海洋科學(xué)導(dǎo)論課后習(xí)題答案

海洋科學(xué)導(dǎo)論復(fù)習(xí)題

第一章緒論

2.海洋科學(xué)的研究對(duì)象和特點(diǎn)是什么？

海洋科學(xué)研究的對(duì)象是世界海洋及與之密切相關(guān)聯(lián)的大氣圈、巖石圈、生物圈。

它們至少有如下的明顯特點(diǎn)。首先是特殊性與復(fù)雜性。

其次，作為一個(gè)物理系統(tǒng)，海洋中水一汽一冰三態(tài)的轉(zhuǎn)化無時(shí)無刻不在進(jìn)行，這也是

在其它星球上所未發(fā)現(xiàn)的。

第三，海洋作為一個(gè)自然系統(tǒng)，具有多層次耦合的特點(diǎn)。

3.海洋科學(xué)研究有哪些特點(diǎn)？

海洋科學(xué)研究也有其顯著的特點(diǎn)。首先，它明顯地依賴于直接的觀測。

其次是信息論、控制論、系統(tǒng)論等方法在海洋科學(xué)研究中越來越顯示其作用。

第三，學(xué)科分支細(xì)化與相互交叉、滲透并重，而綜合與整體化研究的趨勢日趨明顯。

5.中國海洋科學(xué)發(fā)展的前景如何？

新中國建立后不到1年，1950年8月就在青島設(shè)立了中國科學(xué)院海洋生物研究室，1959

年擴(kuò)建為海洋研究所。1952年廈門大學(xué)海洋系理化部北遷青島，與山東大學(xué)海洋研究所合并

成立了山東大學(xué)海洋系。1959年在青島建立山東海洋學(xué)院，1988年更名為青島海洋大學(xué)。1964

年建立了國家海洋局。此后，特別是80年代以來，又陸續(xù)建立了一大批海洋科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，

分別隸屬于中國科學(xué)院、教育部、海洋局等，業(yè)已形成了強(qiáng)有力的科研技術(shù)隊(duì)伍。目前國內(nèi)主

要研究方向有海洋科學(xué)基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究，海洋資源調(diào)查、勘探和開發(fā)技術(shù)研究，海洋儀器

設(shè)備研制和技術(shù)開發(fā)研究，海洋工程技術(shù)研究，海洋環(huán)境科學(xué)研究與服務(wù)，海水養(yǎng)殖與漁業(yè)研

究等等。在物理海洋學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)、海洋生物學(xué)、海洋化學(xué)、海洋工程、海洋環(huán)境保護(hù)及預(yù)

報(bào)、海洋調(diào)查、海洋遙感與衛(wèi)星海洋學(xué)等方面，都取得了巨大的進(jìn)步，不僅縮短了與發(fā)達(dá)國家

的差距，而且在某些方面已躋身于世界先進(jìn)之列。

第二章地球系統(tǒng)與海底科學(xué)

3.說明全球海陸分布特點(diǎn)以及海洋的劃分。

地表海陸分布：地球表面總面積約5.分屬于陸地和海洋。

地球上的海洋是相互連通的，構(gòu)成統(tǒng)一的世界大洋；而陸地是相互分離的，故沒有統(tǒng)一的世界

大陸。在地球表面，是海洋包圍、分割所有的陸地，而不是陸地分割海洋。

地表海陸分布極不均衡。

必須說明，即使在陸半球，海洋面積仍然大于陸地面積。陸半球的特點(diǎn)，不在于它的陸地面積

大于海洋（沒有一個(gè)半球是這樣），而在于它的陸地面積超過任何一個(gè)半球；水半球的特點(diǎn)，也

不在于它的海洋面積大于陸地（任何一個(gè)半球都是如此），而在于它的海洋面積比任何一個(gè)半球

都大。

地球表面是崎嶇不平的，我們可以用海陸起伏曲線表示陸地各高度帶和海洋各深度帶在地表的

分布面積和所占比例。

海洋的劃分

地球上互相連通的廣闊水域構(gòu)成統(tǒng)一的世界海洋。

根據(jù)海洋要素特點(diǎn)及形態(tài)特征，可將其分為主要部分和附屬部分。

主要部分為洋，附屬部分為海、海灣和海峽。

洋或稱大洋，是海洋的主體部分，一般遠(yuǎn)離大陸，面積廣闊，深度大；世界大洋通常被分為四

大部分，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。

海是海洋的邊緣部分，據(jù)國際水道測量局的材料，全世界共有54個(gè)海，其面積只占世界海洋

總面積的9.7%。海的深度較淺，平均深度-?般在2000m以內(nèi)。

按照海所處的位置可將其分為陸間海、內(nèi)海和邊緣海。

海灣是洋或海延伸進(jìn)大陸且深度逐漸減小的水域，一般以入口處海角之間的連線或入口處的等

深線作為與洋或海的分界。

海峽是兩端連接海洋的狹窄水道。

4.什么是海岸帶？說明其組成部分是如何界定的。

水位升高便被淹沒，水位降低便露出的狹長地帶即是海岸帶。

海岸帶是海陸交互作用的地帶。海岸地貌是在波浪、潮汐、海流等作用下形成的?，F(xiàn)代海岸帶

一般包括海岸、海灘和水下岸坡三部分。

海岸是高潮線以上狹窄的陸上地帶，大部分時(shí)間裸露于海水面之上，僅在特大高潮或暴風(fēng)浪時(shí)

才被淹沒，又稱潮上帶。

海灘是高低潮之間的地帶，高潮時(shí)被水淹沒，低潮時(shí)露出水面，又稱潮間帶。

水下岸坡是低潮線以下直到波浪作用所能到達(dá)的海底部分，又稱潮下帶，其下限相當(dāng)于1/2

波長的水深處，通常約10?20m。

海岸發(fā)育過程受多種因素影響，交叉作用十分復(fù)雜，故海岸形態(tài)也錯(cuò)綜復(fù)雜，國內(nèi)外至今

沒有一個(gè)統(tǒng)一-的海岸分類標(biāo)準(zhǔn)。中國海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查《簡明規(guī)程》將中國海岸分為

河口岸、基巖岸、砂礫質(zhì)岸、淤泥質(zhì)岸、珊瑚礁岸和紅樹林岸等六種基本類型。

5.大陸邊緣分為幾種主要類型？說明各自的結(jié)構(gòu)以及主要特點(diǎn)。

穩(wěn)點(diǎn)型大陸邊緣：又稱大西洋型。分為大陸坡、大陸隆、大陸架。通常所說的穩(wěn)定大陸邊緣，

構(gòu)造上長期處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)的大陸邊緣。其地殼是洋殼到陸殼的過渡，大陸和海洋位于同一

剛性巖石圈板塊內(nèi)的過渡帶。它沒有海溝俯沖帶，早期裂開階段位于板塊內(nèi)部，隨后被動(dòng)地隨

著裂開的板塊而移動(dòng)，故無強(qiáng)烈地震、火山和造山運(yùn)動(dòng)；它以生成巨厚的淺海相沉積、巖漿活

動(dòng)微弱和地層基本上未遭變形而與活動(dòng)大陸邊緣形成鮮明對(duì)照。

活動(dòng)型大陸邊緣：又稱太平洋型。又可進(jìn)一步分為島弧亞型和安第斯亞型。包括海溝、弧溝間

隙（非火山外弧和弧前盆地）、火山弧和弧后盆地等構(gòu)造單元。其中海溝是俯沖洋殼開始下插

的地方;從它上面刮削下來的深海沉積和洋殼碎片組成混雜堆積,聚集在上盤板塊并形成外弧;

