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海水的運動

更新時間:2016/8/24 16:45:00  手機版

  海水的運動

  海洋永遠處于不停的運動之中,海水的運動不僅僅發(fā)生在表層,而且直到近底層的深處。海水的運動不僅輸送水量,而且輸送物質和能量,促進了海洋生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán),并影響著全球的氣候和天氣。海水運動的原因主要有:天體作用、太陽輻射作用、氣壓梯度等。海水運動主要有:波浪、潮汐和洋流。

  (一)波浪

  波浪是海洋、湖泊、水庫等寬敞水面上常見的水體運動,其特點是每個水質點作周期性運動,所有水質點相繼振動,引起水面呈周期性的起伏。因為水是一種流體,它在外力作用下,水質點可以離開原來的位置,但在內力(重力、水壓力等)作用下,又有恢復原位的趨勢。這種水質點在其平衡位置附近做近似封閉的圓周運動,便產生了波浪,并引起了波形的傳播。因此,波浪的傳播僅是波形的傳播,而不是水質點的向前移動。

  組成波浪的基本要素有:波峰、波谷、波高、波長、周期、波速等。波浪按波的周期(頻率)分為表面張力波、短周期重力波、長周期重力波、長周期波和長周期潮波;按成因分為風浪、涌浪、內浪、潮浪、海嘯;按水深分為深水波和淺水波;按波形的傳播性質分為前進波(進行波)、駐波;按作用力情況分為強制波和自由波。

  連接不同水層上以勻速旋轉的水分子在波峰和波谷中的點而構成的曲線,叫余擺線。水分子的圓形軌跡到了和波長相等的深度就不再存在,這個深度就是波底,即波浪能量向深處傳遞的極限。如下圖所示:

  波浪傳至淺水或近岸區(qū)域后,由于受地形影響會產生波向的轉折、波浪的折射、波高增大、波浪變形和破碎等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象對港口建筑、航運、停舶等都有一定的影響。波浪的折射是波浪前進方向與海岸斜交時波峰線發(fā)生轉折的現(xiàn)象。

  波浪折射

  定義:當波浪傳播進入淺水區(qū)時,如果波向線與等深線不垂直而成一偏角,則波向線將逐漸偏轉,趨向于與等深線和岸線垂直,這種現(xiàn)象稱為波浪折射。波浪傳播方向的變化是因為波速隨深度變淺而減小,位于較淺處一端的傳播速度相應小于較深一端,這就導致波峰線的偏轉。   、

  波浪的作用:在水下地形和不規(guī)則的岸線導致等深線曲折的情況下,波浪折射可使某些段落波峰線拉長,也可使另一些段落波峰線縮短,波高也相應發(fā)生變化,從而使波能出現(xiàn)輻聚和輻散現(xiàn)象,導致海岸的侵蝕與沉積作用發(fā)生。如在凸出的岬角處波浪出現(xiàn)輻聚,能量集中,海岸受蝕;在凹入的海灣處波浪出現(xiàn)輻散,波能擴散,產生沉積。

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  潮汐是由于月球和太陽的引力引起的地球海水面的周期性升降運動。在潮汐漲落的每一周期內,當水位漲到最高位置時,叫高潮或滿潮;當水位下降到最低位置時,叫低潮或干潮。從低潮到高潮過程中,水位逐漸上升,叫漲潮;從高潮到低潮過程中,水位逐漸下降,叫落潮。當潮汐達到高潮或低潮的時候,海面在一段時間內既不上升也不下降,分別叫平潮和停潮。平潮的中間時刻叫高潮時;停潮的中間時刻,叫低潮時,相鄰的高潮與低潮的水位差叫潮差。

  根據漲潮周期不同,潮汐分為:半日潮、全日潮、不規(guī)則半日潮、不規(guī)則全日潮。海洋的潮汐現(xiàn)象是由于月球和太陽引力在地球上分布的差異引起的。地球在繞太陽運轉的同時,還繞地-月質心運動,因此地球同時受太陽和月球的引力作用,但引潮力并不是引力,而是兩天體之間引力和離心力的合力,這種合力才是引起潮汐的原動力。月球質量雖然遠小于太陽,但它與地球的距離比太陽與地球的距離近得多,根據萬有引力計算可知,月球引潮力是太陽引潮力的2.17倍,可見海洋潮汐主要是由月球引潮力引起的。

  海水受月球和太陽引力而發(fā)生潮位升降的同時,還發(fā)生周期性的流動,這就是潮流。潮流分為半日潮流、混合潮流和全日潮流。從潮流流向變化分為回轉流和往復流。

  潮汐現(xiàn)象對一些河流和海港的航運具有重要意義。大型船舶可趁漲潮進出河流和港口。潮流也可以用來發(fā)電。包括我國在內的許多國家已經建成了不少潮汐電站。

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  洋流是指海洋中具有相對穩(wěn)定的流速和流向的海水,從一個海區(qū)水平地或垂直地向另一個海區(qū)大規(guī)模的非周期性運動。

  洋流按成因分為:①風海流:是在風力作用下形成的,全球絕大部分洋流屬于風海流;②密度流:是由于海水密度分布不均引起的海水運動,如大西洋表層的海水經直布羅陀海峽流向地中海,底層海水則由地中海流回大西洋;③補償流:是由于某種原因海水從一個海區(qū)大量流出,而另一個海區(qū)海水流來補充而形成的。補償流既可以在水平方向上發(fā)生,也可以在垂直方向上發(fā)生;垂直補償流又可以分為上升流和下降流,如秘魯寒流屬于上升補償流。

  此外,洋流按本身與周圍海水溫度的差異分為暖流和寒流。暖流指洋流水溫比流經海區(qū)水溫高的洋流;寒流則相反。洋流按其流經的地理位置又可分為赤道流、大洋流、極地流、沿岸流等。

  作用于洋流的力主要有風對海水的應力和海水的壓強梯度力。在這些力的作用下,當海水運動起來后,還產生一系列派生的力,如摩擦力、地轉偏向力和離心力等。在這些力的綜合作用下,形成復雜的洋流系統(tǒng)。

  由行星風系可以推論出三種洋面流模式:

 。1)北半球的風吹動洋面而最終輸送一層方向偏右90°的厚約100m的上層洋流。如下圖所示:

  (2)30°~60°N的西南風使上層水流向東南,60°~90°的東北風又使上層水流向西北,導致以60°N為中心形成一個低凹。如下圖所示:

 。3)赤道無風帶兩側,因北半球的東北風和南半球的東南風,上層水流必然從赤道向外流動。圍繞赤道低壓系統(tǒng),北半球部分的洋面流最終將呈反時針方向,而南半球部分則是順時針方向。由于二者方向相反,因而就形成兩個赤道環(huán)流。如下圖所示:

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  從圖上不難看出,洋流分布有以下特點:

  ⑴ 以南北回歸線的副熱帶高壓為中心形成反氣旋型大洋環(huán)流:北半球是順勢針大洋環(huán)流,南半球是逆時針大洋環(huán)流;性質是大洋的西岸暖東岸寒。

 、 以北半球中高緯海上低壓區(qū)為中心形成的逆時針大洋環(huán)流,性質是大洋的東岸暖西岸寒。

 、 南半球中高緯度為連續(xù)性的西風漂流。

 、 在南極大陸形成繞極環(huán)流。

 、 北印度洋形成季風環(huán)流。冬季北印度洋盛行東北季風,形成反時針方向的東北季風漂流;夏季,北印度洋盛行西南季風,形成順時針方向的西南季風漂流。影響中國的洋流有黑潮及季風漂流等。

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