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第五讲海洋环流一、概述1.1海流:大规模相对稳定的海水的流动。
（洋流）1.2海洋环流：大洋环流，海区的环流1.3海流的成因①内部压力场：海水密度分布不均匀；增减水②海水连续性：补偿流1.4海流的分类和命名⒈4.1 依受力及成因分：风海流、倾斜流；热盐环流1.4.3 依区域特征分：陆架流、赤道流、西边界流，与风有区别研究意义:国防、航运、渔业、气候1.5欧拉方法和拉格朗日方法：，研究其时间变化。
可用漂流瓶、中性浮子、浮标、示踪剂等追踪流迹。
，描述流场。
二、描述海流运动的有关方程简介2.1 运动方程①重力:单位质量物体所受的重力，与重力加速度量值相等。
g与地理纬度φ，水深z 有关。
在海面z=0，赤道与极地,Δg = 0.052m/s2在φ=45°处，海面与深万米处，Δg=0.031m/s2 一般取 g = 9.80m/s2，视为常量。
②重力位势：⑴ 海平面：静态海洋，海面处处与重力垂直。
⑵ 水平面：处处与重力垂直的面。
可以有多个。
⑶ 重力位势：从一个水平面逆重力方向移动单位质量物到某一高度所做的功，即⑷等势面：位势相等的面。
静态海面（海平面）也是一个等势面；不同深度的水平面，各是一个等势面。
⑸ 位势差的量度——位势米、位势高度、位势深度A.位势米（gpm）：不同等势面之间的位势差dΦ(gpm)=gdz/9.8∣Φ1－Φ2∣/(gpm)= ∣z1－z2∣/(m), 位势差可用深度差表示。
B.位势高度：由下等势面向上计算的位势差。
C.位势深度：由上等势面向下计算的位势差。
D.注意：严格说：因g =9.8，故∣Φ1－Φ2∣≠∣z1－z2∣；但实用时，φ为同处， z1与z2差别不会超万米，故近似相等。
⑹ 动力米、动力高度、动力深度是传统动力海洋学中的术语。
按SI应废止，应相应改为位势米、位势高度、位势深度。
① 等压面：海洋中压力处处相等的面，如海面、海压为0② 流体静力学方程：在海面以下 -z 深度处的压力为写成微分形式即海洋静止海水无运动时1）当海水密度为常数时，压力 P 仅与水深有关（g 视为常数）2）当海水密度仅是深度的函数时，压力 P 也仅与深度有关上述1）、2）表明：海洋中等压面必然是水平的面，此即“正压场”③压强梯度力：正压与斜压当海水密度不为常数，特别在水平方向上存在明显差异时，或者由于外部的原因,使等压面相对于等势面发生倾斜时，等压面与等势面斜交，这种压力场称为斜压场。
洋流和海洋环流系统洋流和海洋环流系统是地球上重要的水文循环过程之一。
它们起源于全球范围内的风力、地转效应和水密度的差异，对全球气候和生态系统具有深远影响。
本文将介绍洋流和海洋环流系统的概念、形成原因以及对地球的重要意义。
一、洋流的概念洋流是指在海洋中沿特定方向流动的海水。
它们可以分为两种类型：表层洋流和深层洋流。
表层洋流受到风力的驱动，是海洋和大气之间能量交换的结果。
深层洋流则是由于密度差异引起的，主要受到温度和盐度的影响。
二、洋流的形成原因洋流的形成受到多种因素的影响，包括风力、地转效应和水密度的差异。
首先，风力对洋流的形成起到至关重要的作用。
大气环流系统导致了地球上的风，在海洋中形成了表层洋流。
其次，地球的地转效应也对洋流的走向产生影响。
在北半球，洋流在走向上向右偏转，而在南半球则向左偏转。
最后，水密度的差异也是洋流形成的重要因素。
冷水密度较高，相对而言会更加下沉，形成深层洋流。
三、洋流的分类和特点根据洋流的性质和性质特点，通常可以将洋流分为四种类型：赤道洋流、暖流、寒流和边缘洋流。
赤道洋流贯穿了全球大部分的海洋，它们的主要特点是温暖、宽阔和流速较快。
暖流一般从赤道向极地流动，沿途带来温暖的水流，对周围地区的气候有显著影响。
寒流则相反，从极地流向赤道，带来寒冷的水流，会影响周围地区的气温和气候。
边缘洋流则主要在大陆边缘形成，对近岸地区的气候和生态系统有重要影响。
四、海洋环流系统的重要性海洋环流系统在全球范围内起着重要的作用。
首先，它们对全球气候起到调节作用。
通过运输热量和盐度，海洋环流系统将热能和盐分从一个地区转移到另一个地区，从而影响气候模式和降水分布。
其次，海洋环流系统对气候变化起到缓冲作用。
它们能够吸收和储存大量的热能，减缓气候的变化速率。
最后，海洋环流系统对海洋生态系统和渔业资源管理具有重要意义。
它们通过运输养分和生物体，对海洋生物多样性和渔业产业的发展起到关键作用。
综上所述，洋流和海洋环流系统是地球上重要的水文循环过程之一。
海洋环流对全球气候变化的影响近年来，全球气候变化问题引起了世界范围内的广泛关注。
而在这个问题中，海洋环流被普遍认为是一个重要的因素。
海洋环流是指海洋中水流的运动和分布模式，它对全球气候起着至关重要的作用。
首先，海洋环流通过调节地球的热量分布从而影响气候。
全球海洋环流系统将热量从赤道地区运输到极地地区。
