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第二章海浪和海流第一节海浪第一小节概述
一、波浪（Wave）要素
1、波峰波面的最高点
2、波谷一一波面的最低点
3、波高（H）——相邻波峰与波谷之间的垂直距离
4、波幅（a）——波高的一半，a=H/2o
5、波长（入）一一相邻两波峰或相邻两波谷之间的水平距离
6、波陡
（6）——波高与波长之比，5=H/XO
7、周期（T）——相邻的两波峰或两波谷相继通过一固定点所需要的时间
8、频率（f）——周期的倒数，f=l/To
9、波速（C）——波峰或波谷在单位时间内的水平位移（波形传播的速度），C=X/To
10、波峰线一一通过波峰垂直于波浪传播方向的线
11、波向线一一波形传播的方向线，垂直于波峰线
二、波浪的分类
1、按周期或频率分类海浪大部分能量集中在周期4〜12s的范围内，属重力波范围最常见的重力波是风浪和涌浪
2、按成因分类1）风浪和涌浪风浪（WindWave）风的直接作用所引起的水面波动（无风不起浪）涌浪（Swell）——风浪离开风区传至远处，或者风区里风停息后所遗留下来的波浪（无风三尺浪）2）海啸（Tsunami又称地震波）——由于海底或海岸附近发生地震或火山爆发所形成的海面异常波动特点周期长，波长长，波速大，在外海坡度很小，当传至近岸时，波高剧增世界上常受海啸袭击的国家和地区有日本、菲律宾、印度尼西亚、加勒比海、墨西哥沿岸、地中海3）风暴潮（StormSurge）——由强烈的大气扰动（强台风、强锋面气旋、寒潮大风等）引起的海面异常上升现象主要原因海面气压分布不均匀一一气压每下降IhPa海面约升高1cm；大风一一风暴向岸边移动时，受强风牵引海水涌向岸边，海面升高，升高幅度与风速的平方成正比我国风暴潮多发区莱州湾、渤海湾、长江口至闽江口、汕头至珠江口、雷州湾和海南岛东北角，其中莱州湾、汕头至珠江口是严重多发区4）内波（InternalWave）——密度相差较大的水层界面上的波动内波对航行船舶的影响死水和共振船舶克服“死水”和“共振”的有效方法是改变航速和航向
3、按水深相对于波长的大小分类1）浅水波（入？水深h入叁20水深h）C=（gh）1/2波速与波长和周期无关，只取决于水深2）深水波（水深hX/2）波速与波长和周期有关，与水深无关
三、水质点的运动与波形传播的关系
1、深水波水质点的运动轨迹是圆，海表面的水质点的轨迹直径等于波高，水质点运动到最高位置时运动方向与波向一致，运动到最低位置时，运动方向与波向相反波面上每个水质点在自己的平衡位置附近完成一次圆周运动时，整个波形就向前传播一个波长的距离
2、浅水波水质点的运动轨迹是椭圆，水质点运动到最高位置时，运动方向与波向一致，运动到最低位置时，运动方向与波向相反波面上每个水质点在自己的平衡位置附近完成一次椭圆周运动时，整个波形就向前传播一个波长的距离总结波浪沿海面向前传播，水质点在原地附近作周期运动一一前进波第二小节群波和驻波（简述）
一、群波（GroupofWaves）——当许多周期和波长不同但很相近的简单波动沿着同一方向传播时，在固定地点，有时出现振幅大的波动，有时出现振幅小的波动，两者相继交错发生，看起来大波是一群一群出现的，称之为群波深水波的群速为相速的一半；浅水波的群速与相速相同
二、驻波（StandingWave）——波面随振幅的变化作上、下振动而波形不向前传播的波浪当两列振幅、波长、周期相近但传播方向相反的前进波相叠加时，会形成驻波在海滨峭壁处常出现驻波；热带气旋眼区的“金字塔”浪亦属于驻波第三小节风浪、涌浪和近岸浪
一、风浪（WindWave）
