行员必须考虑海流的速度与流向来修正航行方向方向,才能到达目的地才能到达目的地. 如果详细记录实际航线与预定航线的偏离如果详细记录实际航线与预定航线的偏离程度程度

17、,也可以推算表层海流的流向也可以推算表层海流的流向.海流观测海流观测 观测方式观测方式 全球表面洋流图大部分是依靠船只漂流资料所累积而全球表面洋流图大部分是依靠船只漂流资料所累积而成成 。浮标漂移测流法浮标漂移测流法定点观测海流定点观测海流走航测流走航测流在漂流瓶中设置全球定位系统(GPS),再以卫星来追踪纪录漂流瓶的流向,即可绘出海流面条图,也可算出海流的速度与方向.浮标漂移测流法 根据自由漂移物随海水流动的情况来确定根据自由漂移物随海水流动的情况来确定海水的流速、流向，主要适用于表层流的海水的流速、流向，主要适用于表层流的观测。观测。 浮子随海流运动，利用雷达定位、航空摄浮子随海流运动，利

18、用雷达定位、航空摄影、无线电定位等工具测定浮标异动情况。影、无线电定位等工具测定浮标异动情况。定点观测海流 以锚定的船只或浮标、海上平台或者特制以锚定的船只或浮标、海上平台或者特制固定架等为承载工具，悬挂海流计进行海固定架等为承载工具，悬挂海流计进行海流观测。流观测。走航测流走航测流 测流原理：测出船队海底的绝对运动速度测流原理：测出船队海底的绝对运动速度和方向或利用高精度和方向或利用高精度GPS求出船的绝对运求出船的绝对运动速度和方向，同时测出船对水的相对运动速度和方向，同时测出船对水的相对运动速度和方向，再经矢量合成得出海水对动速度和方向，再经矢量合成得出海水对海底的运动速度和方向，即可得

19、出海流的海底的运动速度和方向，即可得出海流的流速、流向流速、流向海流计简介海流计简介机械旋浆式海流仪机械旋浆式海流仪流速依据旋浆叶片受水流推动的转数确定流速，海流方向则经由后方叶板的方向加以记录。 可以永久固定在 海床上,也可经 由船只施放于不同的海域,固定后进行短期观测. 可测量不同深度的可测量不同深度的流速分布流速分布, ,也可以也可以加挂温度加挂温度, ,盐度盐度, ,压力的观测仪器压力的观测仪器, ,甚至在海面上的甚至在海面上的浮标也能设置观浮标也能设置观测大气的仪器。测大气的仪器。锚定式海流仪锚定式海流仪锚定式海流计锚定式海流计v资料浮标站资料浮标站: :可进行表层及深层海流的观测可

20、进行表层及深层海流的观测, ,经由无线电或卫星经由无线电或卫星传输传输. . 声学多普勒海流剖面仪声学多普勒海流剖面仪(ADCP)(ADCP)ADCP（Acoustic Doppler Current Profilers） 声学多普勒流速剖面仪，是二十世纪声学多普勒流速剖面仪，是二十世纪8080年代年代初发展起来的一种新型测流设备。初发展起来的一种新型测流设备。 原理：测定声波入射到海水中微颗粒后向散原理：测定声波入射到海水中微颗粒后向散射在频率上的多普勒频移，从而得到不同水射在频率上的多普勒频移，从而得到不同水层水体的运动速度。层水体的运动速度。 多普勒效应：波在波源移向观察者时频率变多普勒

21、效应：波在波源移向观察者时频率变高高, ,而在波源远离观察者时频率变低而在波源远离观察者时频率变低（难点）（难点）ADCPADCP测流优势测流优势 它利用它利用多普勒效应多普勒效应原理进行流速测量。原理进行流速测量。ADCPADCP因其因其原理的优越性，突破传统机械转动为基础的传感原理的优越性，突破传统机械转动为基础的传感流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声流速仪，用声波换能器作传感器，换能器发射声脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙脉冲波，声脉冲波通过水体中不均匀分布的泥沙颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接颗粒、浮游生物等反散射体反散射，由换能器接收信号，经测定多普勒频移

22、而测算出流速。收信号，经测定多普勒频移而测算出流速。ADCPADCP具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流具有能直接测出断面的流速剖面、具有不扰动流场、测验历时短、测速范围大等特点。目前被广场、测验历时短、测速范围大等特点。目前被广泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量泛用于海洋、河口的流场结构调查、流速和流量测验等。测验等。传统流速仪法是静态方法。流速仪是固定的。传统流速仪法是静态方法。流速仪是固定的。ADCPADCP方方法是动态方法。法是动态方法。ADCPADCP在随测量船运动过程中进行测验。在随测量船运动过程中进行测验。传统流速仪法要求测流断面垂直于河岸。传统流速仪法要求测流断面

23、垂直于河岸。ADCPADCP方法不方法不要求测流断面垂直于河岸。测船航行的轨迹可以是斜要求测流断面垂直于河岸。测船航行的轨迹可以是斜线或曲线。线或曲线。ADCPADCP所测的垂线（子断面）可以很多，每所测的垂线（子断面）可以很多，每条垂线上的测点也很多。条垂线上的测点也很多。 应用领域应用领域(1) (1) 深海海流高精度测量深海海流高精度测量(2) (2) 海深测量海深测量(3) (3) 港湾、河流、湖泊水流测量港湾、河流、湖泊水流测量(4) (4) 潜艇或水下航行体相对于海底的运动速度测量及水潜艇或水下航行体相对于海底的运动速度测量及水下定位下定位(5) (5) 潜艇或水下航行体周围海水流

24、场剖面测量潜艇或水下航行体周围海水流场剖面测量近岸异重流（density current ）现象 上下两层密度不同的流体作相对运动的现象。 上异重流：河水漫于海水表面的现象。 中异重流：河水入海后沿相同密度面运动的现象。 下异重流：潜流或水底泥流 随着世界水利史上首次人工塑造的异重流抵达黄河小浪底水库坝前，并通过两条排沙洞排出库外，黄河第三次调水调沙试验中难度最大、科技含量最高的一项工作顺利完成，它标志着水库异重流规律已被中国水文工作者掌握并运用 。水文监测显示，此次人工塑造的异重流最大厚度达12米以上，平均含沙量在每立方米100公斤以上，人工塑造异重流取得成功。黄河小浪底水库的清澈水流与裹挟泥沙的混浊水流分别从多个明流洞、排沙洞奔腾而出，白、黄两条“巨龙”再闹小浪底，成为黄河的一道亮丽景观。近底层海流的观测 离海底2m高度内的海水运动。 海底是流体的固体边界，海底底质各异（泥、砂、砾石或三种混合的海底），底形起伏不定，海流结构也就有所不同。影响海流观测误差分析 平台无运动时出现的误差1.接近海面的流动由于平台的影响而改变2.平台上的钢铁装置导致仪器上的磁罗针的偏移3.长吊缆的弹性使仪器的反应失真4.仪器无指示深度的元件，由于钢丝倾斜导致深度失真。海洋生物影响 附着植物：藻类 附着动物：藤壶、牡蛎、海葵、寄生蟹 防生物附着涂料