下插洋殼隨著深度增加發(fā)生部分熔融形成巖漿，并上升到淺部而成為火山弧。

7.簡述大陸漂移、海底擴(kuò)張與板塊構(gòu)造的內(nèi)在聯(lián)系與主要區(qū)別。

大陸漂移說主要論述：地球上所有大陸在中生代以前是統(tǒng)一的聯(lián)合古陸，或稱泛大陸

（Pangaea）,其周圍是圍繞泛大陸的全球統(tǒng)一海洋——泛大洋。中生代以后，聯(lián)合古陸解體、

分裂，其碎塊——即現(xiàn)代的各大陸塊逐漸漂移到今日所處的位置。由于各大陸分離、漂移，逐

漸形成了大西洋和印度洋，泛大洋（古太平洋）收縮而成為現(xiàn)今的太平洋。大陸漂移的主要依據(jù)

有海岸線形態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造、古氣候和古生物地理分布等。

海底擴(kuò)張模式可以表述如下：大洋中脊軸部裂谷帶是地幔物質(zhì)涌升的出口，涌出的地幔物質(zhì)冷

凝形成新洋底，新洋底同時(shí)推動(dòng)先期形成的較老洋底逐漸向兩側(cè)擴(kuò)展推移，這就是海底擴(kuò)張。

海底擴(kuò)展移動(dòng)的速度大約為每年幾厘米。

板塊構(gòu)造學(xué)說的基本內(nèi)容可以概述如下：地球最上部被劃分為巖石圈和軟流圈。軟流圈在緩慢

而長期的作用力下，會(huì)呈現(xiàn)出塑性或緩慢流動(dòng)的性質(zhì)。因此巖石圈可以漂浮在軟流圈之上作側(cè)

向運(yùn)動(dòng)。

主要區(qū)別:根據(jù)板塊構(gòu)造觀點(diǎn)，海底擴(kuò)張實(shí)際上是一對(duì)巖石圈板塊自中脊軸向兩側(cè)的擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)。

位于巖石圈板塊上面的大陸塊，伴隨著板塊的運(yùn)動(dòng)而被動(dòng)地發(fā)生長距離水平位移。這就是我們

今天所說的大陸漂移，與魏格納的大陸漂移有原則區(qū)別。

內(nèi)在聯(lián)系：集大陸漂移和海底擴(kuò)張說為?體的板塊構(gòu)造理論能夠比較成功地解釋兒乎所有地質(zhì)

現(xiàn)象，特別是全球性的構(gòu)造特征和形成機(jī)理。海底構(gòu)造實(shí)質(zhì)上就是海洋底板塊生成一運(yùn)動(dòng)一消

亡過程中所發(fā)生的各種構(gòu)造活動(dòng)和構(gòu)造現(xiàn)象。

12.按照礦產(chǎn)資源形成的海洋環(huán)境和分布特征，海洋礦產(chǎn)資源有哪些主要類型？如何認(rèn)識(shí)海洋

是巨大的資源寶庫？

按照礦物資源形成的海洋環(huán)境和分布特征，分別介紹濱海砂礦、海底石油、磷鈣石和海綠石、

鎰結(jié)核和富鉆結(jié)殼、海底熱液硫化物、天然氣水合物等資源類型

第三章海水的物理特性和世界大洋的層化結(jié)構(gòu)

2.簡述海水的主要熱學(xué)與力學(xué)性質(zhì)，它們與溫度、鹽度和壓力的關(guān)系如何？

海水的主要熱性質(zhì)：

海水的熱性質(zhì)一般指海水的熱容、比熱容、絕熱溫度、位溫、熱膨脹及壓縮性，熱導(dǎo)率與比蒸

發(fā)潛熱等。它們都是海水的固有性質(zhì)，是溫度、鹽度、壓力的函數(shù)。它們與純水的熱性質(zhì)多有

差異，這是造成海洋中諸多特異的原因之一。

一、熱容和比熱容

海水溫度升高1K（或1°C）時(shí)所吸收的熱量稱為熱容，單位是焦耳每開爾文（記為J/K）或焦耳每

攝氏度（記為J/C）。

單位質(zhì)量海水的熱容稱為比熱容，單位為焦耳每千克每攝氏度，記為J?kgLC:在一定壓

力下測定的比熱容稱為定壓比熱容，記為c.；在一定體積下測定的比熱容稱為定容比熱容，用

c.表示。海洋學(xué)中最常使用前者。

c“和c、,都是海水溫度、鹽度與壓力的函數(shù)?？梢钥闯?，品值隨鹽度的增高而降低，但隨溫度的

變化比較復(fù)雜。大致規(guī)律是在低溫、低鹽時(shí)c“值隨溫度的升高而減小，在高溫、高鹽時(shí)c.值

隨溫度的升高而增大。

二、體積熱膨脹

在海水溫度高于最大密度溫度時(shí)，若再吸收熱量，除增加其內(nèi)能使溫度升高外，還會(huì)發(fā)生體積

膨脹，其相對(duì)變化率稱為海水的熱膨脹系數(shù)。即當(dāng)溫度升高1K（1℃）時(shí)，單位體積海水的增量。

以n表示，在恒壓、定鹽的情況下

(37)

(3-6)

n的單位為它是海水溫度、鹽度和壓力的函數(shù)。上式中a為海水的比體積（單位體積的

質(zhì)量），在海洋學(xué)中習(xí)稱比容。、海水的熱膨脹系數(shù)比純水的大，且隨溫度、鹽度和壓力的增

大而增大；在大氣壓力下，低溫、低鹽海水的熱膨脹系數(shù)為負(fù)值，說明當(dāng)溫度升高時(shí)海水收縮。

熱膨脹系數(shù)由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度，就是海水最大密度的溫度（max）,它也是鹽度

的函數(shù)，隨海水鹽度的增大而降低。有經(jīng)驗(yàn)公式為

323

tP（MX）=3.95-2.0X10'S-l.1X10S+0.2X10'S（3-7）

海水的熱膨脹系數(shù)比空氣的小得多，因此由海水溫度變化而引起海水密度的變化，進(jìn)而導(dǎo)致海

水的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于空氣。

三、壓縮性、絕熱變化和位溫

（一）壓縮性

單位體積的海水，當(dāng)壓力增加IPa時(shí)，其體積的負(fù)增量稱為壓縮系數(shù)。若海水微團(tuán)在被壓縮時(shí),

因和周圍海水有熱量交換而得以維持其水溫不變，則稱為等溫壓縮。定鹽條件下的等溫壓縮系

數(shù)為

的單位為PaT,式中a為海水的比容。

若海水微團(tuán)在被壓縮過程中，與外界沒有熱量交換，則稱為絕熱壓縮。

海水的壓縮系數(shù)隨溫度、鹽度和壓力的增大而減小。

（二）絕熱變化

由于海水的壓縮性，當(dāng)一海水微團(tuán)作鉛直位移時(shí)，因其深度的變化導(dǎo)致所受壓力的不同，將使

其體積發(fā)生相應(yīng)變化。在絕熱下沉?xí)r，壓力增大使其體積縮小，外力對(duì)海水微團(tuán)作功，增加了

其內(nèi)能導(dǎo)致溫度升高；反之，當(dāng)絕熱上升時(shí)，體積膨脹，消耗內(nèi)能導(dǎo)致溫度降低。上述海水微

團(tuán)內(nèi)的溫度變化稱為絕熱變化。海水絕熱溫度變化隨壓力的變化率稱為絕熱溫度梯度，以r

表示。由于海洋中的現(xiàn)場壓力與水深有關(guān)，所以「的單位可以用開爾文每米（K/m）或攝氏度每

米（C/m）表示。它也是溫度、鹽度和壓力的函數(shù)?？赏ㄟ^海水狀態(tài)方程和比熱容計(jì)算或直接測

量而得到。海洋的絕熱溫度梯度很小，平均約為0.ll℃/km。

（三）位溫

海洋中某一深度（壓力為p）的海水微團(tuán)，絕熱上升到海面（壓力為大氣壓加時(shí)所具有的溫度稱

為該深度海水的位溫，記為。海水微團(tuán)此時(shí)相應(yīng)密度，稱為位密，記為Po

海水的位溫顯然比其現(xiàn)場溫度低。若其現(xiàn)場溫度為t,絕熱上升到海面溫度降低了at,則該

深度海水的位溫工-ZXt。

在分析大洋底層水的分布與運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于各處水溫差別甚小，但絕熱變化效應(yīng)往往明顯起來,