1、特征——周期短、波峰尖、波长短、波峰线短，波面不规则，易破碎方向（指来向）与风向较为一致
2、影响风浪成长的三要素1）几个概念风区一一风速、风向近似一致的风作用的海域范围沿风吹的方向，从风区上沿至下沿的距离，称为风区长度或风程风时一一近似一致的风速和风向连续作用于风区的时间2）风速、风时、风区与风浪成长的关系一一风浪的三种状态过渡状态一一风区内各点波浪要素随风吹刮时间增加而增长（尤指波高）因此，在过渡状态，风时长短决定风浪的成长，风时越长，波高越大定常状态一一随风时的不断延长，风区内离风区上沿较近的点上的浪高不再增长，这些点上的浪即进入定常状态离风区上沿越近，波浪进入定常状态的时间越早，波高也越低因此，处于定常状态的风浪的波高取决于该点离风区上沿的远近（即该点的风程长短）充分成长状态一一风区、风时无限时，风浪成长到一定程度后停止发展（并变得不稳定，破碎），这种状态即为充分成长状态风区、风时无限的情况下，风速越大，处于充分成长状态的风浪波高越大，因此，充分成长的风浪波高取决于风速对于给定的风速，风浪要达到充分成长状态，风时需不低于某一值，风区长度也不低于某一值，这就是对应于该风速的最小风时和最小风区因此，海面上的浪要达到充分成长状态，风速、风时、风区是决定性的三要素
3、浅水中风浪的成长风速、风时、风区相同时，浅水区的风浪尺寸比深水区的小得多
二、涌浪（Swell）
1、特征——波形规则，波峰圆滑，波长长，波峰线长，周期长，移速快方向（来向）与海面实际风向无关，两者间可成任意角度
2、传播特性——波长大的衰减慢，波长小的衰减快，随着传播距离的增加，波高逐渐降低，周期不断增大，波长增加
三、近岸浪波浪传至浅水区域后，由于水深变浅、地形等影响，传播方向、波形发生改变，经变形后的浪称为近岸浪
1、波向的改变——折射，波向斜向入射时，受海底地形和海岸的作用，波峰线逐渐趋于与等深线平行，即波峰平行于海岸线——绕射，波浪遇到岛屿、海岬、防波堤等障碍物时，会绕过障碍物进入被障碍物遮蔽的水域反射O
2、波高变化——波浪进入开敞海岸浅水区时，波高增大，波长变短，波陡增加，易翻卷破碎——波浪绕射进入海湾时，波高降低——岬角地形处的波高比凹陷处的高
四、其它因素对波高的影响
1、波流效应流速2~3kn风速10〜15mzs时，波浪运动方向与海流运动方向相反或接近相反时，波高增加最大，增幅达20%〜30%波浪运动方向与海流运动方向相同时，波高降低，波长增加
2、水、气温差Tw-Ta=l℃波高增加5%；Tw-Ta=2℃波高增加10%；Tw-Ta=10℃波高增加50%；第四小节有效波高和合成波高
一、几种常用的统计波高
1、平均波高——连续观测几个波，取所有波高的平均值平均H=£Hi/n
2、有效波高部分大波的平均波高一一将连续观测到的波高按大小排列起来并就其中最高的一部分波高计算平均值例如如果共观测1000个波，将这些波高按从大到小的顺序排列起来，取其中波高最大的100列波高计算平均波高，得到1/100大波平均波高，记为H1/100同理，有Hl/
1000、Hl/
10、Hl/3o其中，H1/3称为有效波高，波浪预报图上的波高即为有效波高
3、合成波高――风浪波高与涌浪波高的合成，HE=（Hw2+Hs2）1/2波浪分析图上的波高为合成波高公式中Hw——平均显著风浪波高；Hs——平均显著涌浪波高
二、有效波高与其它统计波高的关系设有效波高Hl/3=lm则平均H=
0.63mHl/10=
1.27mHl/100=
1.61mHl/1000=
1.94m第二节海流第一小节海流概述
一、概念
