第五章 海洋环流.ppt

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1、第五章海洋环流§5.1海流的成因及表示方法一、定义及分类二、研究方法三、海流的方向和单位一、定义及分类1.海流：海水大规模相对稳定的流动。海洋环流：一般是指海域中的海流形成首尾相接的相对独立的环流系统或流旋。2.分类按成因分：密度流，风海流，补偿流按受力分：地转流、惯性流；按发生区域：赤道流，陆架流，东西边界流等；按运动方向：上升流，下降流；按海流温度与周围海水温度差异分：寒流，暖流等二、研究方法１、拉格朗日方法，对同一质点在不同时间的观测２、欧拉方法，对不同质点在同一时间的观测三、海流的方向和单位１、海流流速单位：ｍ／ｓ（SI单位制）２、海流流向

2、：指海水流去的方向，正北为０度。“风来流去”绘制海流图时常用箭矢符号，矢量长度表示流速大小，箭头方向表示流向。３、1纬距＝111.1km=60海里1节＝1海里／小时＝1.85233km/小时§5.2海流运动方程一、运动方程二、受力分析三、连续方程四、边界条件一、运动方程所谓海水运动方程，实际就是牛二运动定律在海洋中的具体应用。单位质量海水的运动方程可以写成在直角坐标系中，它的三个分量方程为只要给出这些力，应用式（5-2）便可了解海水的运动状况。二、受力分析作用在海水上的力有多种，归结起来可分为两大类：引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，引潮

3、力。海水运动后派生的力：地转偏向力（CoriolisForce,亦称为科氏力），摩擦力。二、受力分析１、重力：地心引力与地球自转产生的惯性离心力的合力。习惯上将单位质量物体所受重力称为重力加速度，以g表示，它是地理纬度与从海平面向下算起深度的函数。其表达式为海面上赤道到极地差为0.052m/平方米，在中纬度，海面与10km深处的差为0.031m/平方米。因此，在海洋研究中，一般视其为常数9.8m/平方米。二、受力分析海平面：对于静态的海洋，重力处处与海面垂直，此时的海面称为海平面。处处与重力垂直的面也称为水平面。重力位势：从一水平面逆重力方向移动物

4、体到另一高度所做功。等势面：位势相等的面叫等势面。静态海洋的表面是一个等势面。用位势米表示位势差：二、受力分析２、压强梯度力、海洋压力场等压面：海洋中压力处处相等的面。海面为海压为０的等压面。(以往称为一个大气压，平均为1013.25hPa)。在右手直角坐标系中，坐标原点取在海面，z轴向上为正，那么海面以下-z深度上的压力则为式中ρ为海水密度。写成微分形式则有此方程称为流体静力学方程。二、受力分析正压场：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。这种压力场

5、称为正压场。压强梯度力：根据牛顿运动定律，当海水静止时，水质点所受到的合力必然为零。但海水却总是处在重力的作用之下，且指向下方。由此可以推断，一定还存在一个与重力方向相反的，与重力量值相等的力与其平衡。由式(5-6)知，该力为二、受力分析它与等压面垂直，且指向压力减小的方向。图5—1a表示了正压场中压强梯度力与重力平衡的情况。当海水密度不为常数，此时等压面相对于等势面将会发生倾斜，这种压力场称为斜压场。如图5—1b所示。二、受力分析二、受力分析斜压场中压强梯度力一般表达式：写成分量形式，即压强梯度力在x，y，z三个方向上的分量分别为内压场，外压场，

6、总压场。二、受力分析由式(5—6)知，两等压面之间的铅直距离为与海水密度成反比。当海水密度在水平方向上存在明显差异时，必然导致两等压面之间的距离不等，使其相对于等势面而发生倾斜。这种由海洋中密度差异所形成的斜压状态，称为内压场。二、受力分析外压场：外部原因（风、降水、江河径流）引起海面倾斜产生的压力场。总压场：外压场自海面到海底叠加在内压场之上，一起称为总压场。单位换算：在SI单位制中，利用公式dp=-pgdz计算压力的单位是牛顿每平方米(N/m2)，相当于100hPa。若以百帕为单位，则有联合式（5-10）与式（5-4），则有二、受力分析３、地转

7、偏向力（科氏力）研究地球上海水或者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。人们把参考坐标取在固定的地表，由于地球不停地在以平均角速度绕轴线自西向东自转，参考坐标系也在不断地旋转，因此它是一个非惯性系统。在研究海水运动时，必须引进由于地球自转所产生的惯性力，方能直接应用牛顿运动定律作为工具，从而阐明其运动规律。这个力即称为地转偏向力或称科氏力。二、受力分析定性说明地转效应：1、沿经圈运动（从赤道向高纬运动，轨道向东偏移；从高纬向赤道运动，轨道向西偏移）。2、沿纬圈运动（向东运动，轨道向赤道偏移；向西运动，轨道向极偏移）。二、受力分析

8、实际上由于地球自转所产生的惯性力是三维的。取x－y平面在海面上，x轴指向东为正，y轴指向北为正，z轴向上为正，科氏力的三个