1、第十一章 海温、海浪、海流和海冰,1.海温2.海浪3.海流4.海冰5.船舶气象定线,海水温度 (Sea-water Temperature),海温：海水的温度，简称海温，是表征海水冷热程度的物理量。海表温度一般指海表面到0.5米水深的平均温度。影响水温变化的因子是比较复杂的，如太阳辐射，海面蒸发，海气热交换，海洋热平衡和大陆径流等。海水温度的变化对天气和气候有着极其重要的影响。影响海水温度分布的主要因子：太阳辐射随纬度的不均匀，冷暖海流和海陆分布等。,大洋海水温度的水平分布特征,1. 海温水平分布与气温分布一致，在赤道附近是高温，随着纬度增加海温下降。2. 在北半球，大洋西部的等温线密集，东部
2、的等温线稀疏。这主要是冷暖海流交汇处温度梯度大， 形成一个等温线密集带，称为“海洋锋”。3. 南半球等温线分布比北半球规则，大致与纬圈平行，而北半球的等温线分布比较复杂。4. 北半球的表层水温较高，而南半球的较低。主要是北半球的海陆分布阻碍了北冰洋的冷水大量流入。 5. 夏季水温高于冬季，而冬季水温分布的经向梯度比夏季大得多。,世界大洋海水温度的水平分布,中国近海水温分布,年平均水温： 渤海为11 ；黄海为14-19 ；东海为20-24 ；南海北部25-27 ；南部为28。 冬季：表层水温,渤海0左右，黄海0-10，东海8-20，南海16-26。南北温差较大，近海水温低于外海，。夏季：表层水温
3、,渤海25-27，黄海25-27，东海28 ，南海28-29。水温分布趋于均匀，南北温差小，近海水温高于外海，。,中国近海水温分布,海水温度的日年变化,1. 日变化：大洋表层水温的日变化甚小，一般为0.4左右，在平静无风的天气条件下可达1。最高出现在14-15时，最低出现在早晨6时。日较差: 低纬大于高纬，夏季大于冬季。2. 年变化：大洋表层水温的年变化一般比气温滞后1-2个月,北半球最高在8-9月，最低在2-3月。年较差: 低纬小于中高纬。,海温的异常现象,厄尔尼诺（El Nino）是指赤道太平洋东部和中部海域大范围海水出现异常增温的现象。可造成全球天气异常。厄尔尼诺可能是海洋和大气之间不稳
4、定的相互作用引起的。拉尼娜（Lanina）是指赤道附近东太平洋水温反常变化的一种现象。拉尼娜现象与厄尔尼诺现象正好相反。他们都可成为预报全球气候异常的最强信号,海浪 (Sea Wave),海浪与海流都是海水运动的重要形式，对船舶航行有很大的影响。大风浪造成航速下降，舵效降低，甚至停止不前；在狂涛巨浪中还会出现“中垂”或“中拱”使船舶结构变形，严重时造成船体断裂。海流不仅对航海有不可忽视的影响，而且对天气和气候也有显著的影响。,波浪的分类（按成因分类）,风浪：由风直接作用而引起的水面波动称为风浪。涌浪：风浪离开风区传至远处或者风区中风停息后所留下来的波浪，称为涌浪。近岸浪：风浪或涌浪传至浅水或近
5、岸区后，因受地形影响将发生一系列变化，称近岸浪。风暴潮：由于气象原因，如台风，强风暴等引起的海面异常升高现象称风暴潮，亦称风暴海啸。海啸：由于海底或海岸附近发生的地震或火山爆发所形成的波动。亦称海啸。潮汐波：由于天体引潮力作用所产生的波动。内波：不同密度的水层界面处而产生的波动。,深水波和浅水波,深水波：波长远小于海深的波（ ） 波速与波长和周期有关，与水深无关。浅水波：波长远大于海深的波（ ）波速取决水深，与与波长和周期无关,水质点的运动与波形传播的关系理论上证明：深水波中海面上水质点运动的轨迹是以波高为直径的圆，在海面以下其直径以指数形式迅速减小。浅水波中水质点运动的轨迹为椭圆。,群 波海
6、洋中的波浪常以“群”的形式出现，通常称为群波(Group of Waves)。设两列波向、振幅相同，波长和周期稍有差别的正弦波相互叠加，叠加以后的合成波形如下图。,驻 波由两列波向相反的正弦波叠加，可以得到一种波形不向前传播的波，波面只在原地振动，称为驻波（standing wave）。海滨峭壁处常出现驻波，台风眼区的“金字塔浪”就是驻波。波腹处的水质点只作垂直运动，波节处的水质点只做水平运动。,波高的测算,1. 平均波高：Hp=（H1+H2+H3+Hn）/n 其中n为观测到的波的总个数，H1，H2，.Hn为各实测波的波高。2. 合成波高：H = HW2 + HS2 3. 部分大波的平均波高：