1、定义海流（OceanCurrent）——海洋中大规模的海水以相对稳定的速度所作的定向流动流向一一海水流去的方向，与风向的表示方法相差180，用8方位或以度为单位表示；流速一一单位用kn（节，海里/小时）或nmile/d（海里/日）表示
2、强度的表示方法主轴一一海流流动方向上流速最大点的连线流幅一一垂直于主轴的海流的水平宽度和上下厚度用来表示海流的规模海流的强弱一一常用平均流速或平均流量表示，平均流速大或平均流量大，则海流强；反之则弱
二、海流的分类
1、按成因分类可分为风海流、地转流、补偿流、潮流等1）地转流（GeostrophicCurrent）当海水等压面发生倾斜，海水受到的水平压强梯度力和水平地转偏向力平衡时出现的稳定流动，其流动形式类似于大气运动中的地转风a）倾斜流（SlopeCurrent）——由不均匀的外压场作用引起海水等压面倾斜而产生的地转流流速大小与等压面的倾斜程度有关，倾斜度越大，流速就越大；流向与等压面的倾斜方向有关，在北半球，观测者若背流而立，则右边等压面高，左边等压面低，南半球正好相反；并且，流向和流速不随深度改变b）密度流（DensityCurrent又称梯度流）——单纯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密度流随深度增加而减弱在北半球若观测者背流而立，则右边等压面高，海水密度小（水温高），左边等压面低，海水密度大（水温低）；南半球正好相反2）补偿流（CompensationCurrent）——由于某处的海水流失，其它地方的海水流过来补偿形成的海流补偿流有水平方向的，也有垂直方向的垂直方向的补偿流又可分为上升流（即涌升流）和下降流出现上升流的海区，上升流使表层海温降低3）潮流（TidalCurrent）——由天体引潮力引起的海水周期性的水平运动在大洋中，潮流的量值极小，主要考虑风海流和地转流，在近海，尤其是岛屿、海湾和海峡地区，潮流则比较显著因此在实践中，有时把海岸带的海流只分为潮流（周期性的海流）和余流（非周期性的海流）
2、按温度属性分类暖流（WarmCurrent）海流的水温高于它所经海域的水温；寒流或冷流（ColdCurrent）一—海流的水温低于它所经海域的水温；中性流（NeutralCurrent）海流的水温与它所经海域的水温相差不大另外，根据流向与海岸的相对关系，可将海流分为沿岸流、向岸流和离岸流
三、风海流（Wind-driven/generatedCurrent）
1、成因风海流是在海面风的作用下形成的海水流动当风的切应力、海水摩擦力和地转偏向力达到平衡时，就形成了稳定的海流是海洋中最常见也是最主要的海流，其强度通常比其它海流强得多通常情况下提到的风海流指漂流（Drift）——由大范围盛行风长期吹刮所引起的，流向、流速常年比较稳定，因此又称为定海流或定常流
2、特点在无限深海中，由于地转偏向力的作用，表层流向在北半球偏于风去向之右45°在南半球偏于风去向之左45；表层流速最大，与海面风速成正比随海水深度的增加，北半球风海流的流向逐渐向右偏转，南半球逐渐向左偏转；流速逐渐减小；到摩擦深度时，流向与表层流向相反，流速仅为表层流速的
4.3%左右观测和理论计算表明，大洋中的摩擦深度约为200〜300米，因此风海流属于表层流
四、海底地形对海流的影响当海流流经水下隆起的地形（海脊等）时，在上爬过程中，流速增大，流向发生顺时针（北半球，南半球逆时针）方向偏转；在下坡过程中，流速减小，流向发生逆时针（北半球，南半球顺时针）方向偏转当海流流经水下凹地时，流速减小，流向发生逆时针（北半球，南半球顺时针）方向偏转;越过水下凹地后，流速增大，流向发生顺时针（北半球，南半球逆时针）方向偏转第二小节世界大洋表层环流模式—信风流（TradeWindDrift）在稳定的东北信风作用下，形成了北赤道流，在东南信风作用下，形成了南赤道流它们均自东向西流动，横贯大洋，属于中性流南、北赤道流并不完全对称分布在赤道两侧，夏季偏北，冬季偏南，除南印度洋的南赤道流位于10S与南回归线之间外，其它洋面总体上稍偏向北半球