例如，北大西洋暖流在北半球带来了温和的气候，并影响了欧洲的气候。
这种暖流使得欧洲的冬季温暖，而非像其他纬度上的地区那样寒冷。
相反，南极洲周围的海洋环流系统带来了严寒的气候，使得该地区的平均温度低于其他纬度上的地区。
其次，海洋环流还影响海洋生物的分布和生态系统的稳定性。
海洋环流通过在不同区域间运输养分和生物体，影响了生物的扩散和繁殖。
例如，东海暖流和黑潮对日本附近地区的渔业起着重要的作用，为该地区提供了丰富的渔场资源。
另一方面，被称为寒带急流的一种海洋环流现象，将营养物质从寒冷的极地区域运输到温暖的赤道海域，从而促进了赤道海洋生物的繁荣。
因此，海洋环流对海洋生物的生态和营养循环具有深远的影响。
此外，海洋环流还对全球水循环起着重要的调节作用。
海洋环流将热量和水分重新分配到全球各地。
例如，暖湿空气从赤道地区上升，然后在高空冷却并向两极北流。
这种运动带来了大气中水分的重新分配，从而影响了降水模式。
海洋环流还影响大气中的水汽含量，在特定区域产生了更多的降水，而在其他地区则降雨稀少。
这对地球各地的水资源分配和农业产量都有着重要的影响。
最后，海洋环流还对全球气候变化的响应和反馈起着关键的作用。
随着全球气温升高，海洋环流模式可能发生变化。
例如，全球变暖引起的冰川融化导致海水淡化，进而影响了海洋环流的运动方式。
这可能导致北大西洋暖流减弱或改变路径，从而影响北欧和其他地区的气候。
此外，全球变暖可能导致强烈的风暴和气候极端事件的增加，进而对海洋环流产生更大的影响。
综上所述，海洋环流对全球气候变化具有重要的影响。
它通过调节地球的热量分布、影响生物的分布和生态系统的稳定性、调节全球水循环以及对气候变化的响应和反馈，发挥着重要的作用。
海洋环流对气候的影响海洋环流是地球上的重要自然现象，涉及大洋水体的水平和垂直流动。
这些流动不仅调节着海洋内部的热量分布，还对全球气候产生深远的影响。
随着人类活动的增加和气候变化的加剧，理解海洋环流与气候之间的联系显得尤为重要。
一、什么是海洋环流？海洋环流可以定义为海洋中水体的连续运动，这种运动可以分为两大类：表层环流和深层环流。
表层环流主要受到风、地球自转及地形的影响，而深层环流则受到水温和盐度差异的驱动，其特点是较慢且较难观测。
1.1 表层环流表层环流通常发生在海洋的最顶部，受风力和地球自转（科里奥利效应）的影响。
例如，赤道附近的贸易风会推动海水向西方流动，从而形成赤道暖流。
这样的热流进一步影响其他区域的气候。
1.2 深层环流深层环流（又称热盐环流）主要受到水的密度差异驱动，即温度和盐度造成的密度变化。
这种密度差异导致冷水下沉，暖水上升，从而形成一种全球范围内的大型循环体系。
二、海洋环流如何影响气候？海洋环流不仅在热量转移上起着关键作用，同时也对降水模式、风带分布以及气候系统的整体稳定性产生影响。
2.1 热量输送海洋是地球上最大的热量储存库，表层海水通过环流将热量转移到不同地区。
例如，墨西哥湾暖流将热量从赤道地区运输到北大西洋，使得西欧地区气候相对温暖。
这种循环对全球气候系统至关重要。
2.2 降水模式环流对降水模式的影响主要体现在其热量分布不均所产生的蒸发和降水现象。
沿热带地区，大量蒸发使海洋水汽增加，随后随着空气运动，上升冷却形成降水。
这种过程在赤道上更加明显，因而赤道附近常年多雨，而一些大陆内陆地区则干旱少雨。
2.3 风带分布海洋环流还与大气循环相互作用，共同决定着全球风带分布。
根据反映热量分布的热输送指数，在高纬度地区，由于冷却作用增强，隆起气团推动大范围冷空气，而低纬度地区则持续接受太阳辐射，并形成上升运动，这导致了特定风带如信风、西风等形成，进而影响沿岸地区气候。
2.4 极端天气事件随着气候变化，加工温室气体增多，对海洋环流也产生了说明性影响，而这些变化可能导致极端天气事件频发。
地质地形知识：解析地球上的海洋环流地球上的海洋环流是指海洋中水流的方向和速度。
由于海洋占地球表面积的71%，因此海洋环流对气候影响非常重要。
了解海洋环流可以帮助我们预测天气、理解世界上的海洋生命和优化渔业。
海洋环流主要分为两种：表层海洋环流和深层海洋环流。
表层海洋环流主要受到风、重力和海水密度的影响。
深层海洋环流则受到海水密度和海底地形的影响。
表层海洋环流是指海洋表面的水流动。
海洋表面的流动受到许多因素的影响，其中最重要的因素是气候和大气运动。
大气循环对海洋表面水流产生了直接的影响。
例如，西风带和赤道上空的热带气旋会产生经纬向和纬向的风。
这些风会推动海洋表面水流形成各种形状和大小的环流。
深层海洋环流是指海洋深部的水流动。
深层海洋环流是由海水密度不同而产生的；密度高的水沉入海底，密度低的水浮在海面上。
这些水流通过纵向混合和热盐循环等机制形成了深层海洋环流。
深层海洋环流起到了非常重要的作用，可以影响到全球的气候。
深层海洋环流包括大西洋环流和南方洋流。
大西洋环流是指从北大西洋向南大西洋的海水运动，影响到了全球气候。
