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現代物理海洋學

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現代物理海洋學是研究海洋的熱狀態、動力狀態,以及物理特性的控制和世界各大洋邊界的科學。不論是傳統意義上的物理海洋學,還是現代物理海洋學,都是海洋學的一個分支。

1 現代物理海洋學 -現代物理海洋學

  從廣義上講,現代物理海洋學是研究海洋的熱狀態、動力狀態,以及物理特性的控制和世界各大洋邊界的科學。或者說研究海洋物理特性、海洋水體【物之理教學網】的運動形式和過程,及其諸多因素與大氣和海底有關因素變化的學科。因此,建立在這個範圍內的理論研究和實地觀測,對於深入了解海洋水體的循環過程是十分重要的。

    在長期的實踐中,為了了解海水的物理特徵,形成了波浪動力學,以及潮汐、海流、地震海嘯等;海水熱力學,以及瞬間海水運動現象,如上升流、渦流等。此外,海水光學、海洋聲學、海洋氣象學等方面的研究,都能為了解海水運動,提供依據。當然,從海洋物理學中衍生出來的海洋聲學,為聲納技術提供了研究基礎;海洋氣象學,為氣象預報技術提供了依據,因為海洋對於世界天氣和氣候,起著決定性的作用,所以,海洋氣象學特別重視海水和大氣層交界面,各種現象的相互作用影響和熱量、水氣交換的研究。

    不論是傳統意義上的物理海洋學,還是現代物理海洋學,都是海洋學的一個分支,都是研究海洋的基本物理特性、海水的運動,以及海水在特定時間和空間的變化規律。屬於物理海洋學中最為重要的參數有以下幾方面。

    海流。就海流而言,不管是測量表層流,還是次表層流,都是研究人員經常關注的海洋要素。大洋水體有規則的運動為海流。

    地球表面受熱不均勻,赤道附近低緯度地區太陽輻射強、氣溫高。隨著緯度增大,太陽輻射愈來愈弱,氣溫也逐步降低。到了南、北極便進入了冰天雪地的世界。由於空氣的流動,赤道地區氣溫高,空氣上升,向兩極方向流動。於是,便在赤道和兩極之間形成一個大氣環流。這種空氣流動就是我們最常見的風。由於受地球自轉等因素的影響,原本正南、正北的風向發生了變化,使地球表面形成了風帶。

    風吹水動,某處海水流走了,鄰近的海水馬上補充過來,連續不斷,就形成了海流,這種由風直接產生的海流叫做風海流。

    那麼,海洋里除了風海流外,還有其他原因引起的海流嗎?當然有。例如,由於海水密度分佈不均而產生海水流動的密度流;海水漲落潮時發生水平運動的潮流等。實際上,單一原因產生的海流是極少見的,海流往往是多種原因綜合作用的結果。海流一旦產生,又會受到海水深度、地形變化等因素的影響。為了研究海流,科學家對海流進行了分類。按照成因,將海流分為風海流、潮流、密度流等,按所處位置又分成沿岸流、赤道流和極地流等,按海流的深度分,又有表層流、底層流之分;人們還根據海流的溫度與流經海域的水溫相比較,將其分為暖流或寒流。更奇特的是,海流中還有能上能下的上升流和下降流。因此海流一般為三種:由海水密度不同而產生的海水運動為梯度流。在海風作用下,由風的"拉力"作用而使海水產生運動為風海流;由於長波運動產生的海流,包括潮汐、內波、假潮、海嘯等產生的海水運動為長波潮流。 

    潮汐。潮汐是由於日月對地球的引力引起的海水水位的周期性漲落。在很多沿岸地區內,海平面由於受月球和太陽的引力作用,每日兩次漲落,所有水體經受潮汐作用的程度,取決於它們的尺度和所處的形狀。世界平均潮差為0.76米。潮差較低的是蘇必利湖,僅為6厘米,相反,在加拿大的芬迪灣,最大潮差達13.5米。今天,潮汐研究的比較系統完整。重要的是,它對航海、港口建設以及軍事有著特殊意義,所以格外受人關注。

    波浪。在海洋中存在著各種不同形式的波動,從風產生的表面波,到由月亮和太陽的萬有引力產生的潮波,此外,還有表面看不見的且下降急劇的密度梯度層造成的內波。以及我們在實驗室十分難得一見的海嘯、風暴潮等長波。

    此外,海水溫度、密度、聲速和海洋深度等,也是物理海洋學中最為常見的基本要素。同樣對目前正在進行的海洋工程、海洋養殖業、海洋環境保護均有特殊意義。海洋深度的測量,是特別重要的;因為一切有意義的海洋學測量值,都必須用深度、緯度和經度坐標進行定位。

2 現代物理海洋學 -近20年來

現代物理海洋學一直重視海洋自身的各種物理現象和過程,尤其是界面過程及大氣關係的研究,取得許多進展。海洋是一個巨大的立體空間,海洋中發生的各種現象和過程,極其複雜,時空尺度差別非常之大。物理海洋學研究,除了一些可以在實驗室進行之外,更多、更普遍的觀測研究,均在海洋現場進行。而海洋水深浪大,環境條件嚴酷,技術要求高,要取得進展,就需要相應的海洋高技術。隨著現代科學技術的發展,一個以遙感、遙測、遙控、自動化和電子計算機技術等為基礎的海洋探測系統,迅速發展起來。包括從空間對海洋表面的遙感技術、水下的海底聲學遙感技術、海洋浮標技術、深潛觀測技術等,初步形成了海洋立體探測研究

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