1、第四章 水文,第四章 海洋和陆地水,概念,水文：指在自然环境中，水的 各种现象的发生、发展及其相 互关系和规律性。水体：是指以一定形态存在于 自然地理环境中的水的总称。 如大气中的水、江河湖海的水、 冰川、地下水、生物有机体中 的水等等。,第一节 地球水循环与水量平衡,一、水分循环,水不断的蒸发、输送、凝结、降落的 往返运动过程称为水分循环。 水分循环成因： 内因水的“三态”变化； 外因太阳辐射和地心引力。 水分循环过程 3 个阶段：蒸发、降水、径流； 5 个环节：水分蒸发、水汽输送、凝结降落、水分下渗、径流；,水分循环的类型,根据水分循环的路径和规模，可分为两种：大循
2、环海陆之间的水分交换过程，也 称为海陆间循环。 小循环水仅在局部地区（海洋或陆地） 内完成的循环过程。 可分为海洋小循环和陆地小循环。水分循环对于地球水分和热量的再分配意 义重大，犹如自然地理环境的“血液循环”。,二、水循环与水量平衡 （一）水循环,全球水循环过程和数量,二、水量平衡,水量平衡：指任一区域（如一个流域）在 任一时段（如一年）内，其收入水量等于 支出水量和区域内蓄水变量之和。W W出 u W ：收入水量； W出：支出水量； u ：蓄水变量；全球水量平衡：,全球水量是平衡的，全球降水量蒸发量； 海洋蒸发量降水量；陆地蒸发量降水量； 海洋是大气水和陆地水的主要来源；海洋气 团在陆地降
3、水中起主要作用。,年平均大洋淡水平衡方程： P+R-E=0 或 P+R=E 即大洋年降水量加入海径流量等于大洋年蒸发量。,从上表可以看出： （1）海陆降水量之和等于海陆蒸发量之和，说明全球水 量保持平衡，基本上长期不变； （2）海洋蒸发量提供了海洋降水量的85和陆地降水的 89，海洋是大气水分和陆地水的主要来源； （3）陆地降水量中只有11来自陆地蒸发，说明大陆气 团对陆地降水的作用远远不及海洋气团的作用； （4）海洋蒸发量大于降水量，陆地蒸发量小于降水量， 海洋和陆地水最后通过径流达到平衡。,全球降水量与蒸发量的纬度变化,第二节 海
4、洋起源与海水的物理化学性质,一、海与洋,洋是世界大洋的中心部分和主体部分，它远离 大陆，深度大，面积广，不受大陆影响，具有 较稳定的理化性质和独立的潮汐系统以及强大 洋流系统的水域。海是靠近大陆，深度浅（一般3000m），面 积小，兼受洋、陆影响，具有不稳定的理化性 质，潮汐现象明显，并有独立海流系统的水域。,世界四大洋,海的类型,根据海被大陆孤立的程度和其地理位置及其它地理特征，可将海划分为地中海和边缘海。地中海又可划分为：陆间海和内陆海。 陆间海是介于两个以上大陆之间，并有海峡与相邻海洋相连通的水域，一般深度较大，如地中海； 内陆海是深入大陆内部，海洋状况受大陆影响显著，如黑海、红海等。
5、边缘海是位于大陆边缘的水域，一部分以大陆为界，另一部分以岛屿、半岛、群岛与大洋分开。与大洋的水交换比较自由。靠近大陆一边受大陆影响大，水文状况季节变化显著；靠大洋一边受大洋影响大，水文状况比较稳定。,海湾与海峡,海湾是海洋伸入大陆的部分，其深度和宽度向大陆方向逐渐减小的水域。海湾的特点是潮差较大。海峡是连通海洋与海洋之间狭窄的天然水道。 如台湾海峡、马六甲海峡、直布罗陀海峡等。 其水文特征是水流急，潮速大，上下层或左右两侧海水理化性质不同，流向不同。,二、海水的理化性质,海洋是地球水圈的主体，是全球水循环的 主要起点和归宿，也是各大陆外流区的岩石 风化产物最终的堆积地。,（一）海水的化学性质,