南方洋流则是指南大洋中南极洲周围的冰冷海水向北大洋的流动。
南方洋流的形成与极地冰川和冰架融化有关。
海洋环流对气候的影响非常显著。
例如，北大西洋暖流可以使得欧洲地区的气温变暖，而南方洋流的影响则达到了整个南极洲地区。
海洋环流也对海洋生物起着非常重要的作用。
海洋环流可以将营养物质和能量传递给海洋生物，帮助它们生存。
海洋环流也可以控制海洋的盐度和温度，从而影响海洋生物的生态环境和生命的繁衍。
总之，地球上的海洋环流是非常复杂和多样的。
它直接影响了地球的气候和生态环境，对人类和自然生物都起着至关重要的作用。
了解海洋环流可以让我们更好地预测天气、理解世界上的海洋生态和保护海洋生物。
世界主要海洋环流系统的地理分布与影响海洋环流是指在全球海洋中形成的水流循环系统。
它是地球上水分的分布调节系统，对气候、风暴、氧气和营养物质的输送等起着重要的影响。
世界上存在着多个主要的海洋环流系统，它们的地理分布和影响各有不同。
一、北大西洋暖流和陆地效应北大西洋暖流是北大西洋中一股温暖的洋流，来自墨西哥湾的温暖水流沿着美洲东岸向北，经由美洲东北角流入北大西洋。
这条暖流对于北欧地区的气候影响显著，使得这里的冬季温度相对温和。
同时，北大西洋暖流的暖空气也为北欧地区带来降雨，对于农业和生态系统起到重要作用。
北大西洋暖流还将热量和水分引入北极地区，提供了雪和冰的形成条件。
二、喜马拉雅山脉与季风环流喜马拉雅山脉是世界上最高的山脉之一，也是东南亚重要的地理要素。
这座山脉通过其高大的山峰，影响了喜马拉雅山脉周边地区的季风环流。
山脉的阻挡作用使得印度次大陆上的季风风向改变，从而引起了季风气候的出现。
季风环流对于喜马拉雅山脉周围地区的降水非常重要，为农业和生态系统提供了必要的水资源。
同时，喜马拉雅山脉周围地区也因为季风气候而成为了重要的农业和人口聚集区。
三、赤道地区的洋流和厄尔尼诺现象赤道地区的洋流系统在全球气候中起到了极为重要的作用。
赤道附近洋流的主要特征是无规则的和多样性的，它们通过赤道上的热带雨林、河流和降雨的形成融入了大气循环系统。
其中最为人所熟知的是厄尔尼诺现象。
厄尔尼诺现象是赤道东太平洋热水异常增温现象，它会在2到7年周期内出现。
这一现象会导致全球范围内的天气和气候变化，包括风暴、洪灾、干旱等。
厄尔尼诺现象也会对渔业、农业、林业和水资源管理等方面产生重要影响。
四、南极洲周围的海洋环流南极洲是地球上最寒冷的大陆，它周围的海洋环流在南极水域中起着重要的作用。
南极海洋环流主要分为两个部分：西风漩涡和南极循环。
西风漩涡是南极洋流最大的环流系统，它维持了大洋中的水循环和生物圈的平衡。
西风漩涡携带着水和热量，向北将深层冷水输送到南极洋面。
第五章海洋环流概述（Summary）一、定义及分类（Definition&Type）1.海流(Oceancurrent)：海水大规模相对稳定的流动。
2.分类(Type)：按成因分：密度流(densitycurrent)，风海流(windcurrent)，补偿流(compensationcurrent)；按受力分：地转流(geostrophicflow)、惯性流；按发生区域：赤道流(equatorialcurrent)，陆架流，东西边界流(eastern/westernboundarycurrent)等；按运动方向：上升流(upwelling)，下降流(downwelling)；按海流温度与周围海水温度差异分：寒流，暖流等二、研究意义（Significance）国防，航运，渔业，气候三、影响和产生海流的力（Causesofcurrent）引起海水运动的力：重力，压强梯度力，风应力，引潮力海水运动后派生的力：科氏力(Coriolisforce)，摩擦力(frictionforce)1、重力：地心引力与地球自转产生的惯性离心力的合力。
习惯上将单位质量物体所受重力称为重力加速度，以g表示。
与纬度和海水深度有关:海面上赤道到极地差为0.052m/平方米,在中纬度，海面与10km深处的差为0.031m/平方米。
因此，在海洋研究中，一般视其为常数9.8m/平方米重力势(potentialofgravity)：从一水平面逆重力方向移动物体到另一高度所做功。
等势面：位势相等的面叫等势面。
处处与重力垂直的面称水平面。
海平面(sealevel)：海洋表面的平均位置。
2、压强梯度力：等压面：压强相等的面。
压强梯度力：水体所受静压力的合力：f=f1-f2=P·A-(P+△P)·AP·A单位质量水体所受的静压力的合力：与等压面垂直，指向压力减小的方向。
即与压强梯度方向相反。
流体静力学方程：正压场：等压面与等势面平行斜压场：等压面相对等势面发生倾斜时。
海洋环流对气候的影响1. 引言地球上70%以上的表面被大海或海洋所覆盖。
海洋环流是指海洋中的水流运动，其形成受到多种因素的影响，并且对地球气候系统产生广泛而重要的影响。