二、赤道逆流（EquatorialCounter-current）南、北赤道流到达大洋西岸时受大陆的阻挡分支而成，自西向东流动，是中性流位置与赤道无风带一致，偏于赤道以北，约在3N〜5N到10°N~12°N之间
三、西边界流南、北赤道流流到大洋西岸后分支，主体转向高纬沿着大陆边缘流动，成为西边界流西边界流流速大、水温高是较强的暖流，世界上所有强大的暖流都集中在大洋的西边界上，如黑潮、湾流等西边界流将大量的热量和水汽向高纬度输送，对中高纬海区的海况和气候产生巨大影响
四、西风漂流（WestWindDrift）西边界流进入盛行西风带后便形成了基本上自西向东流动的西风漂流在南半球，因无大陆阻隔，三大洋西风漂流彼此沟通，形成一个围绕南极自西向东流动的连续水环北大西洋西风漂流具有暖流特性，且可一直保持到横越大洋；北太平洋西风漂流是中性流;南半球的西风漂流则具有寒流特性
五、东边界流西风漂流流至大洋东岸分支，一支主流沿着大陆的西海岸流向低纬，成为大洋的东边界流东边界流流动缓慢，流幅宽广，是寒流东、西边界流、赤道流和西风漂流，构成了大约在纬度40以内的大的暖水环流圈，北半球顺时针旋转，南半球逆时针旋转
六、高纬冷水环流圈在北半球，西风漂流到达大洋东岸向高纬的分支是暖流，进入极地东风带后，在风系和岸形的影响下，先向西然后在大洋西部折向南行，具有寒流性质它大约在40°N附近与西风漂流汇合，于是在高纬构成一个反时针方向的小的冷水环流圈
七、南极海流在南半球，三大洋西风漂流彼此连通成为南极绕极环流，而没有出现高纬的冷水环流圈仅在南极大陆周围出现受极地东风影响而产生的自东向西的南极海流，这种海流常被南极岸形和其它因素影响而发生的地方性海流所切断总结海流系统的形成是盛行风带、地转偏向力、海陆岸形分布等多种因子共同作用的结果第三小节世界大洋主要表层海流系统
一、太平洋的海流系统北太平洋的暖水环流圈北赤道流（中性）、黑潮（Kuroshio强暖流）、北太平洋海流（中性流）、加利福尼亚海流（寒流）北太平洋的冷水环流圈北太平洋海流（中性）、阿拉斯加海流（暖流）、阿留申海流（暖流）、亲潮（Oyashio寒流）南太平洋的暖水环流圈南赤道流（中性）、东澳海流（暖流）、西风漂流（寒流）、秘鲁海流（世界大洋中行程最长的一股寒流）
二、大西洋的海流系统北大西洋的暖水环流圈北赤道流（安的列斯海流、圭亚那海流，中性）、墨西哥湾流（GulfStream最强暖流）、北大西洋海流（暖流）、加那利海流（寒流）北大西洋的冷水环流圈北大西洋海流（暖流）、挪威海流（暖流）、爱尔明格海流（暖流）、东格陵兰海流（寒流）、西格陵兰海流（暖流）、拉布拉多海流（寒流，将大量的冰山和浮冰沿北美东岸向南带往纽芬兰岛附近）南大西洋的暖水环流圈南赤道流（中性）、巴西海流（暖流）、福克兰海流（寒流，夹带冰山）、西风漂流（寒流）、本格拉海流（寒流）
三、印度洋的海流系统北印度洋的海流主要受季风影响，称为季风流冬季，吹东北季风，表层流向向西或西南方向，称为东北季风流，与向东流去的赤道逆流构成了逆时针方向的环流系统（左旋流）夏季，盛行西南季风，流向向东或东北方向，称为西南季风流，与南赤道流构成顺时针方向的环流系统（右旋流）注意夏季在索马里沿岸有一支流向东北的索马里海流，流速较大，一般都在4kn以上，最大可达7kn；赤道逆流消失，整个北印度洋直到5S表层海流均为东流南印度洋的暖水环流圈南赤道流（中性）、马达加斯加海流（暖流）、莫桑比克海流（暖流）、厄加勒斯海流（暖流）、西风漂流（寒流）、西澳海流（寒流）