所以用位溫度分析比用現(xiàn)場溫度更能說明問題。

四、蒸發(fā)潛熱及飽和蒸汽壓

（一）比蒸發(fā)潛熱

使單位質(zhì)量海水化為同溫度的蒸汽所需的熱量，稱為海水的比蒸發(fā)潛熱，以L表示，單位是焦

耳每千克或每克，記為J/kg或J/g。其具體量值受鹽度影響很小，與純水非常接近，可只考

慮溫度的影響。其計(jì)算方法有許多經(jīng)驗(yàn)公式，迪特里希（Dietrich,1980）給出的公式為

L=（2502.9-2.720t）X103J/kg（3-9）

適用范圍為0?30℃。

在液體物質(zhì)中，水的蒸發(fā)潛熱最大，海水亦然。伴隨海水的蒸發(fā)，海洋不但失去水分，同時(shí)將

失去巨額熱量，由水汽攜帶而輸向大氣內(nèi)。這對(duì)海面的熱平衡和海上大氣狀況的影響很大。例

如發(fā)生在熱帶海洋上的熱帶氣旋，其生成、維持和不斷增強(qiáng)的機(jī)制之一，是“暖心”的生成和

維持。“暖心”最重要的熱源之一，則是海水蒸發(fā)時(shí)，所攜帶巨額熱量的水汽進(jìn)入大氣后凝結(jié)

而釋放出來的。

海洋每年由于蒸發(fā)平均失去126cm厚的海水，從而使氣溫發(fā)生劇烈的變化，但由于海水的熱容

很大，從海面至3m深的薄薄一層海水的熱容就相當(dāng)于地球上大氣的總熱容，因此，水溫變化

比大氣緩慢得多。

（二）飽和水汽壓

對(duì)于純水而言，所謂飽和水汽壓，是指水分子由水面逃出和同時(shí)回到水中的過程達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡

時(shí)，水面上水汽所具有的壓力。蒸發(fā)現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)就是水分子由水面逃逸而出的過程。對(duì)于海水

而言，由于“鹽度”存在，則單位面積海面上平均的水分子數(shù)目要少，減少了海面上水分子的

數(shù)目，因而使飽和水汽壓降低，限制了海水的蒸發(fā)。海面的蒸發(fā)量與海面上水汽的飽和差（相

對(duì)于表面水溫的飽和水汽壓與現(xiàn)場實(shí)際水汽壓之差）成比例，所以海面上飽和水汽壓小，就不

利于海水的蒸發(fā)。這樣一來，海洋因蒸發(fā)而損失的水量和熱量就相對(duì)減少了。

五、熱傳導(dǎo)

相鄰海水溫度不同時(shí)，由于海水分子或海水塊體的交換，會(huì)使熱量由高溫處向低溫處轉(zhuǎn)移，這

就是熱傳導(dǎo)。

單位時(shí)間內(nèi)通過某一截面的熱量，稱為熱流率，單位為“瓦特”（W）。單位面積的熱流率稱為

熱流率密度，單位是瓦特每平方米，記為W?m2。其量值的大小除與海水本身的熱傳導(dǎo)性能密

切相關(guān)之外，還與垂直于該傳熱面方向上的溫度梯度有關(guān)，即

（3-10）

式中n為熱傳導(dǎo)面的法線方向，X為熱傳導(dǎo)系數(shù)，單位是瓦特每米每攝氏度，記為

僅由分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的熱傳導(dǎo)，稱為分子熱傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)系數(shù)人，為10,量級(jí)。例如在

1

101325Pa氣壓和10C時(shí),純水的Xt=0.582W?m’?℃',30c時(shí),3=0.607W?m?℃,,即

隨溫度的升高而增大，水的熱傳導(dǎo)系數(shù)在液體中除水銀之外是最大的。由于水的比熱容很大，

所以盡管其熱導(dǎo)性好，但水溫的變化相當(dāng)遲緩。海水的熱導(dǎo)系數(shù)3,比純水的稍低，且隨鹽

度的增大略有減小。3主要與海水的性質(zhì)有關(guān)。

若海水的熱傳導(dǎo)是由海水塊體的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)所引起，則稱為渦動(dòng)熱傳導(dǎo)或湍流熱傳導(dǎo)。渦動(dòng)熱傳

導(dǎo)系數(shù)3主要和海水的運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān)。因此，在不同季節(jié)、不同海域中，3有較大差別，其

量級(jí)一般為IO??10%所以渦動(dòng)熱傳導(dǎo)在海洋的熱量傳輸過程中起主要作用，而分子熱傳導(dǎo)只

占次要地位。例如，據(jù)計(jì)算，在溫度0℃的海洋中。如果海面溫度保持30℃,單靠分子熱傳導(dǎo),

則需要1000年的時(shí)間才能在300m的深度上使溫度上升到3℃o當(dāng)然在3.4.3講述“雙擴(kuò)散”

對(duì)流時(shí)，分子熱傳導(dǎo)的作用是不可忽視的。

類似熱量的傳導(dǎo)，海洋中的鹽量(濃度)也能擴(kuò)散傳輸。同樣也有分子鹽擴(kuò)散和渦動(dòng)鹽擴(kuò)散兩種

方式，且不同鹽度的海水，其鹽擴(kuò)散系數(shù)也不同。大體上分子鹽擴(kuò)散系數(shù)僅為分子熱傳導(dǎo)系數(shù)

的0.01左右。鹽擴(kuò)散率表達(dá)式的形式與式(3—10)的形式相對(duì)應(yīng)。

另外，海水的動(dòng)量傳輸?shù)谋磉_(dá)式，也與式(3—10)具有相似的形式。

六、沸點(diǎn)升高和冰點(diǎn)下降

海水的沸點(diǎn)和冰點(diǎn)與鹽度有關(guān)，即隨著鹽度的增大，沸點(diǎn)升高而冰點(diǎn)下降。在海洋中，人們關(guān)

心的是海水的冰點(diǎn)隨溫度的變化。Doherty等(1974)給出了如下關(guān)系式

tr=-0.0137-0.051990S-0.00007225S-0.000758Z

(3—11)

式中Z為海水的深度(m)。在上述基礎(chǔ)上，Millero等(1976)又提出了新的公式

33/2

tf=-0.0575S+1.715023X10S-2.154996X10'S-7.53X10p(3-12)

式中S為實(shí)用鹽度，p的單位為帕(Pa)。

雖然海水最大密度溫度tv與冰點(diǎn)溫度都隨鹽度的增大而降低，但前者降得更快。當(dāng)