本文将探讨海洋环流对气候的影响，并介绍相关的机理和实际影响。
2. 海洋环流与气候海洋环流是由多个相互作用的驱动力所驱动的，包括风、地球自转、太阳辐射等因素。
这些驱动力导致了全球范围内不断变化和交互作用的海洋水流。
这些水流以大规模的环流系统存在，对地球气候起到了至关重要的作用。
3. 热带海洋环流热带海洋环流是热带地区海洋中最为明显和重要的环流系统之一。
其中最具代表性的有东北贸易风、西北贸易风、南纬风带和北纬风带等。
热带地区的强大季风系统，包括夏季季风和冬季季风，也受到热带海洋环流的显著影响。
4. 利用船只观测海洋环流为了更好地理解海洋环流对气候的影响以及预测其变化，科学家们运用各种研究手段进行观测和收集大量数据。
其中一种非常重要的手段是通过船只观测。
通过安装在船只上的各种仪器，科学家们可以获取有关水温、盐度、流速等信息，从而对海洋环流进行详细研究分析。
5. 大规模海洋循环系统除了热带地区的海洋环流外，全球还存在着大规模的海洋循环系统，如北大西洋漂移、南大西洋漂移、印度-太平洋涡旋等。
这些循环系统通过搬运热量和盐分，起到调节全球气候变化的重要作用。
6. 海洋环流与气候变化近年来，随着全球气候变暖，海洋环流也发生了显著变化。
例如，北极冰盖融化导致北大西洋漂移减弱，这可能进一步加剧全球气候变暖趋势。
此外，南大西洋漂移也因人类活动而受到破坏，进一步增加了全球气候变暖的风险。
7. 水域温度与天气现象海洋温度是一个重要的天气现象影响因素。
例如，在亚太地区，夏季台风频率和强度与太平洋暖湿空气团有关。
而该空气团受到波斯湾暖水区域和菲律宾冷水区域之间行进的夏季偏西风和秋季峡谷低音波交替控制。
8. 海洋环流修复措施鉴于海洋环流对气候稳定以及人类活动所产生的重要影响，保护和修复海洋环境已成为当务之急。
物理海洋学中的海洋环流研究进展物理海洋学是研究海洋中的物理现象和过程的学科，其中海洋环流是物理海洋学的重要组成部分。
海洋环流是指海洋中水体的运动模式和方向分布，对海洋的热传递、盐分输送和生态系统起着关键作用。
本文将介绍物理海洋学中海洋环流的基本原理、研究方法和近期的研究进展。
一、基本原理海洋环流的形成与气候系统、地球自转和陆地形状等因素密切相关。
海洋环流可以分为大尺度环流和小尺度环流两类。
大尺度环流是指全球范围内的大规模循环运动，包括大洋环流和大陆边界环流；小尺度环流是指局部范围内的小尺度湍流运动，包括涡旋、旋涡和湍流等。
二、研究方法物理海洋学中对海洋环流的研究方法主要包括观测和模拟两种。
观测是通过海洋观测平台（如浮标、船只、卫星等）获取海洋环流数据，进而分析海洋运动规律和相互作用。
模拟是利用数学和物理模型对海洋环流进行数值模拟，以揭示和预测海洋环流的演变和变化。
三、研究进展近年来，物理海洋学领域对海洋环流进行了广泛深入的研究，取得了许多重要的进展。
1. 大尺度环流研究进展大尺度环流研究的重点是大洋环流和大陆边界环流。
研究发现，大洋环流受到海洋深层运动和表层风力驱动的影响，受到地球自转和地球形状的约束。
同时，大洋环流还与全球气候系统、地球热量分布和冰川运动等因素相互作用。
大陆边界环流则主要受到陆地形状、海陆边界条件和季风气候等因素的影响。
2. 小尺度环流研究进展小尺度环流研究的重点是局部范围内的涡旋、旋涡和湍流等运动模式。
研究发现，这些小尺度环流对海洋能量传递、物质输送和生态系统的发展具有重要影响。
近年来，随着观测技术和模拟方法的进步，对小尺度环流的观测和分析能力有了显著提高，对小尺度环流的机制和作用有了更深入的认识。
3. 气候变化与海洋环流研究进展气候变化是当前物理海洋学研究的前沿领域之一。
研究发现，全球气候变暖导致海洋环流发生变化，进而影响全球气候和海洋生态系统。
特别是赤道东太平洋和赤道西太平洋的热带海洋环流对全球气候变化具有重要影响。
海洋环流对气候的影响海洋是地球表面积极活动的力量之一，而其中海洋环流则是海洋中最重要的流动形式之一。
海洋环流是指海洋水体在全球范围内水平和垂直方向上的运动。
它不仅对海洋中的生态系统和物理平衡有着深远的影响，同时也对地球上的气候有着显著的影响。
1. 热力大循环和大洋环流系统热力大循环是指由太阳辐射导致的热量在地球上空分布产生的高低压系统和气流运动。
而大洋环流系统是指全球范围内海洋中水体密度、盐度和温度差异引起的水平和垂直方向上的运动。
这两者相互作用形成了复杂且密切相关的海洋-大气耦合系统。
1.1 热带东北气旋和副热带高压热力大循环中，热带东北气旋和副热带高压是两个重要元素。
热带东北气旋指的是位于赤道附近的低压系统，由于受到科里奥利力和地转偏向力的影响，在北半球呈顺时针方向旋转；副热带高压则位于30°纬度附近，是由向赤道方向运动的质量级空气堆积形成。
1.2 大洋周边环流和全球大洋环流大洋周边环流是指沿近岸海域水平方向上的循环运动，可以分为暖流和寒流两种类型；全球大洋环流又可分为风驱动环流、密度驱动环流和地转偏向驱动环流三种类型。
