《海流基本方程》PPT课件

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1、1海流概述海水微团受力地转流风海流上升流和下降流大洋环流2概述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。3概述海流分类按成因可分为风海流、地转流和补偿流等。按热力特征分为暖流和寒流。按发生区域：赤道流，沿岸流，东西边界流，极地流。4海流的研究方法前提：连续介质假设，即真实流体所占有的空间，可近似地看成是由“流体质点”连续地无空隙地充满着。所谓流体质点指的是微观上充分大，宏观上充分小的分子团拉格朗日方法：着眼于流体质点，研究每个流体质点自始至终的运动过程，即它们的位置随时间变化的

2、过程欧拉方法：着眼于空间上的点，研究不同空间点的运动状态随时间变化的规律，可描述场5概述海流的表示方法海流是矢量。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m/s或Kn。1纬距＝111.1km=60海里1节（Kn）＝1海里／小时＝1.85233km/小时6海水微团受力作用在海水微团上的力可归结为两类主动力：引起海水运动的力如重力、压强梯度力、风应力和引潮力等被动力：海水运动派生出的

3、力如科氏力（CoriolisForce科氏力）、摩擦力等7海水微团受力重力地心引力和地球自转所产生的惯性离心力的合力。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φ和海洋深度z的函数，但在海洋学中一般将其视为常量。与重力处处垂直的面称为等位势面，静止状态下的海平面就是一个等势面。相距dz(m)的两个等势面之间的位势差dΦ，定义为将单位质量海水从一个等势面逆重力方向移动至另一个等势面时重力所作的功，即dΦ=gdz，单位为位势米(gpm)，1(gpm)=1/9.8g(m)。可见在数值上1位势米近似等于1几何米。通常以静止状态下的海平面为0位势面，海面以下的位势面与其位势差称

4、为位势深度；海面以上的位势面与其位势差则称为位势高度。8海水微团受力压力相等的所构成的面称为等压面。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）。海水静力方程为：dp=-ρgdzρ是海水密度，p为海水压强，垂直坐标轴z向上为正。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。压强梯度力9斜压场正压场等势面等压面ggGGFz5z1z2z3z4p0p1p2p3p410其在直角坐标系中的三个分量为：垂直压强

5、梯度力（即压强梯度力的垂直分量Gz）必然与重力平衡；水平压强梯度力（即压强梯度力的水平分量Gx和Gy）则使海水沿其方向产生水平运动，除非有其它改变海水运动方向的力。海水微团受力压强梯度力是单位质量海水所受压力的合力，其方向与压强梯度相反；其大小等于压强梯度值除以海水密度，单位（N/kg），即压强梯度力11p-yxz海水微团受力zDyDxDxxppD¶¶+考虑具有体积△x△y△z的流体微元，作用于A面上的压力等于作用B面上的压力等于在A面和B面上的压力差为作用于单位质量上的压强梯度力在X方向分量等于设△X→0可得到单位质量压强梯度力X方向分量为AB12向心加速度示意图V1rV1V2

6、D

7、V

8、=

9、V

10、DqDV因为

11、V

12、=wr，dq/dt=wDt→0时DV指向圆心故单位质量物理所受惯性离心力Fcf=w2rωΔθ科氏力海水微团受力13xR0zy地球任意纬度的惯性离心力Fcf=W2RWa对于单位质量的静止物体θ科氏力海水微团受力14t1t3t2t1t3t2其旋转角速度应为W+u/R对于向东运动的单位质量海水微团则在旋转地球上该微团受到的惯性离心力Fcf=(W+u/R)2RFcf=W2R+2(Wu/R)R+(u/R)2R运动静止忽略科氏力Fcω科氏力海水微团受力152Wucosq2WuR/R2Wusinqqxyz科氏力Fc=2(Wu/R)R(Fc)y=-2Wusinq向南(F

13、c)z=2Wucosq<