海水的自然属性及其对海流形成的影响

二、海水的自然属性

1.海水的化学成分

海洋环境的固有特性首先是海水的自然属性，水是所有海洋生物生存空间的介质，是构成海洋动物和植物体的最大成分。但是，海水不同于纯水，含有某些溶解性气体（一定量的O₂、CO₂）和矿物质。海水含3.5％的盐类物质，这些可溶解物含量称为盐度，或用千分率（‰）来表示。目前在海水中已发现的化学元素，超过80种，占可溶性物质总量的99.9％，它们由11种无机盐离子组成，其中6种是大量离子，即Cl、Na、S、Mg、Ca、K等离子（表11-1），占总固体物重量的99.28％，其余5种是微量离子（表11-2），占总固体物重量的0.72％。此外，海水中还有一些以痕量元素存在，如铁、锰、钴、铜等，它们对生命活动过程也很重要。

表11-1　34.8‰盐度海水中的大量离子

表11-2　34.8‰盐度海水中的向量元素

2.海浪

海浪是发生在海洋中的一种波动现象，又称波浪，是人们所熟知的海水运动形式之一。它有明显的周期性，经过一定的时间间隔，运动将重复进行。波浪有各种要素，但最重要的是周期、波高和波长，其次是波速和深度。

海浪分类的方法较多，按生成的原因，可分为风浪、潮波、海啸等。通常情况下，海浪是在风的作用下产生的，所以又可称之为风浪。一般认为由于风吹过波面时会产生压力差，该压力差提供了波浪成长的能量。风力的大小决定海浪的大小，例如，1956年4月2日调查船《鄂毕号》，在印度洋风暴区使用立体照相测量得到，当风速35m/s时，最大浪高为24.9m。

研究海浪对于国防和国民经济有重大意义，因为海浪对海上作战、船只航行和渔船作业均有很大影响。同时，海浪的破坏力也是惊人的，拍岸浪对海岸的压力可达到每平方米30～50t，而巨浪冲击海岩时能掀起数十米高的水柱，因此，建筑海港时必须考虑海浪的作用力。海浪虽有很大的破坏力，但也蕴藏着很大的能量。例如，波高为3m，周期为7s的海浪，跨过4km的海面流过的能量约相当于一个新安江水电站。

3.海流

海流是指海水大规模相对稳定的流动，它是海水的普遍运动形式之一。一般海流是三维的，习惯上把其水平分量称为海流，垂直分量称为升降流。整个世界大洋自表至底都存在海流，其空间和时间尺度是连续的，把整个世界大洋联系在一起，使整个世界大洋得以保持其各种水文、化学要素及热、盐状况的长期相对稳定。

海流形成的原因很多，但归结起来有三种，一是由于海面上的风所引起的强大表层流，它是全球性的系统，与大气环流相对应。二是海水的温度、盐度变化所致。三是与地球的自旋力有关。总之，海水由于风力和地球的旋转，形成了恒定的有一定方向的水流（图11-2）。在赤道以北的水流是顺时针方向的，在赤道以南的水流是逆时针的。赤道的水流分别向北和向南流去，同时，南北极深处的冷水也向赤道流来。海流形成之后，由于海水的连续性，必然在某些海域发生海水辐聚和辐散，导致升降流的发生。这些水流不仅影响海洋生物分布，也影响邻近大陆的气候。

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图11-2　海流图

世界大洋上层环流的总特性，也可用风生环流理论来解释。太平洋与大西洋的环流有相似之处：在南北半球都存在一个与副热带高压对应的巨大反气旋式大环流（即北半球为顺时针，南半球为逆时针），在它们中间为赤道逆流；两个大洋北半球的西边界流（湾流和黑潮）都非常强大而南半球的西边界流（巴西海流与东澳海流）则较弱；北太平洋与北大西洋沿海盆面侧都有来自北方的寒流，在主涡旋北部有一小型气旋式环流。

各大洋环流型的差别是由于它们的形状有关不同所引起的。印度洋南部的环流在总的特征上与南太平洋和南大西洋的环流相似，而北部则为季风环流，冬夏两半年环流方向相反。在南半球高纬海区，与西风带相对应的为一支强大的自西向东的绕南极环流。