这些环流通过垂直方向上的运动使得水体在水平间隔较小、接触时间较长的情况下，发生混合与交换。
2. 海洋环流对气候变化的影响机制通过以上介绍可以看出，海洋和大气相互作用产生了复杂的海洋-大气耦合系统，对全球气候变化产生了巨大影响。
以下将从几个方面阐述海洋环流对气候变化的影响机制。
2.1 环境条件改变海洋环流可以改变一个特定区域的温度、湿度和盐度等关键因素，从而形成不同的环境条件。
例如，暖流会带来相对较高的水温和湿度，利于海陆风系统形成；寒流则相反，使得水温降低、干燥增加。
这些环境条件的改变进而会影响到风向、降水分布以及气象事件发生频率等。
2.2 碳循环调节海洋是地球上最大的碳汇之一，能够吸收并贮存大量二氧化碳。
通过海洋表面的生物作用、溶解吸收等过程，碳元素在海洋环流中得以循环传播，达到碳平衡乃至调节。
海洋环流是研究风引起的海流和密度分布不均匀所产生的密度流、大洋环流中流旋的生成和分布、大洋环流西向强化、海流的弯曲和变异、近赤道地区的流系结构、南极绕极流，大洋热盐环流，深海环流和与主跃层的关系，海水的辐散和辐合运动与升降流及朗缪尔环流等的关系，中尺度涡及其能量转换，冰漂流等特殊的流动现象，海洋对风应力等的反应，以及近岸海区的环流等等；海域间的海流活动受太阳辐射、海水热力学、大气环流、海冰动力、地球旋转以及海洋深度等因素影响。
海洋环流可分为相互影响和作用的水平流和垂直流。
海水有独特的物理特征，对海洋洋流产生重要影响，水是高热容量物质，因此海洋对温度的突然变化不敏感，海洋也由此能够吸纳、存储和传输大量的太阳热能。
从海洋表面到2米深的海水吸纳的热量几乎等于整个大气层吸纳的热能总量。
海流的定向流动使之有助于在大范围内控制气候模式和季节变化。
例如，从热带大西洋流向美国东部的墨西哥城流(Gulf Stream)，可将大约30～140斯维尔德鲁普(Sv=1×104m 3/s)的海水输送到较高纬度的北大西洋，其携带的热能(约等于1 000个发电站生产的能量)也随之输送到位于北大西洋的欧洲，墨西哥暖流和盛行的西风对创造欧洲大陆温暖的环境条件具有重要作用，墨西哥暖流还对幼体生物的分布、海洋生物洄游产生重要影响，也是百慕大群岛生息着珊瑚礁的主要原因。
在南半球，南极绕极流是能量最强的洋流，其平均流量达到1305v.海水富含数亿年来大陆径流携带人海的溶解矿物质，其含量可用千分之一(ppT)盐度定量。
海水的平均盐度为35ppt。
海水密度取决于海水盐度和温度，盐度越高或水温越低，海水密度越高。
海水密度指标是影响海水是否沉降的主要指标。
因此，海水温度和盐度是影响全球海流垂直流动的重要因素，由温度和盐度引起的海水垂直补偿流又称热盐流。
热盐流受控于海洋表面的温热高盐海水和底部冷流回流的控制。
通常，太阳的大部分辐射能只能照耀在赤道附近到中纬度的区域(20°S-20°N)，然后受海洋季风和地球转动的共同影响才能向极地方向输送表面温热的海水。
地球科学中的海洋环流研究海洋环流是指海洋中水体自由运动的现象，是海洋动力学研究的重要内容之一。
对于地球科学而言，研究海洋环流对于探究地球自然环境变化、预测气候变化、资源利用等方面都有着重要的意义。
本文将从海洋环流的种类、特点及环流驱动机制等方面入手，探讨地球科学中的海洋环流研究。
一、海洋环流的种类常见的海洋环流大体分为表层环流和深层环流两类。
表层环流又分为近岸环流和远洋环流。
1. 近岸环流近岸环流是指沿岸海域中的海流。
这些海流受到陆地地形、潮汐和地球自转的影响变得复杂多样。
近岸海流是近海地区重要的水文学现象，展现了许多海岸带能量传输和物质循环的过程。
例子包括Gulf Stream和Kuroshio Current。
2. 远洋环流远洋环流是指在开阔海域内的海流。
这些海流的深度和强度更大，比近岸环流更加稳定。
远洋环流主要由全球环流系统驱动，包括大洋环流、洋流、表层与深层环流等。
比如北极海冰的融化和降水可以影响西风带，从而影响全球海洋环流。
二、海洋环流的特点1. 水圈运动的重要组成部分海洋环流是水圈运动的重要组成部分，其运动过程相对较为缓慢，特别是深层环流。
海洋中气流、水流形成了相互联系、相互作用的基础。
海洋环流对地球气候有着重要的影响。
2. 形成区域和强度多变海洋环流的形成区域和强度受到多种因素的影响，包括海水盐度、温度、风力、地球自转等。
不同区域和环流强度的变化影响到气温、降雨等气候因素，对全球水汽平衡和云的形成等都有着重要影响。
3. 环流驱动机制复杂海洋环流的驱动机制复杂多样，基本的驱动力包括地转力、浮力、海水密度差、风力等。
此外，洋底地震、海底火山爆发等自然灾害也会导致海水的混合，影响海洋环流。
三、环流驱动机制和未来展望1. 地球自转和地转偏向力地球自转和地转偏向力是影响海洋环流的重要因素。
由于地球自转，海洋在赤道处的速度大于在极地处的速度，使海水产生转向力。
这是海洋中产生环流的基本驱动力。