S=24.695時(shí)，兩者的對(duì)應(yīng)溫度皆為-L33C,當(dāng)鹽度再增大時(shí),就低于加了。

主要的力學(xué)性質(zhì)：

(一)海水的粘滯性：相鄰兩層海水作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于水分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)或者海水塊體的隨

機(jī)運(yùn)動(dòng)(湍流)，在兩層海水之間便有動(dòng)量傳遞，從而產(chǎn)生切應(yīng)力。

(二)海水的滲透壓：果在海水與淡水之間放置一個(gè)半滲透膜，水分子可以透過，但鹽分子不能

透過。那么，淡水?側(cè)的水會(huì)慢慢地滲向海水?側(cè)，使海水一側(cè)的壓力增大，直至達(dá)到平衡狀

態(tài)。此時(shí)膜兩邊的壓力差，稱為滲透壓。

（三）海水的表面張力：液體的自由表面上，由于分子之間的吸引力所形成的合力，使自由表面

趨向最小，這就是表面張力。

（一）海水的粘滯性

當(dāng)相鄰兩層海水作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于水分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)或者海水塊體的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)（湍流），在

兩層海水之間便有動(dòng)量傳遞，從而產(chǎn)生切應(yīng)力。

摩擦應(yīng)力的大小與兩層海水之間的速度梯度成比例。界面上單位面積的應(yīng)力為

dv

r（3-13）

8n

式中n為兩層海水界面的法線方向，u為流速，u稱為動(dòng)力學(xué)粘滯系數(shù)（粘度，Viscosity）,

單位是帕秒，記為Pa?s；U/P稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)粘滯系數(shù)，單位是平方米每秒，記為n?-s'u

隨鹽度的增大略有增大，隨溫度的升高卻迅速減小。

單純由分子運(yùn)動(dòng)引起的口的量級(jí)很小。在討論大尺度湍流狀態(tài)下的海水運(yùn)動(dòng)時(shí)，其粘滯性可

以忽略不計(jì)。但在描述海面、海底邊界層的物理過程中以及研究很小尺度空間的動(dòng)量轉(zhuǎn)換時(shí)，

分子粘滯應(yīng)力卻起著重要作用。分子粘滯系數(shù)只取決于海水的性質(zhì)，而渦動(dòng)粘滯系數(shù)則與海水

的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。

（二）海水的滲透壓

如果在海水與淡水之間放置?個(gè)半滲透膜，水分子可以透過，但鹽分子不能透過。那么，淡水

一側(cè)的水會(huì)慢慢地滲向海水一側(cè)，使海水一側(cè)的壓力增大，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)膜兩邊的

壓力差，稱為滲透壓。它隨海水鹽度的增高而增大。低鹽時(shí)隨溫度的變化不大，而高鹽時(shí)隨溫

度的升高增幅較大。

海水滲透壓對(duì)海洋生物有很大影響，因?yàn)楹Ｑ笊锏募?xì)胞壁就是??種半滲透膜，不同海洋生物

的細(xì)胞壁性質(zhì)有別，所以對(duì)鹽度的適應(yīng)范圍不同。這是海洋生物學(xué)家們所關(guān)注的問題。

海水與淡水之間的滲透壓，依理論計(jì)算可達(dá)水位差約250m的壓力。

（三）海水的表面張力

在液體的自由表面上，由于分子之間的吸引力所形成的合力，使自由表面趨向最小，這就是表

面張力。海水的表面張力隨溫度的增高而減小，隨鹽度的增大而增大。海水中雜質(zhì)的增多也會(huì)

使海水表面張力減小。表面張力對(duì)水面毛細(xì)波的形成起著重要作用。

3.何謂海水的位溫？有何實(shí)用價(jià)值?

位溫：海洋中某一深度（壓力為p）的海水微團(tuán)，絕熱上升到海面（壓力為大氣壓P。）時(shí)所具有的

溫度稱為該深度海水的位溫，記為?。

在分析大洋底層水的分布與運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于各處水溫差別甚小，但絕熱變化效應(yīng)往往明顯起來，

所以用位溫度分析比用現(xiàn)場溫度更能說明問題。

5.海水結(jié)冰與淡水結(jié)冰的過程有何不同？為什么？

海冰形成的必要條件是，海水溫度降至冰點(diǎn)并繼續(xù)失熱、相對(duì)冰點(diǎn)稍有過冷卻現(xiàn)象并有凝結(jié)核

存在。

海冰形成過程：海水最大密度溫度隨鹽度的增大而降低的速率比其冰點(diǎn)隨鹽度增大而降低的速

率快，當(dāng)鹽度低于24.695時(shí)，結(jié)冰情況與淡水相同；

當(dāng)鹽度高于24.695時(shí)（海水鹽度通常如此），海水冰點(diǎn)高于最大密度溫度，因此，即使海面降

至冰點(diǎn)，但由于增密所引起的對(duì)流混合仍不停止，因此只有當(dāng)對(duì)流混合層的溫度同時(shí)到達(dá)冰點(diǎn)

時(shí)，海水才會(huì)開始結(jié)冰。所以海水結(jié)冰可以從海面至對(duì)流可達(dá)深度內(nèi)同時(shí)開始。也正因?yàn)槿绱?

海冰一旦形成，便會(huì)浮上海面，形成很厚的冰層。

海水與淡水的結(jié)冰過程不同的原因：主要是純水的凍結(jié)，會(huì)將鹽分大部排出冰外，而增大了冰

下海水的鹽度，加強(qiáng)了冰下海水的對(duì)流和進(jìn)一步降低了冰點(diǎn)，又兼冰層阻礙了其下海水熱量的

散失，因而大大地減緩了冰下海水繼續(xù)凍結(jié)的速度。

9.簡述世界大洋中溫度、鹽度和密度的空間分布基本特征。

從宏觀上看，世界大洋中溫、鹽、密度場的基本特征是：在表層大致沿緯向呈帶狀分布，即東

一西方向上量值的差異相對(duì)很??；而在經(jīng)向，即南一北方向上的變化卻十分顯著。在鉛直方向

上，基本呈層化狀態(tài)，且隨深度的增加其水平差異逐漸縮小，至深層其溫、鹽、密的分布均勻。

它們在鉛直方向上的變化相對(duì)水平方向上要大得多，因?yàn)榇笱蟮乃匠叨缺绕渖疃纫髱装俦?/p>

至兒千倍。

13.何為海洋水團(tuán)？它和水型、水系有什么關(guān)系？

水團(tuán)的定義是：“源地和形成機(jī)制相近，具有相對(duì)均勻的物理、化學(xué)和生物特征及大體一致的

變化趨勢，而與周圍海水存在明顯差異的宏大水體。”

水型（watertype）：通常它是指溫鹽度均勻，在溫一鹽圖解上僅用一個(gè)單點(diǎn)表示的水體。由于

性質(zhì)完全相同的水樣，其觀測值皆對(duì)應(yīng)于溫一鹽圖解中的一個(gè)點(diǎn)，故水型實(shí)質(zhì)上是“性質(zhì)完全