6、海水是一种成分复杂的混合溶液。海水总 体积中，96 . 5 是水， 3 . 5 是溶解于水 中的各种化学元素和其他物质。,1、海水的化学组成,海水的大量元素 氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、 硅、氟等12种，占化学元素总量约 99.9 ； 海水的微量元素 指含量极少的元素（100mgL）； 海水组成的恒定性 指上述12种主要元素之间的比例几乎不变； 海水的盐类组成 氯化物含量最高，占 88.6 ； 硫酸盐次之，占 10.8 。,2、海水的盐度（S ）和氯度（Cl ）,海水的盐度 是指 1000 g 海水中所含溶解的盐类物质的 总量，单位为 ；海水的氯度 指每千克海水中所含氯的克数。克努
7、森公式：S 0.031.805 Cl 或者 S 1.8065 Cl ,海水盐度的分布特征,绝大多数海水的盐度为33 37 ； 表层海水盐度分布：从副热带海区向高低纬递减，形成马鞍形；盐度等值线大致与纬线平行；大洋盐度高于近岸。最高是红海（ 37 ）； 最低是波罗的海（ 3 10 ）。,（二）海水的物理性质,海水的温度 世界大洋表面年平均温为17.4；温度年较差 较小（38），最低为2，最高为36，； 水平分布：从热赤道向两极逐渐降低，等温线 大致呈带状分布；北半球水温高于南半球；夏季 水温高于冬季； 垂直分布：从海面向海底呈不均匀递减，千米 深度以下递减
8、缓慢；在南北纬40之间，海水可 分为表层暖水对流层和深层冷水平流层。 海水的密度（ ） 指单位体积中的海水质量，单位为 gcm3 ；一 般为1.022 1.028，随温度、盐度、压力而变。,海水的颜色与透明度,海水的颜色指从海面及海水中发出的光的颜色。海水 颜色取决于海水的光学性质和光线的强弱，以 及海水中悬浮粒子和浮游生物的颜色。 海水的透明度以直径300mm的白色圆盘垂直投入海水中 的可见深度表示。世界上最透明的海水是大西 洋中部的马尾藻海，66.5m；我国黄海仅为1 2m，南海为20 30m。,第三节、海水的运动,海水运动的形式主要包括波浪、潮汐和洋流。,一、海洋中的波浪 （一）波浪及其
9、类型 波浪是指海水质点以其原有平衡位置为中心，在垂直方向上作周期性圆周运动的现象。 1、波浪的基本要素：波峰、波谷、波长、 波高，周期、波速、波峰线、波向线等等。,波浪的基本要素,波峰是静水面以上的波浪部分；波谷是静水面 以下波浪部分；波顶是波峰的最高点；波底是 波谷的最低点；波高是波顶与波底间的垂直距 离；波长是两相邻波顶或波底间的水平距离； 波陡是波高与半个波长之比；波浪周期是两相 邻的波顶（或波底）经过同一点所需要的时间； 波速是波形移动的速度，即波长与波浪周期之 比值。 波向线是表示波浪传播方向（浪向）的线；波 峰线是与波向线正交，并通过波峰的线。,2、波浪的类型,波浪按成因分类 风浪
10、和涌浪：由风力的直接作用而形成的波浪， 称为风浪；当风停止或波浪离开了风区时的波浪 称为涌浪；风浪属于强制波，波形和余摆线差别大，波 峰高而尖陡，波峰前后不对称，前部陡峻而后部 平缓，波谷比较宽平，波长较短，波速较慢，最 大仅 40 50 kmh ；涌浪属于自由波，波形接近余摆线，波峰圆 滑而矮，前后对称，波长较长（可达500600 m ， 甚至800 m 以上），波速较快，100 kmh ， 可以比风速大，故常利用它来预报台风或风暴。,海啸（Tsunamis）：由火山爆发、海底地震引起海底大面积 升降，以及沿海地带山崩和滑坡等造成的巨 浪，称为地震海啸。由于强烈的大气扰动（例如台风、强低 压