2. 浮力海水的密度差异很大，沉积物、碎屑物以及生物体在其中也有不同的密度。
海洋环流对全球气候的作用海洋环流是指海洋中水体运动的总体规律，是地球上水文循环的重要组成部分。
海洋环流对全球气候有着重要的影响，其作用不仅体现在调节气候、影响降水分布等方面，还在全球能量平衡、气候变化等方面发挥着重要作用。
本文将从海洋环流对全球气候的影响机制、作用方式以及未来趋势等方面展开探讨。
一、影响机制海洋环流对全球气候的影响主要通过以下几个方面的机制来实现： 1. 调节气候海洋环流通过运输热量和水汽，调节了地球不同地区的温度和湿度，影响了大气环流的形成和变化。
例如，赤道附近的暖流会使得周围地区气温较高，而极地冷流则会使得极地地区气温较低，从而形成了地球上不同的气候带。
2. 影响降水分布海洋环流的运动会影响大气中水汽的含量和分布，从而影响降水的形成和分布。
例如，暖流会使得周围地区水汽含量增加，降水增多，而冷流则会使得降水减少。
海洋环流还会影响季风的形成和强度，进而影响到不同地区的降水情况。
3. 形成气候事件海洋环流还会引发一些重要的气候事件，如厄尔尼诺现象。
厄尔尼诺现象是由于赤道东太平洋海水温度异常升高，引发大气环流异常变化，从而影响全球气候的一种现象。
这种现象会导致全球范围内的气候异常，引发干旱、洪涝等极端天气事件。
二、作用方式海洋环流对全球气候的作用方式主要表现在以下几个方面：1. 调节地球能量平衡海洋环流通过运输热量，调节了地球不同地区的能量平衡。
暖流会向极地输送热量，使得极地地区温度升高，而冷流则会向赤道输送冷量，使得赤道地区温度降低，从而维持了地球的能量平衡。
2. 形成气候带海洋环流的运动使得地球上形成了不同的气候带，如赤道附近的热带气候、极地地区的极地气候等。
这些气候带的形成直接影响了地球上不同地区的气候特点，如温度、降水量等。
3. 影响季风海洋环流的运动还会影响季风的形成和强度。
例如，东亚季风是由于西太平洋暖流和西太平洋副热带高压共同作用下形成的，而印度季风则是由于印度洋暖流和西太平洋副热带高压共同作用下形成的。
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海洋环流的应用和原理1. 简介海洋环流是指海洋中水体运动的总和，包括表层、深层和垂直方向的运动。
海洋环流起源于多种因素，如风力、地转偏向力、海水密度差异等。
海洋环流的应用和原理对于气候变化、温度分布、海洋生态等方面具有重要影响。
2. 海洋环流的分类海洋环流可以分为表层环流和深层环流两种。
2.1 表层环流表层环流主要受风力驱动，沿海洋表层运动。
表层环流对于海面温度的分布、季风和气候变化具有重要影响。
常见的表层环流包括：•北大西洋暖流：由墨西哥湾流经北大西洋北部流向北方，影响欧洲气候；•打破大管流：由秘鲁海流带领的富营养水流向表层，支持远洋生态系统；•日本黑潮：由太平洋暖流流经日本流向北方，影响日本气候和渔业。
2.2 深层环流深层环流主要受海水密度差异驱动，沿海底水流动。
深层环流对于海洋环境的循环和海岸线的沉积具有重要作用。
常见的深层环流包括：•大洋中层环流：在大洋中层形成闭合环路的水体运动；•深水形成区：富含氧气和营养物质的水体下沉形成新的深层水。
3. 海洋环流的应用海洋环流的应用涉及气候研究、城市规划、海洋资源开发等领域。
3.1 气候研究海洋环流对气候变化有着重要影响，通过研究海洋环流可以预测气候变化趋势，对于农业、能源等方面的决策制定具有指导意义。
3.2 城市规划海洋环流的研究还可以用于城市规划，特别是沿海城市。
了解海洋环流可以预测海洋灾害，如飓风、暴雨等，从而制定相应的应对策略，保障城市的安全。
3.3 海洋资源开发海洋环流对于海洋资源开发也有着重要影响。
深层环流中的富营养水体可以支持渔业资源的丰富，同时也有利于海洋能源开发，如潮汐能、海流能等。
4. 海洋环流的原理海洋环流的形成主要源于风力和地转偏向力。
风力可以引起海水运动，将海水从高压区流向低压区。
同时，地球的自转会导致地转偏向力，使流向赤道的洋流在北半球偏转向右，而在南半球偏转向左。
此外，海水的密度也会影响海洋环流。
不同水体的温度和盐度差异导致了水体密度的差异，从而驱动了深层环流的形成。
一、Stommel 西向强化理论的推导Stommel 假定条件:定常流--忽略局地变化项 ---------u t∂∂= 0 水平均一—忽略平流项 ---------u u u u v w x y z∂∂∂++∂∂∂ = 0 存在’无运动深度’ 0D运动方程的分量：(/V z K A ρ=)，为运动学交换系数1()V x p u fv K x z zξρ∂∂∂=++∂∂∂ (01) 1()V y p v fu K y z zξρ∂∂∂=-++∂∂∂ (02) 风应力的表达形式: cos;0x y y F b πττ=-=海水为均质： p h g x x ρ∂∂=∂∂(03) p h g y yρ∂∂=∂∂ (用海面斜率代替水平压强梯度力) (04) 将式(01)和(02)对Z 积分，并将式(03),(04)的结果带入得()hh h h V x D D D D h u g dz fvdz K dz dz x z z ξ----∂∂∂=++∂∂∂⎰⎰⎰⎰ (05) ()h h h h V y D D D D h v g dz fudz K dz dz y z zξ----∂∂∂=-++∂∂∂⎰⎰⎰⎰ (06) 为简化分析，stommel 将05,06式第一项中的u 和v 看成与z 无关，这种简化等于把风看成是一种体积力，看成是作用于流体柱上的力。
