自然地理學(xué)--第四章 海洋和陸地水（上）.ppt

1、第四章 海洋和陸地水,第一節(jié) 地球水循環(huán)和水量平衡,一、地球上水的分布,地球上水量總體積為1.51093 。,當(dāng)量深度：各類水體鋪在地球表面的平均深度。海洋水體的當(dāng)量深度為2700-2800m，冰和雪為50m，地下水為15m，陸地上的河湖水為0.4-1.0m，大氣水的當(dāng)量深度為0.03。 水域是指水體的地理位置，自由水面的形狀與面積。 水圈是由地球表面各類水體各地水域共同組成，抽象為覆蓋地球表面的水層，實際上是不連續(xù)的、上下高程相差很大的自在水體水域的總稱。,二水循環(huán),（一）水循環(huán)及其基本過程與類型 1、水循環(huán),水循環(huán)指的是地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、重力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)

2、降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復(fù)始運動的過程。,小循環(huán)，又稱為內(nèi)部循環(huán)，是指發(fā)生在海洋與大氣之間，或陸地與大氣的水分交換過程。,海洋小循環(huán)是指從海洋表面蒸發(fā)的水汽，在海洋上空凝結(jié)致雨，直接降落到海面上的過程；,陸地小循環(huán)是指陸地表面和植物蒸騰蒸發(fā)的水汽，在陸地上空成云致雨，降落至地表的循環(huán)過程。,2、水循環(huán)的分類,（二）水循環(huán)意義,第一，水循環(huán)不僅將地球上的各種水體，組合成連續(xù)、統(tǒng)一的水圈，而且在循環(huán)過程中滲入大氣圈、巖石圈與生物圈，將地球上的四大圈層聯(lián)系在一起，形成相互聯(lián)系、相互制約的統(tǒng)一整體。,第二，地球上的水循環(huán)是巨大的物質(zhì)和能量流動，是具有全球意義的能量傳輸過程。,

3、第三，水循環(huán)是海陸間聯(lián)系的主要紐帶。,第四，水循環(huán)不斷塑造地表形態(tài)。,第五，由于存在水循環(huán)，水才能周而復(fù)始地被重新利用，成為可再生資源。,三、水量平衡,（一）通用水量平衡方程,水量平衡是水循環(huán)的數(shù)量表示。依據(jù)質(zhì)量守恒定律，所謂水量平衡，是指任一區(qū)域（如一個流域）在任一時段（如一年）內(nèi)，其收入水量等于支出水量和區(qū)域內(nèi)蓄水變量之和。,收入水量,支出水量,蓄水變量,通用水量平衡方程,第二節(jié) 海洋與海水理化性質(zhì),一 海和洋,地球表面廣闊連續(xù)的水面稱為大洋，世界大洋可分為四個：太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋,各大洋的邊緣部分接近或伸入陸地，并或多或少地與大洋主體有所隔離的水域稱為海 。海從屬于洋，或者說

4、海是洋的組成部分。海被分為四類 ：,1、內(nèi)海 也稱“地中?！?。它周圍被陸地包裹，僅有一個或幾個海峽與大洋或與鄰海溝通,地中海,黑海,紅海,波羅的海,渤海,2、邊緣海 位于大陸邊緣，以半島或島弧與大洋或與鄰海相隔，但直接受到洋流、潮汐傳播的影響。,白令海,黃海,日本海,鄂霍次克海,東海,3、外海 它雖位于大陸邊緣，但與大洋有廣闊的聯(lián)系,阿拉伯海,巴倫支海,4、島間海 指大洋中被一系列島嶼環(huán)繞的水域。,二 海水的組成和物理化學(xué)性質(zhì),（一）海水的化學(xué)成分 海水是含有多種溶解固體和氣體的水溶液，其中水約占96.5%，其他物質(zhì)占3.5%。海水中還有少量有機和無機懸浮固體物質(zhì)。,每升海水中含100以上的元