11、等）而引起海水异常升降产生的巨浪，称 之为风暴潮。二者产生的原因虽不相同，但它们产生的现 象和破坏力却是类似的，所以，一般将二者 统称为海啸。,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 50 km、而里氏震级 大于 6.5 的条件下才会发生。其波长为几十 至几百公里（远大于海洋的最大深度），周 期为2200分钟，最常见的是240分钟。,C为海啸波速；为重力加速度，为水深； 全球海洋的平均深度为3600m，海啸的平均 前进速度为360500kmh 。 公元 358年至今全球发生过近 5，000次 破坏性地震海啸，其中约85的地震海啸分 布在太平洋中的岛弧海沟地带。,波浪的类型之
12、2,潮波：引潮力所致； 气压波：因气压突变而产生； 船行波：船行作用产生。波浪按水深分类 深水波水深相对波长很大的波（ 水深L2 ），水质点运动轨迹为圆形，又称表面波或短波； 深水波作用的极限水深等于一个波长，该深度称为波浪作用基面或波底； 浅水波水深相对波长很小的波（水深 L2 ） ，水质点运动轨迹为椭圆形， 又称长波；浅水波与深水波比较，波速减小， 波长变短，波高增加。,连接不同水层上以匀速旋转的水分子在波峰和波谷中的 点而构成的曲线，叫余摆线。 水分子的圆形轨迹到了和 波长相等的深度就不再存在，这个深度就是波底，即波浪 能量向深处传递的极限。如下图所示：,3、近岸浪,波浪的破碎 波浪传入
13、浅水区或近岸后，海底摩擦作用使波顶运动速度大于波底，最后波峰越过波谷而发生破碎。波浪破碎主要有三种形式： 崩顶破碎、卷跃破碎、激散破碎。,波浪的折射与沿岸流,由于波浪受海底摩擦阻力影响大小不一，使波向 发生转折，最终波峰线基本与海岸线平行；当入 射波浪不垂直于海岸时，便可造成水体沿海岸流 动，形成沿岸流。波浪的绕射： 当波浪传入近岸时，如果受到沙嘴、岬角等的阻 挡时，波浪将从其旁边绕过、进入波影区，波峰 线变形，波高递减，波浪能量大为减小，故波影 区一般为比较平静的水域。,（二）潮汐与潮流,1、潮汐及其类型 潮汐指海水位周期性涨落的现象。白天称潮， 夜晚称汐，合称潮汐。 在潮汐现象中，水位上升
14、叫涨潮，水位下降 叫落潮；涨潮至最高水位为高潮，落潮至最低 水位为低潮；当潮汐达到高潮或低潮时，海面 在一段时间内保持平稳，分别称为平潮和停潮； 相邻二次高潮或低潮的时间间隔，称为潮期， 相邻高潮和低潮的水位差，叫潮差。,2、潮汐的成因,顺潮,对潮,内因：海洋水体； 外因：天体引潮力。月球引潮力是太阳的2.17倍。,3、潮汐的类型,半日潮：在一个太阴日（24小时50分）内， 有两次高潮和两次低潮，而且两相邻高潮或 低潮的潮高几乎相等，涨落潮时也几乎相等。 潮汐高度从赤道向两极递减，故又称为赤道 潮或分点潮； 全日潮：半个月内，有连续7天以上在一 个太阴日内，只有一次高潮和一次低潮，这 样的潮汐
15、称为全日潮。北部湾是世界上最典 型的全日潮海区之一。 混合潮：在一个太阴日内，也有两次高潮 和两次低潮，但潮差不等，涨潮时和落潮时 也不等。,4、潮流,指海水在天体引潮力作用下所形成的周期性 水平运动。随涨潮而产生的潮流叫涨潮流，随 落潮而产生的潮流叫落潮流。潮流分为回转流和往复流两种回转流：外海、开阔海区，受地转偏向力影响， 在北半球作顺时针回转，流速约4 5km h ；往复流：海峡、河口等，受地形影响而成。其 流速较大，可达 1822 kmh 。,（三）洋流,洋流指海水速度相对稳定、沿着一定方向有 规律的水平流动。洋流又称海流。洋流产生的主 要原因是风力和密度差异。1、洋流的类型 按水温分