对上式各项积分，得到()()()x x h g h D fv h D t h D x ξ∂+=++++∂ (07) ()()()y y h g h D fu h D t h D yξ∂+=-++++∂ (08) 对于x ξ和y ξ，使用最简单的阻力，认为其数值正比于流体的速度()D h +x ξRu =- ; ()D h +y Rv ξ=-为求得涡度平衡的方程，将风应力的表达形式: cos ;0x y yF b πττ=-=和摩擦力表达形式()D h +x ξRu =- ; ()D h +y Rvξ=-带入07式和08式并交叉微分相减得： ()2()()()sin h h h f F y u g h D g f v h D v h D R x y x y y y b b yππ∂∂∂∂∂∂++=++++-∂∂∂∂∂∂∂ (09) ()2()()h h h v g h D g f u h D R x y x y x x∂∂∂∂∂++=-+-∂∂∂∂∂∂ (10) 09式和10式相减得：()()()()()sin f f u h D v h D v h D x y y Fy v u R b b x y ππ⎧⎫∂∂∂-+++-+⎨⎬∂∂∂⎩⎭⎛⎫∂∂=+- ⎪∂∂⎝⎭ (11)考虑铅直积分后的定常状态下的连续方程：0S S x y ∂∂+=∂∂； 可改写为0h h D Dudz vdz x y ρρ--∂∂+=∂∂⎰⎰ (12) 如果ρ= const ，u 和v 又与z 无关 ,(12)式可变为()()()()u h D v h D x y∂∂+++∂∂0= (11)式便简化为()sin f F y v u v h D R y b b x y ππ⎛⎫∂∂∂-+=+- ⎪∂∂∂⎝⎭(13) 前两项表示Sverdrup 平衡关系式，最后一项是stommel 新引进的代表侧向摩擦所产生的附加涡度。
实际海洋中，h<<D ，作为一阶近似，式(13)可改写为sin 0D f F y v u v R y bR b x y ππ⎛⎫∂∂∂++-= ⎪∂∂∂⎝⎭(14) 因为流体是不可压缩的二维流动，满足连续方程。
可以引进流函数ψ,u v y xψψ∂∂=-=-∂∂ ; α=D f R y ∂∂ ，γ=F bR π- 式(14)可改写为2222x y x∂ψ∂ψ∂ψ++α=γ∂∂∂sin y b π (15)边界条件：ψ(0,y)=ψ(λ,y)=ψ(x,0)=ψ(x,b)=0 求解得21121222(1)(1)()sin()[1]k k k k k k b y e e e e b e e λλλλλλλπψπ-+-=-- 1212()cos()(1)k k b y u C e C e b λλλππ=-+- 12211222()sin()()k k b y v C k e C k e bλλλππ=+ 考虑三种情况，其中针对科氏参量的分析，而风应力，摩擦和由海面高度变化引起的水平压强梯度力取相同值1、 科氏参量为0，非旋转情形///12////111;b b b b b b b e e C C e e e e eπλπλπλπλπλπλπλ------====-- 2(//2()sin()[1]x b x b b y e e bλππλπψπ--=+-） 2、 科氏参量为常数，均匀旋转情形1C , 2C 不变，流线形式不变3、 科氏参量为随纬度的线性函数，产生西向强化二、stommel 计算程序中的解释1.变量在程序中的作用解释b8——根据需要赋值，赋值后用于代表实型种别数。
pi ——代表圆周率π值，精度取b8代表的值。
nx ，ny ——分别代表x 方向、y 方向的网格间距。
lx ，ly ——计算区域的长和宽。
alpha ，beta ，gamma ——计算参数，取值依据公式需要而定。
steps ——迭代步数。
dx ，dy ——即差分方程中的x ∆、y ∆，空间步长。
a1，a2，a3，a4，a5，a6——系数，根据改写后的差分方程确定，具体赋值见程序。
psi ，new_psi ——数组，用于存放旧的流函数ψ的值及通过计算得到的下一时间步长的ψ的值。
diff ——用于存放新旧两次ψ值之间的差值，即所有网格点上的ψ值与上一时间步长的ψ值作差，然后全部加起来得到diff ，是判断运算结果是否收敛的依据。