相同的水體元的集合”。由此引伸，即可給出水團(tuán)的集合論定義：“水團(tuán)是性質(zhì)相近的水型的

集合”。

水系（watersystem）：在海洋學(xué)中水系可定義為“符合一個(gè)給定條件的水團(tuán)的集合”。換言之,

水系的劃分只考慮一種性質(zhì)相近即可。在淺海水團(tuán)分析中，經(jīng)常提到的沿岸水系和外海水系，

就是只考慮鹽度而劃分的。前者指沿岸低鹽水團(tuán)的集合，后者是指外海（受大陸徑流影響較小

的）高鹽水團(tuán)的集合。

何謂海洋混合？引起海洋混合的原因有哪些？

混合是海水的一種普遍運(yùn)動(dòng)形式，混合的過程就是海水各種特性（例如熱量、濃度、動(dòng)量等）逐漸趨向均

勻的過程。分為三種：分子混合、渦動(dòng)混合、對(duì)流混合。風(fēng)對(duì)渦動(dòng)混合的影響在于它增強(qiáng)了海面的擾

動(dòng)和加大速度梯度，因此，當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，渦動(dòng)混合便增強(qiáng)，特別是淺海中風(fēng)力引起的渦動(dòng)混

合可直達(dá)海底。由潮汐現(xiàn)象引起的渦動(dòng)混合與風(fēng)力引起的渦動(dòng)混合相反，是由海底向上擴(kuò)展的,

在淺海區(qū)域，由于與海底的摩擦作用，產(chǎn)生的速度梯度甚大，因此將引起強(qiáng)烈的渦動(dòng)混合。

對(duì)流混合的強(qiáng)弱，亦與海水的穩(wěn)定性有關(guān)：當(dāng)水層本身穩(wěn)定性很大時(shí)，對(duì)流混合很難形成，夏

季時(shí)，海洋中的對(duì)流混合很難出現(xiàn)，在冬季時(shí)常出現(xiàn)強(qiáng)烈的對(duì)流混合；在赤道和亞熱帶海區(qū)，

夏季時(shí)因表層海水的密度仍比其下層低，故不產(chǎn)生對(duì)流，在冬季溫度很低，對(duì)流作用便非常強(qiáng)

烈。在中緯海區(qū)，由于表面溫度冬夏相差很大，故產(chǎn)生對(duì)流，對(duì)流的深度可達(dá)200米；在高緯

海區(qū)，由于冰凍現(xiàn)象和增鹽的結(jié)果，故在冬季時(shí)對(duì)流可達(dá)兒千米的深度?；旌系慕Y(jié)果，在海洋

中就形成了勻和層和躍層，在某些海區(qū)還形成中間冷水層。

第四章海水的化學(xué)組成和特性

1.海水的組成為什么有恒定性？（好像沒什么答案）

海水中各種元素都以一定的物理化學(xué)形態(tài)存在。

在海水中銅的存在形式較為復(fù)雜，大部分是以有機(jī)絡(luò)合物形式存在的。在自由離子中僅有一小

部分以二價(jià)正離子形式存在，大部分都是以負(fù)離子絡(luò)合物出現(xiàn)。海水中有含量極為豐富的鈉，

但其化學(xué)行為非常簡單，它幾乎全部以Na離子形式存在。

海水中的溶解有機(jī)物十分復(fù)雜，主要是一種叫做“海洋腐殖質(zhì)”的物質(zhì)，它的性質(zhì)與土壤中植

被分解生成的腐殖酸和富敏酸類似。海洋腐殖質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)還沒有完全確定，但是它與金屬能

形成強(qiáng)絡(luò)合物。

海水中的成分可以劃分為五類：1.主要成分（大量、常量元素）：指海水中濃度大于IXlO^mg/kg

的成分。屬于此類的有陽離子Na'K‘，Ca2+,Mg"和Sr"五種，陰離子有

CT,SOhBr.HCO3（89F-五種，還有以分子形式存在的乩BO”其總和占海水鹽

分的99.9%。所以稱為主要成分。

由于這些成分在海水中的含量較大，各成分的濃度比例近似恒定，生物活動(dòng)和總鹽度變化對(duì)其

影響都不大，所以稱為保守元素。海水中的Si含量有時(shí)也大于lmg/kg,但是由于其濃度受生

物活動(dòng)影響較大，性質(zhì)不穩(wěn)定，屬于非保守元素，因此討論主要成分時(shí)不包括Si。

2.溶于海水的氣體成分，如氧、氮及惰性氣體等。

3.營養(yǎng)元素（營養(yǎng)鹽、生源要素）：主要是與海洋植物生長有關(guān)的要素，通常是指N,P及Si

等。這些要素在海水中的含量經(jīng)常受到植物活動(dòng)的影響，其含量很低時(shí)，會(huì)限制植物的正常生

長，所以這些要素對(duì)生物有重要意義。

4.微量元素：在海水中含量很低，但又不屬于營養(yǎng)元素者。

5.海水中的有機(jī)物質(zhì)：如氨基酸、腐殖質(zhì)、葉綠素等。

海水的更新時(shí)間在溫躍層（平均100m）以上平均為兒十年，而在深層則為1000年左右。如果元

素逗留時(shí)間大于更新的時(shí)間，則在整個(gè)海洋中的分布應(yīng)當(dāng)是均勻的；如果小于更新的時(shí)間，其

分布應(yīng)當(dāng)是不均勻的。但是有些元素如P、N、Si雖然逗留時(shí)間較長，由于生物參與了這些元

素的循環(huán)，在海洋中也造成了不均勻的分布。

2.海水中的常量元素主要有哪些？

0、H、Cl、Ca、Mg、S、K、Br、C、S、Sr、B、Si、F.含量大于1*10'g/kg。

3.海水的pH值一般是多少？海水的緩沖能力主要由哪種作用控制？

海水的pH值:約為&1,其值變化很小，因此有利于海洋生物的生長；

海水具有一定的緩沖能力，這種緩沖能力主要是受二氧化碳系統(tǒng)控制的。

4.海水中的營養(yǎng)鹽又哪些?有哪些主要形式？

氮、磷、硅元素等對(duì)海洋植物生長有關(guān)的要素。一般以磷酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鏤鹽和硅

酸鹽形式存在。

5.海洋污染如何防治？

加強(qiáng)執(zhí)法力度，真正做到“執(zhí)法必嚴(yán)，違法必究”，加強(qiáng)對(duì)政府環(huán)保職能部門的執(zhí)法監(jiān)督，克

服地方保護(hù)主義，要求地方各級(jí)政府必須將環(huán)保工作提到議事日程上來。（2）加強(qiáng)對(duì)船舶及

鉆井、采油平臺(tái)的防污管理。首先應(yīng)對(duì)船舶及鉆井、采油平臺(tái)所有人的管理者進(jìn)行防污教育，

增強(qiáng)其防污意識(shí)，提高除污救災(zāi)技能。（3）各地漁政部門、港監(jiān)防污部門應(yīng)全面了解本轄區(qū)內(nèi)

的水域污染狀況。（4）防止、減輕和控制海上養(yǎng)殖污染。我國海水養(yǎng)殖主要位于水交換能力較

差的淺海灘涂和內(nèi)灣水域，養(yǎng)殖自身污染已引起局部水域環(huán)境惡化。（5）防止和控制海上傾廢

污染。嚴(yán)格管理和控制向海洋傾倒廢棄物，禁止向海上傾倒放射性廢物和有害物質(zhì)。6）國家應(yīng)

積極引導(dǎo)地方政府、居民、企業(yè)和民間組織等社會(huì)各界力量積極參與和改變修復(fù)海洋環(huán)境，為

我國海洋健康發(fā)展和諧發(fā)展提供良好的社會(huì)環(huán)境。

第五章海洋環(huán)流

1.簡述海流的定義、形成原因及表示方法。

海流是指海水大規(guī)模相對(duì)穩(wěn)定的流動(dòng)，是海水重要的普遍運(yùn)動(dòng)形式之一。

海流形成的原因歸納起來兩種：

第一種原因是海面上的風(fēng)力驅(qū)動(dòng)，形成風(fēng)生海流。由于海水運(yùn)動(dòng)中粘滯性對(duì)動(dòng)量的消耗，這種

