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)的研究對象和特點(diǎn)是什么？

海洋科學(xué)研究的對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)開展的前景如何？

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)根底理論和應(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)研究與效勞,

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，不僅縮短了與興旺國家的差距，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：地球外表總面積約5.1XlO'km?,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；而陸地是相互別離的，故沒有統(tǒng)一的

世界大陸。在地球外表，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。

地球外表是崎嶇不平的，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，可將其分為主要局部和附屬局部。

主要局部為洋，附屬局部為海、海灣和海峽。

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

為四大局部，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。

海是海洋的邊緣局部，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，平均深度一般在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？說明其組成局部是如何界定的。

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、海灘和水下岸坡三局部。

海岸是高潮線以上狹窄的陸上地帶，大局部時(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。

海灘是上下潮之間的地帶，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)的海底局部，又稱潮下帶，其卜.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，交叉作用卜分復(fù)雜，故海岸形態(tài)也錯(cuò)綜熨雜，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根本類型。

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

Oangaea）,其周圍是圍繞泛大陸的全球統(tǒng)一海洋一一泛大洋。中生代以后，聯(lián)合古陸解體、

分裂，具碎塊一一即現(xiàn)代的各大陸塊逐漸漂移到今日所處的位置。由于各大陸別離、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)展移動的速度大約為每年幾厘米。

板塊構(gòu)造學(xué)說的根本內(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，會呈現(xiàn)出塑性或緩慢流動的性質(zhì)。因此巖石圈可以漂浮住軟流圈

之上作側(cè)向運(yùn)動。

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

運(yùn)動。位于巖石圈板塊上面的大陸塊，伴隨著板塊的運(yùn)動而被動地發(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那么區(qū)別。

內(nèi)在聯(lián)系：集大陸漂移和海底擴(kuò)張說為一體的板塊構(gòu)造理論能夠比擬成功地解釋幾乎所有

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)動一消亡過程中所發(fā)生的各種構(gòu)造活動和構(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、鋪結(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

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r的單位可以用開爾文每

米（K/m）或攝氏度每米（℃/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.

（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p°）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。假設(shè)其現(xiàn)場溫度為3絕熱上升到海面溫度降低了△{,

那么該深度海水的位溫二5

在分析大洋底層水的分布與運(yùn)動時(shí)，由于各處水溫差異甚小，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

便單位質(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，迫特里希（Dietrich,1980）給出的公

式為

L=（2502.9-2.720t）X103J/kg（3-9）

適用范圍為。?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，那么是海水蒸發(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)回到水中的過程到達(dá)動態(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。

對于海水而言，由于“鹽度”存在，那么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（相對于外表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

式中n為熱傳導(dǎo)面的法線方向，入為熱傳導(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)動引起的熱傳導(dǎo)，稱為分子熱傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)系數(shù)L為IO1

11

量級。例如在101325Pa氣壓和10℃時(shí)，純水的Xt=0.582W?m?°C',30℃時(shí)，

1

Xt=0.eOTW-m-r,,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)緩慢。海水的熱導(dǎo)

系數(shù)3，比純水的稍低，且隨鹽度的增大概有減小。3主要與海水的性質(zhì)有關(guān)。

假設(shè)海水的熱傳導(dǎo)是由海水塊體的隨機(jī)運(yùn)動所引起，那么稱為渦動熱傳導(dǎo)或湍流熱傳導(dǎo)。

渦動熱傳導(dǎo)系數(shù)3主要和海水的運(yùn)動狀況有關(guān)。因此，在不同季節(jié)、不同海域中，3有

較大差異，其量級一般為?10)所以渦動熱傳導(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)，那么需要1000年的時(shí)間才能在300m的深度上使溫度上升到36。當(dāng)然

在3.4.3講述“雙擴(kuò)散”對流時(shí)，分子熱傳導(dǎo)的作用是不可無視的。

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)的形式相對應(yīng)。

另外，海水的動量傳輸?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

t,2-0.000758Z

(3—11)

式中Z為海水的深度(口)。在上述根底上，Millero等(1976)又提出了新的公式

tF-0.0575S+1.715023X10W'2-2.154996*10-號-7.53X10sp(3-12)

式中S為實(shí)用鹽度，p的單位為帕(Pa)o

雖然海水最大密度溫度卻―)與冰點(diǎn)溫度3都隨鹽度的增大而降低，但前者降得更快。當(dāng)

S=24.695時(shí),兩者的對應(yīng)溫度皆為T.33C,當(dāng)鹽度再增大時(shí)，3加⑹就低于tf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運(yùn)動時(shí)，由于水分子的不規(guī)那么運(yùn)動或者海水塊