7、将观测到的波高按大小排列起来，取最高的一部分波的波高计算平均值，称为部分大波的平均波高。一般计算H1/100，H1/10，H1/3，它们的意义是，若观测1000个波，则分别代表其中最高的10，100，333个波的平均波高（有效波高）。H1/3：称为有效波高。是波浪预报的一个重要指标。,流波效应和海气温差对波浪的影响,流波效应: 波浪与海流成一定角度时，海流会影响波浪的波高、波速和传播方向等。当波浪与海流相向或接近于相向时，波高会增大2030%（流速为23kn，风速为1015m/s）。如黑潮流域上冬季风形成的波浪常增大。海气温差: 在风速相等的情况下，气温低于海温时的波高比海气温度相等时的大。据
8、统计，气温比海温每低1 ，波高增大约5%。如气温比海温每低10 ，波高增大约50%。在冬季西北太平洋中高纬海域，强盛的锋面气旋，气温低于海温，加之流波效应，有时出现比预料高2-3倍的异常大浪，是海事多发的海域，有“魔鬼海域”之称。,波浪分析图,图中粗实线表示等波高线，单位为米。从2m开始，两相邻等波高线间隔为1m。图中还绘出主波向（几列波并存时波高最大者的传播方向）、乱波区和海上观测船点的水文气象要素实况，其中包括风向、风速、风浪向、风浪高、风浪周期、涌浪向、涌浪高和涌浪周期等。.此外图中还标绘出同一时刻的高、低气压、热带气旋中心位置、强度及锋线位置等。绘制等波高线所依据的数据是风浪高（HW）
9、与涌浪高（HS）两者的合成波高（HE）：式中：HW和HS为海上观测船分别目测得到的平均显著波高。,波浪分析图,波浪预报图,日本东京JMH台发布的西北太平洋24h波浪预报图。其中绘有等波高线（单位为米）、主波向及主波的波高和周期。此外，还标绘出H、L、TD的中心位置、强度以及锋线位置等。在波浪预报图中，等波高线的数值为有效波高（H1/3）。它是基于波谱分析等海洋学理论经复杂计算得出的。我国国家海洋局也通过广播传真和电视每天发布我国海域及外海的24h波浪预报。波浪预报十分困难，目前世界各国发布的波浪预报时效一般不超过3648h，最长72h。,海流（Ocean Current）,海流:是指海洋中的海
10、水具有相对稳定速度的流动，它是海水运动的形式之一。流向: 海流的方向是指去向，常用8个方位或以度为单位表示。例如，由西向东的流，流向为900，称为东流。海流的主轴是指海流流动方向上流速最大点的连线。海流的规模常用流幅来表示，流幅是指垂于主轴的水平宽度和上下厚度。海流的强弱常用平均流速或平均流量表示。流速: 流速的单位常用Kn（节）和n mile/d（海里/日）表示。,按海流的成因分类,1. 风海流：包括风生流和漂流，是由风对海水的牵引作用而产生的海流。风生流是短暂风力引起的暂时性的海流，其流速和流向随风向，风速而变化。漂流是由信风或盛行风的长期作用而引起的海流，流向和流速比较稳定，又叫定海流。
11、2. 密度流：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，产生由红海流向印度洋的海流。3. 补偿流：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。4. 潮流：由于天体引潮力引起的海水周期性水平运动。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，外海多风海流和梯度流。,风海流,海流的成因主要是盛行风带、地转偏向力、和海陆地形分布等因子共同作用的结果。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所引起的流向、流速常年都比较稳定的风海流称为定海流，或