流動(dòng)隨深度的增大而減弱，直至小到可以忽略，其所涉及的深度通常只為幾百米，相對(duì)于幾千

米深的大洋而言是一薄層。

第二種原因是海水的溫鹽變化。因?yàn)楹Ｋ芏鹊姆植寂c變化直接受溫度、鹽度的支配，而密度

的分布又決定了海洋壓力場的結(jié)構(gòu)。實(shí)際海洋中的等壓面往往是傾斜的，即等壓面與等勢面并

不一致，這就在水平方向上產(chǎn)生了一種引起海水流動(dòng)的力，從而導(dǎo)致了海流的形成。另外海面

上的增密效應(yīng)又可直接地引起海水在鉛直方向上的運(yùn)動(dòng)。

描述海水運(yùn)動(dòng)的方法有兩種：一是拉格朗日方法，一是歐拉方法。

前者是跟蹤水質(zhì)點(diǎn)以描述它的時(shí)空變化，這種方法實(shí)現(xiàn)起來比較困難，但近代用漂流瓶以及中

性浮子等追蹤流跡，可近似地了解流的變化規(guī)律。

通常多用歐拉方法來測量和描述海流，即在海洋中某些站點(diǎn)同時(shí)對(duì)海流進(jìn)行觀測，依測量結(jié)果,

用矢量表示海流的速度大小和方向，繪制流線圖來描述流場中速度的分布。如果流場不隨時(shí)間

而變化，那么流線也就代表了水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.引起海水運(yùn)動(dòng)的力有哪些？

作用在海水上的力有多種，歸結(jié)起來可分為兩大類：

一是引起海水運(yùn)動(dòng)的力，諸如重力、壓強(qiáng)梯度力、風(fēng)應(yīng)力、引潮力等；

另一類是由于海水運(yùn)動(dòng)后所派生出來的力，如地轉(zhuǎn)偏向力（CoriolisForce,亦稱為科氏力）、

摩擦力等。

6.何謂地轉(zhuǎn)偏向力（科氏力）？它有哪些基本性質(zhì)？

由于地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的慣性力。是三維的力。性質(zhì)是：只有物體相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)時(shí)才產(chǎn)生的力；

如果人們沿物體運(yùn)動(dòng)的方向看，在北半球它垂直指向物體運(yùn)動(dòng)的右方，在南半球恰恰相反，即

指向左方；科氏力只能改變物體運(yùn)動(dòng)的方向，而不能改變物體運(yùn)動(dòng)的速率；科氏力的量值與物

體運(yùn)動(dòng)的速率及地理緯度的正弦成正比，在赤道上為零。

8.海水運(yùn)動(dòng)方程的基本形式是什么？

運(yùn)動(dòng)方程：所謂海水運(yùn)動(dòng)方程，實(shí)際上就是牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律在海洋中的具體應(yīng)用。單位質(zhì)量

海水的運(yùn)動(dòng)方程可以寫成

在直角坐標(biāo)系統(tǒng)中，它的三個(gè)分量方程為

?卷=2與（5-2）

式中u,V,W分別為X,y,Z方向上的流速分量，EFx,￡F”分別為x,y,z方向上單

位質(zhì)量海水所受到作用力的合力。顯然，只要給出這些力，應(yīng)用式（5—2）便可了解海水的運(yùn)動(dòng)

狀況。

1L何謂地轉(zhuǎn)流？

在水平壓強(qiáng)梯度力的作用下，海水將在受力的方向上產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)科氏力便相應(yīng)起作

用，不斷地改變海水流動(dòng)的方向，直至水平壓強(qiáng)梯度力與科氏力大小相等方向相反取得平衡時(shí),

海水的流動(dòng)便達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

若不考慮海水的湍應(yīng)力和其它能夠影響海水流動(dòng)的因素，則這種水平壓強(qiáng)梯度力與科氏力取得

平衡時(shí)的定常流動(dòng)，稱為地轉(zhuǎn)流。

27.何謂大洋中尺度渦？

大洋中尺度渦（mesoscaleeddies）：自70年代以來，海洋科學(xué)工作者相繼在各大洋中發(fā)現(xiàn)了一

種水平尺度約為100?500km,時(shí)間尺度約為20?200d的流渦，它們廣泛地寄居于總的大洋環(huán)

流之中，且以（1?5）X10%/$的速度移動(dòng)著，這些流渦稱為“中尺度渦”。

第六章海洋中的波動(dòng)現(xiàn)象

1.海洋中的波動(dòng)現(xiàn)象是怎樣形成的？

海洋中的波浪：海洋中的波浪有很多種類，引起的原因也各不相同。例如海面上的風(fēng)應(yīng)力，海

底及海岸附近的火山、地震，大氣壓力的變化，日、月引潮力等。被激發(fā)的各種波動(dòng)的周期可

從零點(diǎn)幾秒到數(shù)十小時(shí)以上，波高從幾毫米到幾十米，波長可以從幾毫米到幾千千米。

波浪分類可從不同角度給出不同的稱謂。例如，按相對(duì)水深（水深與波長之比，即h/入）可將

波浪分為深水波（短波）和淺水波（長波）；按波形的傳播與否又有前進(jìn)波與駐波之分；按波動(dòng)發(fā)

生的位置又有表面波、內(nèi)波和邊緣波之分；按成因分又有風(fēng)浪、涌浪、地震波之分等等。

2.小振幅重力波剖面方程中各符號(hào)的含義是什么？

小振幅重力波，亦稱正弦波，是一種簡單波動(dòng)。簡單波動(dòng)的特性可近似地說明實(shí)際海洋波動(dòng)的

許多現(xiàn)象。小振幅重力波系指波動(dòng)振幅相對(duì)波長為無限小，重力是其唯一外力的簡單海面波動(dòng)。

取右手直角坐標(biāo)系，Z軸向上為正，將x-y平面放在海面上，設(shè)波動(dòng)是二維的，只在x方向

上傳播，則波剖面方程可用下列正弦曲線表示，即：

C=asin(kx-。t)(6-1)

式中a為波動(dòng)的振幅，C為波面相對(duì)平均水面的鉛直位移。顯然它是地點(diǎn)x與時(shí)間t的函數(shù),

式中

2套2兀

k=—,o=—

入T

分別稱為波數(shù)和頻率。當(dāng)水深為h時(shí)，可證明它們的關(guān)系為：

o2=kgtanh(kh)=kgtanh(2nh/A.)'(6-2)稱為頻散關(guān)系。式中g(shù)為重力加速度。

入o

C=C=—

由式(6-1)可見，當(dāng)(kx-ot)=n/2時(shí)，C=a,即為波峰。相速為T亦即k

8.風(fēng)浪和涌浪是怎樣形成的？各有什么特征？

風(fēng)浪是指當(dāng)?shù)仫L(fēng)產(chǎn)生，且一直處在風(fēng)的作用之下的海面波動(dòng)狀態(tài)；

涌浪則指海面上由其他海區(qū)傳來的或者當(dāng)?shù)仫L(fēng)力迅速減小、平息，或者風(fēng)向改變后海面上遺留

下來的波動(dòng)。

風(fēng)浪的特征：風(fēng)浪往往波峰尖削，在海面上的分布很不規(guī)律，波峰線短，周期小，當(dāng)風(fēng)大時(shí)常

常出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，形成浪花。

涌浪的特征：涌浪的波面比較平坦，光滑，波峰線長，周期、波長都比較大，在海上的傳播比

較規(guī)則。

觀測表明，在海洋中風(fēng)浪和涌浪會(huì)單獨(dú)存在，但往往同時(shí)存在，它們的傳播方向也往往不同。

有經(jīng)驗(yàn)的觀測者很容易把它們區(qū)分開來。

第七章潮汐

1.什么叫潮汐現(xiàn)象?