體的隨機(jī)運(yùn)動（湍流），在兩層海水之間便有動量傳遞，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，淡水一側(cè)的水會慢慢地滲向海水一側(cè)，使海水一側(cè)的壓力增大，直至到

達(dá)平衡狀態(tài)。此時(shí)膜兩邊的壓力差，稱為滲透壓。

（三）海水的外表張力：液體的自由外表上，由于分子之間的吸引力所形成的合力，使自由

外表趨向最小，這就是外表張力。

（一）海水的粘滯性

當(dāng)相鄰兩層海水作相對運(yùn)動時(shí)，由于水分子的不規(guī)那么運(yùn)動或者海水塊體的隨機(jī)運(yùn)動（湍

流），在兩層海水之間便有動量傳遞，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

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

單位是帕秒，記為Pa-s；J/P稱為運(yùn)動學(xué)粘滯系數(shù)，單位是平方米每秒，記為布?$工

P隨鹽度的增大概有增大，隨溫度的升高卻迅速減小。

單純由分子運(yùn)動引起的H的量級很小。在討論大尺度湍流狀態(tài)下的海水運(yùn)動時(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)，而渦動粘滯系

數(shù)那么與海水的運(yùn)動狀態(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，

淡水一側(cè)的水會慢慢地滲向海水一側(cè)，使海水一側(cè)的壓力增大，直至到達(dá)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。

海水滲透壓對海洋生物有很大影響，因?yàn)楹Ｑ笊锏募?xì)胞壁就是一種半滲透膜，不同海洋

生物的細(xì)胞壁性質(zhì)有別，所以對鹽度的適應(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）海水的外表張力

在液體的自由外表上，由于分子之間的吸引力所形成的合力，使自由外表趨向最小，這就

是外表張力。海水的外表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

增多也會使海水外表張力減小。外表張力對水面毛細(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

在分析大洋底層水的分布與運(yùn)動時(shí)，由于各處水溫差異甚小，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流混合仍不停止，因此只有當(dāng)對流混合層的溫度同時(shí)到

達(dá)冰點(diǎn)時(shí)，海水才會開始結(jié)冰。所以海水結(jié)冰可以從海面至對流可達(dá)深度內(nèi)同時(shí)開始。也

正因?yàn)槿绱?，海冰一旦形成，便會浮上海面，形成很厚的冰層?/p>

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根本特征。

從宏觀上看，世界大洋中溫、鹽、密度場的根本特征是：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很小；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，根本呈層化狀態(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水平方向上要大得多，因?yàn)榇笱蟮乃匠叨?/p>

比其深度要大幾百倍至兒千倍。

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?！?/p>

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。

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？（好似沒什么答案）

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，大局部是以有機(jī)絡(luò)合物形式存在的。在自由離子中僅有

一小局部以二價(jià)正離子形式存在，大局部都是以負(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N1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1X1（F

7g/kg的成分。屬于此類的有陽離子Na',K+,Ca2\Mg?'和S—.五種，陰離子有

cr,sobBf,Hcoj（coQ,F.五種,還有以分子形式存在的H3BO3,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，生物活動和總鹽度變化

對其影響都不大，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)常受到植物活動的影響，其含量很低時(shí)，會限制植物的

正常生長，所以這些要素對生物有重要意義。

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）以上平均為幾十年，而在深層那么為1000年左右。

如果元素逗留時(shí)間大于更新的時(shí)間，那么在整個(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。

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8.1,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。

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)模相對穩(wěn)定的流動，是海水重要的普遍運(yùn)動形式之一。

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，形成風(fēng)生海流。由于海水運(yùn)動中粘滯性對動量的消耗，

這種流動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。

描述海水運(yùn)動的方法有兩種：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)起來比擬困難，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)動軌跡。

2.引起海水運(yùn)動的力有哪些？

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。

8.海水運(yùn)動方程的根本形式是什么？

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

質(zhì)量海水的運(yùn)動方程可以寫成

在直角坐標(biāo)系統(tǒng)中，它的三個(gè)分量方程為

式中u,V,W分別為X,y,Z方向上的流速分量，EFX,EFy,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)動狀況。

11.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。與此同時(shí)科氏力便相應(yīng)起

作用，不斷地改變海水流動的方向，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)，海水的流動便到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

假設(shè)不考慮海水的湍應(yīng)力和其它能夠影響海水流動的因素，那么這種水平壓強(qiáng)梯度力與科

氏力取得平衡時(shí)的定常流動，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）X102m/s的速度移動著，這些流泯稱為“中尺度泯”。

第六章海洋中的波動現(xiàn)象

1.海洋中的波動現(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，波長可以從幾皂米到幾千千

米。

波浪分類可從不同角度給出不同的稱謂。例如，按相對水深（水深與波長之比，即h/1）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