dx2，dy2，bottom ——一些为了使程序中的计算看起来不那么复杂设置的变量，主要用于代替算式中常出现的部分。
比如22dx dx dx dx =⨯=， 2.0_8(22)bottom b dx dy =⨯+还有一些诸如i ，j 之类的就是控制变量了，作用不细讲。
2.各大功能模块的作用解释module的作用是定义一些公用的变量名称，之后需要用的时候只要声明使用这个module，那么这个module中定义的变量名自动应用到程序中，调用时使用use调用。
一开始的几个module就是在做这些事情。
interface比较复杂，一个简单的解释是，调用时可以根据输入的数据的类型自动选择对应的区块去执行操作，在这个程序中可以简单的认为是在定义几个子例行程序和子函数程序，方便后面的计算。
主程序program stommel开始计算，迭代次数steps=100000。
子例行程序subroutine bc是在赋边界条件，题目中边界条件为0。
子例行程序subroutine do_jacobi是在做雅各比迭代，用talk1中提到的方法逐点进行计算。
子函数function force就是对方程中的f函数处理，使其值等于每个点上的f值。
子例行程序subroutine write_grid是将最后的结果写入文件。
3.其他一些解释我们通过查找得到了关于种别参数说明的具体用法：种别是F90 的新概念。
一个数据, 不仅有一个类型，并在同一类型下可分为若干种别，种别值确定了数据的大小范围和精度。
有了种别说明后，程序更易于移植。
因为在不同的计算机系统上，同一种变量类型可以有不同的精度，因此当程序在另一种机子上运行时可能出现溢出或下溢。
规定种别后可以避免这种情况的出现。
我们知道，一个数据通常在内序中占一个存贮单元。
对整型数而言，如果该变量在程序中使用值范围很小，则只需半个存贮单元。
如果变量的整数变化范围很大，则存贮时有必要占两个内存单元。
实型数更复杂，除了存贮的数值范围大小不同外，要求精度也会不同，有的只要8 位有效值即满足，有的则可能要24 位有效值。
这样，它们要求的存贮单元数量不同。
为了提高效率，节约内存，按照该变量表达的值范围与表达的精度范围，把同一类划分成几个种别，不同种别分配不同数目的内存单元。
整数：有4 种，种别值即为字节数n 。
种别值n取值范围(-28n-1 —28n-1 -1)INTEGER([KIND=]1) 或INTEGER*1-128 — 127INTEGER([KIND=]2) 或INTEGER*2-32768 — 32767INTEGER([KIND=]4) 或INTEGER*4-2147483648 — 2147483647缺省值INTEGER([KIND=]8) 或INTEGER*8-9223372036854775808 —9223372036854775807仅用于Alpha芯片机型实型数：有3 种。
F90 标准没有规定指数的允许范围和有效位数，。
REAL([KIND=]4) or REAL*4通常实数的范围是10-38 —1038 之间的7 位有效数字缺省值REAL([KIND=]8) or REAL*8等价于双精度型DOUBLE PRECISIONREAL([KIND=]16) or REAL*16仅用于OpenVMS 、Tru64 UNIX、Linux 操作系统复型数：有3 种。
每种表示整型数据或实型数据的方法都可以用来表示复型数据的实部和虚部。
注意简写与完整写法之间的差别。
COMPLEX([KIND=]4) or COMPLEX*8缺省值COMPLEX([KIND=]8) or COMPLEX*16等价于双精度复型DOUBLE COMPLEXCOMPLEX([KIND=]16) or COMPLEX*32仅用于OpenVMS 、Tru64 UNIX 、Linux操作系统逻辑型：有4 种LOGICAL([KIND=]1) or LOGICAL*1LOGICAL([KIND=]2) or LOGICAL*2LOGICAL([KIND=]4) or LOGICAL*4缺省值LOGICAL([KIND=]8) or LOGICAL*8仅用于Alpha 芯片机型字符型：有1 种CHARACTER([KIND=]1)字节型BYTE ：取值为1 个字节，等价于INTEGER([KIND=]1) 。
F90 中关于种别选择的内部函数有：KIND(X) ：函数KIND 用于查询变量的种别，它返回X 的种别值，当X 取值为0 时，返回标准种别值即缺省值。
如：KIND(0) 返回值是整型的标准种别值，KIND(0.) 、KIND(.FALSE.) 、KIND(“A ”) 分别返回实型、逻辑型、字符型的标准种别值。
SELECTED_REAL_KIND([n][,m]) ：该函数返回实型变量对所取的值范围和精度恰当的种别值。