16、类 暖流如果洋流带来的海水温度比到达海区的 水温高，就称为暖流。由低纬流向高纬的洋流属 于暖流。暖流在洋流图中多用红箭头表示。 寒流如果洋流带来的海水温度比到达海区的 水温低，就叫寒流。由高纬流向低纬的洋流属于 寒流。寒流在洋流图中一般用蓝箭头表示。,按成因分类,风海流：海水在风的摩擦力作用下形成的水平 运动。又称漂流或吹流。风力作用于海面，同时 产生波浪运动和使海水向前运动的洋流。,厄克曼（Ekman） 螺旋。风海流水体 输送方向与风向成 90夹角。在北半 球偏风向的右侧， 而在南半球则偏风 向的左侧。,风海流会造成岸边的升降流,南半球南美沿岸的升降流,密度流,是由于海水密度差异而引起的海流
17、。海水密度 分布不均匀而使海区形成了压力梯度，海水从高压 区向低压区流动，所以又称梯度流。,直布罗陀的表层流与深层流,直布罗陀海峡,Strait of Gibraltar,补偿流,是由于某种原因使海水从一个海区流出，而使 另一部分海水流入进行补充。补偿流可以是水平流 动，也可以是垂直流（上升流和下降流）。,沃克环流,2、世界洋流分布,世界洋流结构特点 反气旋型大洋环流：以南北回归线高压带为 中心；在北半球顺时针流动，南半球则逆时针 流动； 气旋型大洋环流：以北半球中高纬海上低压 为中心，在南半球中高纬则为西风漂流（由于 受南极冰盖影响，具寒流性质）； 绕极环流：南极周围，受极地东风作用，洋 流
18、自东向西流； 季风漂流：北印度洋受季风影响，季节变化 明显，冬季逆时针流动，夏季顺时针流动。,世界主要洋流系统,反气旋型大洋环流 在信风（NE、SE）作 用下，由东向西流（北赤道流、南赤道流）， 遇到大陆后，分为两支：一支向赤道形成赤道 逆流，另一支向高纬流到纬度 40 50形 成西风漂流。 气旋型大洋环流：分布在 45 N 70N， 当西风漂流遇到大陆后，又分为两支，向高纬 一支（即阿留申暖流）在极地东风作用下沿西 海岸南流，最终汇入西风漂流。 南极绕极环流： 北印度洋季风漂流：冬季，东北季风漂流； 夏季，西南季风漂流。,湾流,湾流是世界上最强大的一支暖流，占据了北 大西洋 3
19、0N以上表面积的78；从佛罗里 达海峡流出的水量为900亿m3h，相当于大 陆总径流量的20余倍；它源源不断地把热量 输向西北欧，使得 55N70N 之间大洋 东岸的最冷月平均气温比大洋西岸高出16 20之多；在西岸拉布拉多半岛和加拿大 群岛是苔原带，而同纬度的大洋东岸却是针 叶林和针阔混交林带，在北极圈内出现了不 冻港（如俄罗斯的摩尔曼斯克）。,湾流卫星图,黑潮,黑潮是仅次于湾流的世界第二大暖流，沿着北太 平洋西部边缘向北流动。黑潮因水质清澈深厚而 呈蓝黑色，它具有高温、高盐的特征，起源于菲 律宾东南，是北赤道流的一个向北分支的延伸。 主流沿巴士海峡东侧北上，经台湾东岸进入东海 向东北流，至
20、奄美大岛以西折向东流离开东海返 回太平洋，并沿日本南岸东流、逐渐扩散。 黑潮流量约3000万m3S，平均宽度150km，厚 度约1000m；夏季水温2730，冬季20。 舟山渔场和日本东部渔场与黑潮密切相关。,舟山渔港,洋流与渔场,三、海洋资源开发与环保,1、海洋资源开发化学资源；能源；矿产资源；动力资源；生物资源；2、海洋荒漠化与环保海洋倾废，石油污染；3、蓝色农业海洋农牧业。,结束,海水的化学成分,盐田，山东,海盐，山东,海水盐度与降水量、蒸发量,表层海水盐度分布,波罗的海 世界最淡的海,红海 世界最大、最咸的海,夏季海洋水温分布,冬季海洋水温分布,海水的压力，2642m深,海水深度每增加