波動發(fā)生的位置又有外表波、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

2.小振幅重力波剖面方程中各符號的含義是什么？

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

動的許多現(xiàn)象。小振幅重力波系指波動振幅相對波長為無限小，重力是其唯一外力的簡單

海面波動。

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)波動是二維的，只在x方

向上傳播，那么波剖面方程可用以卜止弦曲線表不，RJ：

<=asin（kx-ot）（6-1）

式中a為波動的振幅，C為波面相對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

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：

°2=kgtanh（kh）=kgtanh（2冗h(yuǎn)/人）"（6-2）稱為頻散關(guān)系。式中g(shù)為重力加速度。

AO

c=-c=—

由式（6T）可見，當(dāng)（kx-。t）=Ji/2B寸，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狀態(tài)；

消浪那么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。

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。

消浪的特征：涌浪的波面比擬平坦，光滑，波峰線長，周期、波長都比擬大，在海上的傳

播比擬規(guī)那么。

觀測說明，在海洋中風(fēng)浪和涌浪會單獨(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，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)由第一次正對月球中心到第二次正對時(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平太陰日二24.8412平太陽時(shí)&24h50inin

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，可見地球外表各點(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根本思想。

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)。

潮汐靜力理論根本思想：這一理論假定：

⑴地球?yàn)橐粋€(gè)圓球，其外表完全被等深的海水所覆蓋，不考慮陸地的存在；

⑵海水沒有粘滯性，也沒有慣性，海面能隨時(shí)與等勢面重疊；

⑶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)的上升或卜.降，直

到在重力和引潮力的共同作用下，到達(dá)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)，地球的外表相對于橢球形的海面運(yùn)動，這就造成了地球外表上的固定點(diǎn)發(fā)

生周期性的漲落而形成潮汐，這就是平衡潮理論的根本思想。

第八章大氣與海洋

8.什么是臺風(fēng)？它的根本結(jié)構(gòu)如何？

一、一般說明

臺風(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，是到達(dá)一定強(qiáng)度的熱帶

氣旋。臺風(fēng)伴有狂風(fēng)暴雨，是一種災(zāi)害性天氣系統(tǒng)。世界各地對臺風(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。臺風(fēng)的生命期一般為

3?8天,臺風(fēng)直徑一般為600?1000km,最大的可達(dá)2000km,最小的只有l(wèi)()()km。在北

半球，臺風(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)以上可以開展成臺風(fēng)，臺風(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

息數(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、臺風(fēng)的結(jié)構(gòu)

臺風(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)。開展成熟的臺風(fēng)其要素值多呈圓形對稱分布，臺風(fēng)渦旋半徑一般為5()()?

1000km,鉛直范圍一般到對流層頂。臺風(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?lOhPMOkm,臺風(fēng)過境時(shí)，測站氣壓自記仙線出現(xiàn)明顯的漏斗狀氣

壓深谷，開展成熟的臺風(fēng)往往有臺風(fēng)眼，即在深厚云區(qū)的中間有一個(gè)直徑為幾十千米近似

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。臺風(fēng)眼區(qū)外圍

的圓環(huán)狀云區(qū)稱為臺風(fēng)云墻或眼壁，云墻區(qū)主要是由一些高大對流云組成，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，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。臺風(fēng)云墻到臺風(fēng)外緣是臺

風(fēng)的螺旋云雨帶，它也是臺風(fēng)的重要特征之一，是由一條或兒條螺旋云帶旋向臺風(fēng)中心眼

壁的，云帶區(qū)對流活動旺盛，有顯著的上升運(yùn)動。

臺風(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。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風(fēng)中心區(qū)。臺

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)資料給出了成熟臺風(fēng)的三維結(jié)構(gòu)模式，圖

8-13a(圖略)是臺風(fēng)頂部流場特征，空氣從臺風(fēng)中心向四周流出，從眼壁至200km處呈氣

旋性輻散流出，之外那么呈反氣旋性流出。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流云帶的情況，b圖是與a圖對應(yīng)的臺風(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。臺風(fēng)頂部空氣輻散外流，在臺風(fēng)外部開始下沉，形成臺風(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。臺風(fēng)中心也有速度不大的下沉氣流。

9.什么是ENSO?它對氣候變化有什么影響？

ENSO是厄爾尼諾現(xiàn)象和南方濤動的合稱。

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

FNSO期間，赤道東太平洋持續(xù)升溫，對熱帶大氣環(huán)流的影響最為直接°而熱帶大氣環(huán)流

的異常變化，也必牽動全球大氣環(huán)流，因而會在全球范圍內(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)動區(qū)，而在赤道東太平