4.海水温度

海水具有很强的吸热能力，不断地从各方面吸收热量，主要吸收太阳辐射，同时又以各种形式散发自己的热量，主要形式为蒸发，从而保持海洋的热量平衡。海洋的水温在海洋区是比较稳定的，上层区为20℃左右，一年四季只有1～2℃波动，而深海区约为4℃。这种稳定不只靠海水表面的热量吸收与蒸发来调节，还通过海流来交换。

我国近海海水的温度状况，除取决于热量平衡的分布与变化外，还受气象、海流及地形的影响。渤海和黄海北部易受大陆气候的影响，水温的季节变化大；黄海南部与东海的水温与海流、水团的分布关系密切。南海水温显示出若干热带深海特性，即终年高温、地区差异和季节变化小。

根据中国近海水温分布特点，可归纳为冬季型、夏季型和过渡型三类。渤海湾和黄海的冬季表层水温为1～2℃和3～5℃；夏季高温区达26～28℃而低温区为24℃。浙闽东海冬季沿岸一般为6～14℃；夏季水温升至27～28℃，但舟山群岛附近的水温为24℃左右，为海洋上升流所形成的低温区。

关于近海水温的垂直分布，主要与气象因子有关。冬季有强劲的偏北风吹过，海面失热，垂直对流加剧，上下温度渐趋一致，特别在渤海湾与黄海。在东海和南海的深海区，因海流混合较强，夏季上层均匀层可达50m，冬季可达100～150m。在此深度以下，水温的垂直分布几乎终年不变。

5.近海潮汐和风暴潮

潮汐（tide）是海水在天体引力作用下产生的周期性运动，表现为潮涨、潮落。从低潮时到高潮时的时间间隔称为涨潮时；高潮时到低潮时的时间间隔称为落潮时，两者之和叫周期。中国近海的潮振动由两部分组成：一是月球、太阳引潮力在本海区产生的独立潮振动；二是太平洋黑潮潮波传入本海区的协振动。因中国海的容积相对于太平洋来说很小，所以，中国海本身由于天体引潮力所产生的潮汐很微小。据计算，黄海的独立潮约为黄海潮汐的3％。

所以，中国近海的潮振动主要来自太平洋的潮波。潮波在传播过程中受地球偏转力、水深、地形等影响，使得近海的潮汐现象复杂化。潮汐的涨落因时因地而异，但从涨落周期来说，可划分为三种类型。

在一个太阳日内，最常见的是两次高潮和两次低潮，且两涨两落的高度相差不大，称正规半日潮。如一个太阳日内只出现一次高潮和一次低潮，称正规全日潮。我国南海许多地方的潮汐涨落情况，都属于全日潮汐类型，其中，北部湾是世界上最典型的全日潮海区之一。还有一种潮汐属不正规半日潮或不正规日潮，故叫混合潮。不正规半日潮具有半日潮特性，但在一太阳日内，相邻的高潮或低潮的潮位相差很大，涨潮时和落潮时也不等。不正规日潮是在一个月内，大多数日子为不正规半日潮，但有时也发生一天一次高潮和低潮的日潮现象。

潮汐与人类的关系非常密切，诸如海港码头的修建、船舶的航行、捕鱼作业、海岸带养殖、海涂晒盐以及海防设施等，都与潮汐现象有关。

风暴潮是指由强风或气压突变而引起海面异常升高的现象。按照诱发风暴潮大气扰动的特性，一般可分为由热带风暴（如台风、飓风）引起的风暴潮和温带气旋引起的风暴潮两大类。在我国北方的黄海、渤海，还有一种冷风暴潮。

在热带风暴所经过的各地，都可能引起风暴潮，在夏秋季最常见，北太平洋西部、南中国海、东中国海等都经常发生。所以，风暴潮在我国沿海一年四季皆会发生，特别是在夏秋的台风季节里次数频繁，每年平均达15～16次，强度大，影响范围广。

温带气旋引起的风暴潮主要发生于冬春两季。但是，在夏秋过渡季节，我国渤海和黄海北部是冷暖气团活动激烈的区域。由寒潮和冷空气所激发的风暴潮是一种特有的风暴潮类型，其特点为水位变化持续而不急剧。这期间，由于较强冷高压东移南下，配合黄海气旋，可造成渤海7级以上东北大风，引起莱州湾、渤海湾沿岸强烈增水。