12、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。,表层风海流的方向和大小,表层风海流方向：在无限深海中，由于地转偏向力作用，表层风海流的流向在北半球偏于风去向之右约45，在北南球偏于风去向之左约45。 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（北半球），流速随深度增加逐渐减小。（见图）,地转流及其他类型海流,倾斜流：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。 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。 密度流：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
13、等压面高，密度小左侧等压面低，密度大。补偿流：某处海水流失，其它地方的海水流过来补充，称为补偿流。潮流：潮波运动中水质点沿水平方向的周期运动。航海学中讲述。,按海流的物理属性(温度)分类,水团：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。 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。 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。 中性流：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。,世界大洋表层海流模式,1.信风流和赤道逆流： 在赤道区有一支从东向西的
14、海流，即 北赤道海流（NEC）和南赤道海流(SEC)，南北赤道海流之间有一支从西向东的赤道逆流。2. 西边界流和西风漂流：在西风带中，海流基本上自西向东流，西边界流大多来自热带洋面，水温高，流速大，是较强的暖流。在南半球三大洋的西风海流彼此沟通，形成一个连续的水环。又称西风漂流。,世界大洋表层海流模式,3. 东边界流：西风漂流在大洋东岸流向低纬的海流。东边界流流动缓慢，幅度宽广具有寒流性质。4.大洋两岸的海流在强度上不对称，大洋西边界的海流比东边界的海流窄而强。如墨西哥湾流和黑潮均为强海流。,Distribution of Current in the world Ocean,海流实况图,海流
15、一般变化缓慢，比较稳定，因此传真海流图的时间间隔比天气图要长的多。常见的有旬和月两种海流图，其中又有海流实况图和海流预报图之分。海流实况图是根据上个旬（或上个月）的海流实测资料绘出的图。下图为东京JMH台发布的1989年7月中旬的表层海流图。图中箭矢表示流向，不同形式的箭杆表示不同流速。图中还标出黑潮与亲潮的主轴位置、水平范围和流速分布,海流预报图,下图为东京JMH台发布的1990年4月上旬北太平洋表层海流预报传真图。图中粗矢线和其中数字表示主轴的推算位置和流速(kn)，细实线为该旬表层海水等平均温度线，单位为摄氏度。海流传真图比根据多年海流资料绘出的旬、月海流气候图更接近实际情况，对航海有更
16、高的参考价值。例如，远洋航行的船舶可以利用近期的海流传真图精细地调整航线，顺流时尽量将航线选在主轴位置附近，逆流时则尽量避开主轴位置，或从两个主轴之间逆流速度相对较小的区域通过。,中国近海主要海流分布概况,东海、黄海和渤海的表层环流由外海流系和沿岸流系组成。前者为高温高盐的黑潮及其分支台湾暖流、对马暖流和黄海暖流；后者为低盐性质的江河入海径流和盛行季风引起的风海流。南海的海流主要由南海暖流和南海北部沿岸流组成。影响我国近海的著名暖流是黑潮，黑潮是整个中国海环流的主干。台湾暖流表层流向受风影响大，夏强冬弱，流速往北逐渐减弱；对马暖流流幅、流速和流量夏强冬弱；黄海暖流基本呈冬强夏弱，它是黄渤海区环