5、素，叫常量元素，不足100的叫微量元素。,（二）海水的鹽度和氯度 海水鹽度是指水中全部溶解固體與水重量之比，平均為34.6，變化范圍3340，有的超過44 每千克海水中所含氯的克數(shù)，稱海水的氯度。標(biāo)準(zhǔn)海水的氯度為19.381。,鹽度,鹽場,（三）海水的溫度、密度和透明度 1、溫度 2、密度 單位體積中的海水質(zhì)量就是海水的密度，單位是g/3。海水密度值約為1.0221.028。,3、顏色和透明度 海水的顏色決定于海水對陽光的吸收和反射狀況 海水的透明度以直徑為30的白圓盤投入水中可見深度來表示海水的透明度,透明度與泥沙、生物量有關(guān),第三節(jié) 海水的運動,（一）潮汐現(xiàn)象與引潮力 由月球和太陽的引力引

6、起的海面周期性升降現(xiàn)象，稱為潮汐。 海面升高，海水涌上海岸，叫漲潮。 海面下降，海水從岸上后退，叫落潮。,一 潮汐與潮流,漲潮時海水面最高處稱為高潮， 落潮時海水面最低處稱為低潮。 高潮與低潮的落差，就是潮差。 潮差是以朔望月為周期性變化的, 潮差最大時，叫大潮，反之叫小潮。,地球上某一點所受到的太陽和月球的引力與其受到的太陽和月球的引力的平均值大小有差別，方向也不同，正是這一引力差使海平面發(fā)生升降，故稱之為引潮力。 引潮力朝向月球和太陽一面時形成的潮汐，稱順潮，反之稱對潮。,根據(jù)潮汐的周期變化，可將其分為 半日潮、混合潮、全日潮三種。 （二）潮流 海水受月球和太陽的引力而發(fā)生潮位升降的同時，

7、還發(fā)生周期性的流動，這就是潮流。 潮流也分為 半日潮流、混合潮流和全日潮流三種。若以潮流流向變化分類，則外海和開闊海區(qū)，潮流流向在半日或一日內(nèi)旋轉(zhuǎn)360o的，叫回轉(zhuǎn)流；,近岸海峽和海灣，潮流因受地形限制，流向主要是在兩個相反方向上變化的，叫往復(fù)流。 此外，漲潮時流向海岸的潮流叫漲潮流， 落潮時離開海岸的潮流叫落潮流。 喇叭形海灣或河口灣可以激起怒潮。,二 海洋中的波浪 （一）波浪及其類型 1.定義：海洋中的波浪是指海水質(zhì)點以其原有平衡位置為中心，在垂直方向上作周期性圓周運動的現(xiàn)象。波浪包括波峰、波谷、波長、波高四個要素。,波高為波形的波峰制高點與波谷最低點之間的垂線距離，相當(dāng)于水質(zhì)點運動圓跡的

8、直徑。波長為相鄰波峰或相鄰波谷或相鄰?fù)幌嗨|(zhì)點之間的水平距離。波速為波形傳播遞進的快慢，相當(dāng)于波峰(或波形上任何一點)在單位時間內(nèi)遞進的距離。波浪周期是相鄰波峰(或波谷或波形上某個位相點)相繼通過同一點所經(jīng)歷的時間間隔，相當(dāng)于水質(zhì)點完成一次圓形軌跡運動所需的時間。,在垂直方向上，波高或波浪振幅均隨水深增加而變小，在水深等于波長時，該水深的波高也只有水面波高的1/512(0.002)了。一般在海面以下20-30m水深的波浪運動實際上已十分微弱。,水質(zhì)點圓周運動產(chǎn)生的波形遞進,連接不同水層上以勻速旋轉(zhuǎn)的水分子在波峰和波谷中的點而構(gòu)成的曲線，叫余擺線。 水分子的圓形軌跡到了和波長相等的深度就不再存

9、在，這個深度就是波底，即波浪能量向深處傳遞的極限。如下圖所示：,在平面上，同一列波峰的脊線也稱波峰線，與波峰線垂直而指向波形遞進方向的射線稱波浪射線或波向線。在深水區(qū)，波形寬展，波峰為圓形脊，也叫涌浪；當(dāng)遞進到水深比較淺的地方，水質(zhì)點的圓周運動受阻，漸漸也變?yōu)樯习氩寇壽E為半圓形，下半部軌跡為扁圓形，以致往回運動的水質(zhì)點阻礙它后邊水質(zhì)點的往前運動，從而出現(xiàn)了波形的不對稱，波峰的向前傾，隨著前坡的不斷增陡，直至出現(xiàn)翻卷并跌下來產(chǎn)生所謂的破浪或碎浪，也稱拍岸浪。,最后由于水深過淺，水質(zhì)點的圓周運動完全變?yōu)橥鶑?fù)運動，其中向前運動的浪流稱進流，往回運動的浪流稱退流。退流是水質(zhì)點從高處順岸坡下滑而逐漸增速

