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海水的运动

更新时间:2016/8/24 16:45:00  手机版

  海水的运动

  海洋永远处于不停的运动之中,海水的运动不仅仅发生在表层,而且直到近底层的深处。海水的运动不仅输送水量,而且输送物质和能量,促进了海洋生态系统的良性循环,并影响着全球的气候和天气。海水运动的原因主要有:天体作用、太阳辐射作用、气压梯度等。海水运动主要有:波浪、潮汐和洋流。

  (一)波浪

  波浪是海洋、湖泊、水库等宽敞水面上常见的水体运动,其特点是每个水质点作周期性运动,所有水质点相继振动,引起水面呈周期性的起伏。因为水是一种流体,它在外力作用下,水质点可以离开原来的位置,但在内力(重力、水压力等)作用下,又有恢复原位的趋势。这种水质点在其平衡位置附近做近似封闭的圆周运动,便产生了波浪,并引起了波形的传播。因此,波浪的传播仅是波形的传播,而不是水质点的向前移动。

  组成波浪的基本要素有:波峰、波谷、波高、波长、周期、波速等。波浪按波的周期(频率)分为表面张力波、短周期重力波、长周期重力波、长周期波和长周期潮波;按成因分为风浪、涌浪、内浪、潮浪、海啸;按水深分为深水波和浅水波;按波形的传播性质分为前进波(进行波)、驻波;按作用力情况分为强制波和自由波。

  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:

  波浪传至浅水或近岸区域后,由于受地形影响会产生波向的转折、波浪的折射、波高增大、波浪变形和破碎等现象。这些现象对港口建筑、航运、停舶等都有一定的影响。波浪的折射是波浪前进方向与海岸斜交时波峰线发生转折的现象。

  波浪折射

  定义:当波浪传播进入浅水区时,如果波向线与等深线不垂直而成一偏角,则波向线将逐渐偏转,趋向于与等深线和岸线垂直,这种现象称为波浪折射。波浪传播方向的变化是因为波速随深度变浅而减小,位于较浅处一端的传播速度相应小于较深一端,这就导致波峰线的偏转。   、

  波浪的作用:在水下地形和不规则的岸线导致等深线曲折的情况下,波浪折射可使某些段落波峰线拉长,也可使另一些段落波峰线缩短,波高也相应发生变化,从而使波能出现辐聚和辐散现象,导致海岸的侵蚀与沉积作用发生。如在凸出的岬角处波浪出现辐聚,能量集中,海岸受蚀;在凹入的海湾处波浪出现辐散,波能扩散,产生沉积。

  (二)潮汐与潮流

  潮汐是由于月球和太阳的引力引起的地球海水面的周期性升降运动。在潮汐涨落的每一周期内,当水位涨到最高位置时,叫高潮或满潮;当水位下降到最低位置时,叫低潮或干潮。从低潮到高潮过程中,水位逐渐上升,叫涨潮;从高潮到低潮过程中,水位逐渐下降,叫落潮。当潮汐达到高潮或低潮的时候,海面在一段时间内既不上升也不下降,分别叫平潮和停潮。平潮的中间时刻叫高潮时;停潮的中间时刻,叫低潮时,相邻的高潮与低潮的水位差叫潮差。

  根据涨潮周期不同,潮汐分为:半日潮、全日潮、不规则半日潮、不规则全日潮。海洋的潮汐现象是由于月球和太阳引力在地球上分布的差异引起的。地球在绕太阳运转的同时,还绕地-月质心运动,因此地球同时受太阳和月球的引力作用,但引潮力并不是引力,而是两天体之间引力和离心力的合力,这种合力才是引起潮汐的原动力。月球质量虽然远小于太阳,但它与地球的距离比太阳与地球的距离近得多,根据万有引力计算可知,月球引潮力是太阳引潮力的2.17倍,可见海洋潮汐主要是由月球引潮力引起的。

  海水受月球和太阳引力而发生潮位升降的同时,还发生周期性的流动,这就是潮流。潮流分为半日潮流、混合潮流和全日潮流。从潮流流向变化分为回转流和往复流。

  潮汐现象对一些河流和海港的航运具有重要意义。大型船舶可趁涨潮进出河流和港口。潮流也可以用来发电。包括我国在内的许多国家已经建成了不少潮汐电站。

  (三)洋流

  ⒈洋流及其分类

  洋流是指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水,从一个海区水平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动。

  洋流按成因分为:①风海流:是在风力作用下形成的,全球绝大部分洋流属于风海流;②密度流:是由于海水密度分布不均引起的海水运动,如大西洋表层的海水经直布罗陀海峡流向地中海,底层海水则由地中海流回大西洋;③补偿流:是由于某种原因海水从一个海区大量流出,而另一个海区海水流来补充而形成的。补偿流既可以在水平方向上发生,也可以在垂直方向上发生;垂直补偿流又可以分为上升流和下降流,如秘鲁寒流属于上升补偿流。

  此外,洋流按本身与周围海水温度的差异分为暖流和寒流。暖流指洋流水温比流经海区水温高的洋流;寒流则相反。洋流按其流经的地理位置又可分为赤道流、大洋流、极地流、沿岸流等。

  作用于洋流的力主要有风对海水的应力和海水的压强梯度力。在这些力的作用下,当海水运动起来后,还产生一系列派生的力,如摩擦力、地转偏向力和离心力等。在这些力的综合作用下,形成复杂的洋流系统。

  由行星风系可以推论出三种洋面流模式:

  (1)北半球的风吹动洋面而最终输送一层方向偏右90°的厚约100m的上层洋流。如下图所示:

  (2)30°~60°N的西南风使上层水流向东南,60°~90°的东北风又使上层水流向西北,导致以60°N为中心形成一个低凹。如下图所示:

  (3)赤道无风带两侧,因北半球的东北风和南半球的东南风,上层水流必然从赤道向外流动。围绕赤道低压系统,北半球部分的洋面流最终将呈反时针方向,而南半球部分则是顺时针方向。由于二者方向相反,因而就形成两个赤道环流。如下图所示:

  ⒉表层洋流分布规律

  从图上不难看出,洋流分布有以下特点:

  ⑴ 以南北回归线的副热带高压为中心形成反气旋型大洋环流:北半球是顺势针大洋环流,南半球是逆时针大洋环流;性质是大洋的西岸暖东岸寒。

  ⑵ 以北半球中高纬海上低压区为中心形成的逆时针大洋环流,性质是大洋的东岸暖西岸寒。

  ⑶ 南半球中高纬度为连续性的西风漂流。

  ⑷ 在南极大陆形成绕极环流。

  ⑸ 北印度洋形成季风环流。冬季北印度洋盛行东北季风,形成反时针方向的东北季风漂流;夏季,北印度洋盛行西南季风,形成顺时针方向的西南季风漂流。影响中国的洋流有黑潮及季风漂流等。

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