17、流的主干。 南海的海流具有季风漂流的特性，冬季为逆时针方向的环流，夏季由西南向东北流动；其季风转换月份为4月和10月。渤海海峡在稳定情况下，终年有北进南出海流，流速夏弱冬强,海 冰（Sea Ice）,海冰: 广义的海冰是指海洋中各种冰的总称，它包括海水本身结冰和由大陆冰川，江河流入海洋中的陆源冰。海冰能破坏港口设施，造成港口封冻，航道阻塞。流冰，特别是冰山严重威胁船舶的航行安全。冰源：1. 由海水直接冻结而成的冰，称咸水冰。2. 从陆地流入海洋的冰，称淡水冰。江河的流冰和大陆冰川的崩裂。影响海冰形成的主要因子：1. 长期冰点下的温度。 2. 海水的表层盐度。 3. 垂直盐度的分布。 4. 海水
18、的深度 。,海冰的分类,1. 初生冰：由松散冰晶最初形成的冰。包括冰针，油脂状冰，粘冰和海绵状冰。2. 尼罗冰：由初生冰继续增长，结成厚度为10厘米以内的薄冰层。3. 饼状冰：直径为30-300厘米的，厚度为10厘米以内的圆形冰盘。4. 初期冰：由尼罗冰或莲叶冰和冰块冻结在一起形成厚度为10-30来厘米的冰层。5. 一年冰：由初期冰发展而成，时间不超过一个冬季的冰。厚度在30-300厘米。6. 老年冰：至少经过一个夏季而未融尽的冰。厚度大于300厘米 。,冰山的形成和分类,形成：极地地区不断降雪，在重力作用下低温凝固变成冰，形成了两极的冰帽（Ice Cape），厚度达几千米。冰在高压下向四周流
19、动称为冰川，移动速度约为30m/天，当巨大的冰川流到海洋沿岸断裂成巨大的冰块，并随海流和风漂流称为冰山(Icederg)。分类： 碎冰山：冰川分离出来的碎冰块（高5米，长小于15米）；小冰山（高6-15米，长16-60米）；中冰山（高16-45米，长61-122米）；大冰山（高46-75米，长123-213米）；特大冰山（高大于75米， 长大于213米）。,冰山和浮冰的漂移规律,影响海冰漂流的主要因素是风和海流 1.在无风海域: 冰山和浮冰随流漂移，其漂移的速度和方向与海流一致。 2.在无流海域: 冰山和浮冰随风漂移，其漂移的方向在北半球偏离风的去向之右约28，在南半球偏离风的去向之左约28，
20、漂移速度大约为风速的1/50。冰山的水上部分与水下部分比较 冰山冰的比重约为0.9，冰山体积的水上部分只占冰山整个体积的1/10。冰山露出海面的高度为总高度的1/71/5。,船体积冰,冬季高纬度航行，当气温很低，海上风浪较强时，波浪飞沫在空气中变成过冷水滴，一碰到船体时便发生冻结，形成船体积冰（又称重冰集结或甲板冰）。船体积冰主要发生在船体、甲板、上层建筑或天线上。它可折断天线，阻隔通信，使雷达失效，严重时能使船舶重心上升或偏移，稳性破坏，使船舶失去平衡而发生突然倾覆。冬季在黑海、亚得利亚海里的“布拉风”既典型的代表。船舶在发生船体积冰的海域航行时，应经常改变航向或航速。积冰严重时，应将船舶驶
21、往开阔海域或较暖海域。,冰况图,冰况图是根据卫星及其他观测资料绘制的。目前，发布海冰图的传真广播台有日本东京、瑞典斯德哥尔摩、德国奎克博恩、英国布拉克内尔和加拿大哈利法克斯等。多数广播台只限于在冬季指定的星期发送海冰状况图。图中不仅简单的表示冰量，而且还表示出冰块的位置和可能通行的航道。图14.3为东京JMH台发布的1990年5月16日西北太平洋冰况图。由图上方的图例可知不同海域海冰的聚集状况，图的左方还有英文、日文的冰况分析与展望。此外，图中还绘出表层温等水线，间隔为1oC。,不久前，一些国家已开始发布传真冰况预报图。不同国家发布的冰况图形式和风格都有所不同，使用时须阅读有关图例和说明。,船舶气象定线(Optimum Ships Weather Routeing),船舶气象定线（气象导航）:根据较准确的短、中期和有效的长期天气和海洋预报，结合船舶性能、装载特点、技术条件、航行任务等，为横渡大洋的船舶选择的最佳航线。气象导航可以使横渡大洋的船舶提高安全性、缩短航时、节省燃料、减少船损和货损，目前以得到广泛应用。详细内容在专题选修课“海洋船舶气象定线”中讲述。,