潮汐現(xiàn)象是指海水在天體（主要是月球和太陽）引潮力作用下所產(chǎn)生的周期性運(yùn)動(dòng)，習(xí)慣上把海

面鉛直向漲落稱為潮汐，而海水在水平方向的流動(dòng)稱為潮流。

3.什么叫平太陽日和平太陰日？

平太陽日和平太陽時(shí)：天文學(xué)上假定一個(gè)平太陽在天赤道上（而不是在黃道上）作等速運(yùn)行，其

速度等于運(yùn)行在黃道上真太陽的平均速度，這個(gè)假想的太陽連續(xù)兩次上中天的時(shí)間間隔，叫做

一平太陽日，并且把1/24平太陽日取為1平太陽時(shí)。通常所謂的“日”和“時(shí)”，就是平太

陽日和平太陽時(shí)的簡稱。

平太陰日和平太陰時(shí)：假想的、等速在天赤道運(yùn)行的平太陰連續(xù)兩次上中天的時(shí)間間隔，叫做

一平太陰日，而1/24平太陰日取為1平太陰時(shí)。

因?yàn)樵虑虻墓D(zhuǎn)速度大于太陽在天球上的視運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)一周，平太陰已運(yùn)行了一個(gè)

大約12.19°的角度，所以當(dāng)?shù)厍蛏夏骋稽c(diǎn)由第一次正對(duì)月球中心到第二次正對(duì)時(shí)約需要旋轉(zhuǎn)

372.19°,這樣以來，平太陰日便比平太陽日長，可以算出：

1平太陰日=24.8412平太陽時(shí)七24h50min

4.什么叫做引潮力？引潮力的分布有什么特征？（第二問答案看課本）

引潮力：地球繞地月公共質(zhì)心運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的慣性離心力與月球引力的合力稱為引潮力。

地球上各點(diǎn)的引潮力矢量所示，可見地球表面各點(diǎn)所受的引潮力的大小、方向都不同，

5.試述潮汐靜力理論的基本思想。

由于考慮引潮力后的等勢面為一橢球面，根據(jù)這一分布特點(diǎn)，可以導(dǎo)出一個(gè)研究海水在引潮力

作用下產(chǎn)生潮汐過程的理論，即潮汐靜力理論（或稱平衡潮理論）。

潮汐靜力理論基本思想：這一理論假定：

（1）地球?yàn)橐粋€(gè)圓球，其表面完全被等深的海水所覆蓋，不考慮陸地的存在；

（2）海水沒有粘滯性，也沒有慣性，海面能隨時(shí)與等勢面重疊；

（3）海水不受地轉(zhuǎn)偏向力和摩擦力的作用。

在這些假定下，海面在月球引潮力的作用下離開原來的平衡位置作相應(yīng)的上升或下降，直到在

重力和引潮力的共同作用下，達(dá)到新的平衡位置為止。因此海面便產(chǎn)生形變，也就是說，考慮

引潮力后的海面變成了橢球形，稱之為潮汐橢球，并且它的長軸恒指向月球。由于地球的自轉(zhuǎn),

地球的表面相對(duì)于橢球形的海面運(yùn)動(dòng)，這就造成了地球表面上的固定點(diǎn)發(fā)生周期性的漲落而形

成潮汐，這就是平衡潮理論的基本思想。

第八章大氣與海洋

8.什么是臺(tái)風(fēng)？它的基本結(jié)構(gòu)如何？

一、一般說明

臺(tái)風(fēng)是發(fā)生在熱帶海洋上的一種具有暖心結(jié)構(gòu)的氣旋性渦旋，是達(dá)到一定強(qiáng)度的熱帶氣

旋。臺(tái)風(fēng)伴有狂風(fēng)暴雨，是一種災(zāi)害性天氣系統(tǒng)。世界各地對(duì)臺(tái)風(fēng)的稱謂不同，在東太平洋和

大西洋稱颶風(fēng)，在印度洋稱熱帶風(fēng)暴，在南半球稱熱帶氣旋。臺(tái)風(fēng)的生命期一般為3?8天，

臺(tái)風(fēng)直徑一般為600?1000km,最大的可達(dá)2000km,最小的只有100km。在北半球，臺(tái)風(fēng)集

中發(fā)生在7?10月，尤以8、9月最多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年5?11月臺(tái)風(fēng)可能影響或登陸中國。

全球每年平均大約有80個(gè)熱帶氣旋發(fā)生，其中半數(shù)以上可以發(fā)展成臺(tái)風(fēng)，臺(tái)風(fēng)集中發(fā)生

在西北太平洋、孟加拉灣、東北太平洋、西北大西洋、阿拉伯海、南印度洋、西南太平洋和澳

大利亞西北海域等8個(gè)地區(qū)。西太平洋是全球熱帶氣旋發(fā)生最多的地區(qū)，約占全球總數(shù)的三分

之一。熱帶氣旋的多發(fā)地帶集中在5。?10。緯度帶內(nèi)，而南北半球緯度5。以內(nèi)幾乎沒有熱帶氣

旋發(fā)生。

二、臺(tái)風(fēng)的結(jié)構(gòu)

臺(tái)風(fēng)是一種天氣尺度、暖中心的強(qiáng)氣旋性渦旋，在北半球呈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在南半球呈順時(shí)

針旋轉(zhuǎn)。發(fā)展成熟的臺(tái)風(fēng)其要素值多呈圓形對(duì)稱分布，臺(tái)風(fēng)渦旋半徑一般為500?1000km,鉛

直范圍一般到對(duì)流層頂。臺(tái)風(fēng)中心氣壓值（即風(fēng)暴強(qiáng)度）一般在960hPa以下，在地面天氣圖上

等壓線表現(xiàn)為一個(gè)圓形（或橢圓形）對(duì)稱的、氣壓梯度極大的閉合低氣壓系統(tǒng)，水平氣壓梯度能

達(dá)5?10hPa/10km,臺(tái)風(fēng)過境時(shí)，測站氣壓自記曲線出現(xiàn)明顯的漏斗狀氣壓深谷，發(fā)展成熟的

臺(tái)風(fēng)往往有臺(tái)風(fēng)眼，即在深厚云區(qū)的中間有一個(gè)直徑為兒十千米近似圓形的晴空少云區(qū)，眼區(qū)

為微風(fēng)或靜風(fēng)，氣壓最低，平均直徑為30?40km。臺(tái)風(fēng)眼區(qū)外圍的圓環(huán)狀云區(qū)稱為臺(tái)風(fēng)云墻

或眼壁，云墻區(qū)主要是由一些高大對(duì)流云組成，其高度通常在15km以上，寬度為20?30km,

在云墻區(qū)域有強(qiáng)烈的上升運(yùn)動(dòng)，其值可達(dá)5?13m/s,云墻附近是風(fēng)雨最劇烈的地區(qū)，摧毀性

的大風(fēng)暴雨常常發(fā)生在這里。臺(tái)風(fēng)云墻到臺(tái)風(fēng)外緣是臺(tái)風(fēng)的螺旋云雨帶，它也是臺(tái)風(fēng)的重要特