21、10米，压力则增大一个大气压。,蓝黑色（黑潮的颜色）,蓝色1,蓝色,蓝色2,蓝色,爱琴海,蓝色透明度高,蔚蓝色1,蔚蓝色,古巴,蔚蓝色2,蔚蓝色,三亚,绿色1,绿色,绿色2,绿色,葡萄牙,绿色3,绿色,绿色蓝绿色,泰国,绿色蓝色,红海,灰黑色1,灰黑色,粤东,灰黑色2,灰黑色,恒河三角洲 孟加拉湾,赤潮，舟山群岛,风浪与涌浪,风浪,地震引发的海啸,地震海啸巨浪可高 达 1050m，甚至 上百米。,印度洋大海啸20041226,印度洋大海啸示意图,震央与板块,印澳板块,亚欧板块,震央,赤道,斯里兰卡海啸前的平静,斯里兰卡海啸前的平静,2004.12.26.,海啸前的异常退潮,海啸前的异常退潮,海
22、啸猛扑而来,海啸猛扑而来,海啸猛冲上岸,海啸猛冲上岸,海啸巨浪,海啸巨浪,海啸041226,海啸,海啸2,海啸,海啸3,海啸,海啸4,海啸,一家人，瑞士,印尼海啸前,印 尼 海 啸 前,印尼海啸后,印 尼 海 啸 后,泰国海啸前1,泰国海啸前,泰国海啸后1,泰国海啸后,泰国海啸前2,泰国海啸前,泰国海啸后2,泰国海啸后,海啸6,世纪劫难,海啸7,泽国千里,海啸8,泰国军舰搁浅,海啸9,22.7万人遇难,海啸10,22.7万人遇难,劫后余生,劫后余生,劫后海底地形,断裂带长1200km， 垂直错动约18.3m， 震级9级，释放的能 量相当于12000颗广 岛型原子弹约2 亿吨的TNT当量。,海啸
23、预警系统,风暴浪,船行波,泰国布吉,加勒比海,航空母舰1,航母巨浪,航空母舰2,航母巨浪,深水波与浅水波,崩顶破碎（spill）,波陡较大的波浪，海底坡度平缓，消能缓慢，白头浪,崩顶,卷跃破碎（plung）,波陡中等的波浪，海底坡度中等，消能中速,卷跃,冲浪,滑浪风帆,激散破碎（surging）,波陡较小的波浪，海底坡度较大，消能较快，拍岸浪,激散,拍岸浪,波浪折射,岬角波能辐聚导致侵蚀，海湾波能辐散引起堆积,折射,塞班情人岛,沿岸流,泥沙流搬运,海岸裂流,海岸裂流照片,中国东部的潮汐与潮流,涌潮（怒潮）,涌潮（怒潮）,涌潮（怒潮）1,涌潮（怒潮）,涌潮（怒潮）2,涌潮（怒潮）,涌潮（怒潮）3
24、,涌潮（怒潮）,世界洋流分布,西 风 漂 流,绕 极 环 流,反气旋型环流,反气旋型环流,气旋型环流,季风漂流,南赤道流,北赤道流,赤道逆流,西风漂流,主要洋流,化学资源,盐田，台湾,渤海,东海,南海,多金属结壳矿,“海洋4号”拍摄，水深2000m,锰结核试开采,汕尾05在建的波能电站1,汕尾2005年建设的波能电站,汕尾05在建的波能电站2,汕尾2005年建设的波能电站,动物资源,植物资源,油轮事故案例,“威望号” 10万吨级油轮 在西班牙西北海域断裂沉没 2002.11.,倾侧,断裂,沉没,海面油污,油污蔓延,海岸油污,海鸟油污,海鸟遭殃,海豚惨死,海滩油污清理,海岸油污清理,微型潜艇下海调查,燃油在海底凝固,珊瑚白化,大堡礁,赤潮生物,赤潮，舟山群岛,赤潮，东海,赤潮，香港,海带养殖,网箱养殖,牡蛎养殖,珠海横琴岛,高密度对虾养殖,高密度对虾养殖,粤东,“雪龙号”破冰科考船远征南极,大洋一号首次环球科考，2005,大洋一号作业示意图,海洋四号远洋科考船,施放电缆浮球,海洋取样,锰结核研究,广州番禺油轮大火2002,救火,海事巡逻船,海事巡逻船,海上救助,