四、红海和亚丁湾的海流系统红海和亚丁湾的海流属季风流东北季风期间，亚丁湾是西向海流，通过曼得海峡进入红海西南季风期间，红海海流经曼得海峡流入亚丁湾，亚丁湾为东向海流
五、地中海和黑海的海流系统地中海的海流总体上为逆时针方向环流，非洲沿海是东流，欧亚沿海为西流黑海的海流总体上也是逆时针方向流动第四小节中国近海的海流系统
一、渤海、黄海和东海的海流系统渤海、黄海和东海统称东中国海东中国海的海流系统由外海流和沿岸流两支流系组成
1、外海流系外海流系由黑潮主干及其分支（台湾暖流、对马暖流和黄海暖流）组成黑潮高温、高盐，冬弱夏强
2、沿岸流系我国沿岸的江河入海，把沿岸海水冲淡，这些被冲淡的海水沿岸边流动构成沿岸流系沿岸流由北向南流动，冬季具有明显的寒流性质，冬强夏弱我国沿海自北向南主要有辽南沿岸流、辽东沿岸流、渤海沿岸流、苏北沿岸流和闽浙沿岸流等
二、南海的海流系统南海表层海流具有季风漂流的特性冬季东北季风期间，盛行西南向的漂流，具有明显的左旋环流特点夏季西南季风期间，主要为东北流，为右旋环流冬季和夏季，南海西部的海流均比东部的强，强流区在越南近海第五小节大洋上风与浪的分布概况
一、世界大洋上主要狂风恶浪海域的成因
1、狂风恶浪分布海域——冬季北太平洋中高纬海域——冬季北大西洋中高纬海域——夏季北印度洋海域——南半球咆哮西风带（全年）还有处于重要航道上的比斯开湾和好望角等处
2、成因1）冬季北太平洋和北大西洋中高纬海域处于盛行西风带内，又与极锋的平均位置重合，极锋上多锋面气旋生成和活动，风大浪大；海域西部是世界上强大的冷、暖海流交汇的地区北大西洋湾流与拉布拉多寒流、北太平洋黑潮与亲潮交汇，从寒流上流过的冷空气和从暖流上流过的暖空气温度对比更加强烈，加剧了锋面和气旋的形成，并促使其强烈发展；冬季，位于两大洋中高纬地区的永久性大气活动中心阿留申低压和冰岛低压十分强盛，低压中心和周围海域风力强劲，海面相应产生大浪，大风大浪范围可伸展到中纬度地区北大西洋东部的比斯开湾，因湾口朝向盛行西风带，再加上湾内水深变浅以及地形影响和波流效应，使盛行西风吹刮成的海浪波高大大增加，有气旋经过时波高更大2）夏季北印度洋强大西南季风的影响3）南半球中高纬海域陆地少地形简单，尤其是50°〜60S附近，海洋环绕地球，海面摩擦力小，又位于盛行西风带中，风向终年稳定，西风强劲，因而伴生狂浪更加厉害其中位于非洲南端的好望角形成岬角地形，西风受岬角地形影响在角端附近加速，使好望角附近洋面风浪的险恶程度尤为显著第六小节中国近海风与浪的分布概况
一、中国近海风的分布中国近海地处东亚季风区冬季风（11〜3月）风向稳定，风力较强，自北向南，渤海、黄海吹西北风或北风，东海南部转为东北风，南海北部和中部为一致的东北风，南海南部转为偏北风风向呈顺时针变化夏季风（6〜8月）持续时间比冬季风短，稳定性也差于冬季风，7月，5〜20N为西南风，20°N以北为东南风据统计，东海盛行风频率最高，南海次之，黄、渤海最低8级以上大风年平均日数，东海沿岸最多，黄、渤海沿岸次之，南海沿岸最少
二、中国近海海浪的分布中国近海的海浪主要受季风制约冬季以偏北向波浪为主，夏季各海区多偏南向浪山东半岛成山头外海，由于岬角效应，冬、夏风浪和涌浪强度均有所增大，并以秋末冬初的月份更加显著山东半岛成山头附近、朝鲜济州岛附近及以南海域、日本琉球群岛西侧海域、台湾海峡及其西南方海域和台湾以东近海海面为中国近海的大浪区，冬季更显著。
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