征之一，是由一條或幾條螺旋云帶旋向臺(tái)風(fēng)中心眼壁的，云帶區(qū)對(duì)流活動(dòng)旺盛，有顯著的上升

運(yùn)動(dòng)。

臺(tái)風(fēng)表現(xiàn)為強(qiáng)烈的氣旋性環(huán)流，低層有強(qiáng)烈的流入，高層有強(qiáng)烈的流出，并有極強(qiáng)烈的上

升運(yùn)動(dòng)。地面是氣旋式輻合流場，氣流從四周以螺旋曲線的形式流向臺(tái)風(fēng)中心區(qū)。臺(tái)風(fēng)天氣表

現(xiàn)為大風(fēng)、暴雨、狂浪和風(fēng)暴潮。

T.T.Fusita等人根據(jù)衛(wèi)星、雷達(dá)、飛機(jī)和常規(guī)資料給出了成熟臺(tái)風(fēng)的三維結(jié)構(gòu)模式，圖8-13a

（圖略）是臺(tái)風(fēng)頂部流場特征，空氣從臺(tái)風(fēng)中心向四周流出，從眼壁至200km處呈氣旋性輻

散流出，之外則呈反氣旋性流出。a圖的右半部表示沒有外雨帶時(shí)的流場情況，其左半部為有

外部對(duì)流云帶的情況，b圖是與a圖對(duì)應(yīng)的臺(tái)風(fēng)鉛直剖面圖，為了清楚地表達(dá)鉛直方向上各物

理量的分布，這里把鉛直尺度放大了。在臺(tái)風(fēng)低層由于邊界層的摩擦作用，外圍空氣氣旋式旋

轉(zhuǎn)著流向中心區(qū)，到達(dá)眼壁附近，內(nèi)流急劇減小，相應(yīng)地輻合最強(qiáng)，形成高聳的云墻。臺(tái)風(fēng)頂

部空氣輻散外流，在臺(tái)風(fēng)外部開始下沉，形成臺(tái)風(fēng)的鉛直環(huán)流圈。有外雨帶時(shí)，內(nèi)外雨帶之間

也存在著一支下沉氣流。臺(tái)風(fēng)中心也有速度不大的下沉氣流。

9.什么是ENSO?它對(duì)氣候變化有什么影響？

ENSO是厄爾尼諾現(xiàn)象和南方濤動(dòng)的合稱。

眾多研究表明，ENSO對(duì)大氣環(huán)流以及全球許多地方的天氣氣候異常有著重要的影響。

ENSO期間，赤道東太平洋持續(xù)升溫，對(duì)熱帶大氣環(huán)流的影響最為直接。而熱帶大氣環(huán)流的異

常變化，也必牽動(dòng)全球大氣環(huán)流，因而會(huì)在全球范圍內(nèi)引起一系列的天氣氣候異常。

在正常情況下，赤道大氣中存在一個(gè)東西向的沃克(Walker)環(huán)流，這是疊加在緯向平均哈

得萊環(huán)流上的重要東西向環(huán)流，在印度尼西亞群島附近海面暖水上空，有一個(gè)強(qiáng)而寬的上升運(yùn)

動(dòng)區(qū)，而在赤道東太平洋冷水區(qū)上空，則為強(qiáng)烈的下沉運(yùn)動(dòng)；在赤道東部非洲和亞馬孫流域，

還有另外兩個(gè)上升運(yùn)動(dòng)區(qū)，與之相聯(lián)的下沉運(yùn)動(dòng)則分別位于略微較冷的西印度洋和赤道東大西

洋的冷水上空。

在ENSO期間，中、東赤道太平洋的海水增暖，西部海水略微變冷。對(duì)流在中、東太平

洋上加強(qiáng)而在印度尼西亞地區(qū)減弱。在反ENSO期間，中、東太平洋的海水比正常偏冷，這

些區(qū)域的對(duì)流也減弱，而印度尼西亞地區(qū)的對(duì)流增強(qiáng)。所謂的正常狀態(tài)代表ENSO和反ENSO

事件的平均，但卻更象弱的反ENSO狀態(tài)。

在厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生的情況下，主要增暖區(qū)的西邊，也就是在日界線附近及其西面地區(qū)將

有異常積云對(duì)流的強(qiáng)烈發(fā)展。因此在厄爾尼諾期間主要降水區(qū)由印度尼西亞地區(qū)東移到了那

里。同時(shí)，Walker環(huán)流也出現(xiàn)了明顯的異常，其上升支由印度尼西亞地區(qū)東移到了日界線附

近。

由于赤道東太平洋SST異常(厄爾尼諾現(xiàn)象)，大氣中的Hadley環(huán)流將會(huì)增強(qiáng)，或者說，

厄爾尼諾現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致Hadley環(huán)流明顯增強(qiáng)。如此同時(shí)，ITCZ的位置也將發(fā)生變化，例如厄爾

尼諾期間ITCZ有明顯向東推移的趨勢，這必將影響西太平洋臺(tái)風(fēng)活動(dòng)。

ENSO對(duì)西太平洋副熱帶高壓的活動(dòng)也有明顯的影響，包括對(duì)副高位置和強(qiáng)度的影響。首

先，同厄爾尼諾年ITCZ位置偏南相匹配，西太平洋副高的位置在厄爾尼諾年一般也偏南。而

在拉尼娜年西太平洋副高脊線位置較常年偏北。

由于ENSO的發(fā)生造成了大氣環(huán)流尤其是熱帶大氣環(huán)流的嚴(yán)重持續(xù)異常，因而給全球范

圍帶來明顯的氣候異常。首先可以注意到距SST正距平區(qū)較近的中南美太平洋沿岸地區(qū)，由

于赤道地區(qū)東西向鉛直環(huán)流圈的異常，原來在南美東岸的環(huán)流上升支西移到了南美西岸，因而

積云對(duì)流活動(dòng)在秘魯沿岸地區(qū)極為強(qiáng)烈，造成哥倫比亞、厄瓜多爾和秘魯?shù)鹊氐某掷m(xù)大雨。以

1982—1983年的厄爾尼諾事件為例，在秘魯北部的降水量竟多達(dá)多年平均量的340倍。巨大

的降水量異常使河水流量猛增，造成該地區(qū)的嚴(yán)重洪澇。

同上述洪澇災(zāi)害相反，厄爾尼諾事件的發(fā)生又往往造成南亞、印度尼西亞和東南非洲的大

范圍干旱。在近百年的時(shí)間里，在絕大多數(shù)的厄爾尼諾年里，這三個(gè)地區(qū)的雨量都明顯偏少。

以印度地區(qū)為例，在80年里的24次厄爾尼諾現(xiàn)象中，就在20年該地區(qū)的降水量低于平均值,

而且，最嚴(yán)重的干旱幾乎都發(fā)生在厄爾尼諾年。

厄爾尼諾現(xiàn)象的發(fā)生使中高緯度西風(fēng)加強(qiáng)，阿留申低壓往往比正常時(shí)強(qiáng)（氣壓值低），因而

常給北美西岸地區(qū)造成頻繁的強(qiáng)風(fēng)暴活動(dòng)，使得暴風(fēng)雨和風(fēng)暴浪潮的影響較為嚴(yán)重。ENSO對(duì)

中國氣候也有明顯的影響，眾多的氣候?yàn)?zāi)害說明ENSO影響大氣環(huán)流從而導(dǎo)致全球性氣候異

常。

10.為什么海洋在全球氣候變