10、的水流。所以，進流有能力把水底大大小小的沙礫掀起來沖上岸去，而退流只能攜回較細小的顆粒。,波浪由深水區(qū)進入 海岸帶的變化過程,2.分類 風(fēng)浪：由風(fēng)的作用產(chǎn)生 A.按照 海嘯：因地震或風(fēng)暴產(chǎn)生 其成因 潮波：因引潮力引起 氣壓波：因氣壓突變 船行波：船行作用 B.按照波長和水 深水波（短波） 深的相對關(guān)系 淺水波（長波）,（二）波浪的折射 波峰線在深水區(qū)是和引起波浪的力的方向，即波前進方向相垂直的。但波浪前進方向常常與海岸斜交，這樣，同一波列兩端的水深就可能有較大差異。近岸較淺一端因受摩擦而減速，離岸遠而較深一端在深水處繼續(xù)保持原速前進，最后波峰線將發(fā)生轉(zhuǎn)折而與海岸平行，這種現(xiàn)象就是海浪的折射。

11、,平 直 海 岸 的 波 浪 折 射,港 灣 海 岸 的 波 浪 折 射,由風(fēng)力作用產(chǎn)生水質(zhì)點的周期性振動稱風(fēng)浪。平靜的海面，由于風(fēng)的連續(xù)吹拂而出現(xiàn)起伏波動，當(dāng)風(fēng)速達0.25-1.0m/s，海面出現(xiàn)微波(毛細波)，波峰如魚鱗，最大波長2cm，波高幾毫米；,（三）風(fēng)浪,風(fēng)速繼續(xù)加大，微波發(fā)展為風(fēng)波，波峰尖陡，波谷寬平，波列不甚規(guī)則；風(fēng)吹停止后，微波很快消失，而風(fēng)波則賴慣性而在衰減中繼續(xù)遞進，即轉(zhuǎn)化為余波(也稱涌浪) 。風(fēng)浪的成長和傳播與風(fēng)速、風(fēng)時、風(fēng)的吹程有密切的關(guān)系。,巨浪,三、洋面流 海水沿著一定方向有規(guī)律的水平運動，就是洋流。 （一）洋流的成因和分類 1.按照成因分：摩擦流、重力氣壓梯度流

12、和潮流三類,從海面到摩擦深度的海水運動，稱為風(fēng)海流。重力氣壓梯度流包括傾斜流、密度流和補充流。 傾斜流是是因風(fēng)力作用、陸上河水流入或氣壓分布不同，使海面因增水或減水形成坡度，從而引起的海水運動。 密度流則是由于海水溫度、鹽度不同，使得密度分布不均勻，海面發(fā)生傾斜而造成的海水運動。,2.根據(jù)流動海水溫度的高低，還可以把洋流分為暖流和寒流。暖流比流經(jīng)海區(qū)的溫度高，寒流比流經(jīng)海區(qū)的溫度低。,（二）洋流模式和主要洋流 根據(jù)行星風(fēng)系理論，地球上實際存在的洋面風(fēng)，在北半球有0o30o的東北風(fēng)，30o60o的西南風(fēng)和60o至極地的東北風(fēng)。南半球的洋面風(fēng)與北半球相差90o。 由行星風(fēng)系可以推論出三種洋面流模式

13、： （1）北半球的風(fēng)吹動洋面而最終輸送一層方向偏右90o的厚約100m的上層洋流。如下圖所示：,30oN盛行風(fēng)產(chǎn)生大洋高壓區(qū),（2）30o60oN的西南風(fēng)使上層水流向東南，60o90o的東北風(fēng)又使上層水流向西北，導(dǎo)致以60oN為中心形成一個低凹。如下圖所示：,（3） 赤道無風(fēng)帶兩側(cè)，因北半球的東北風(fēng)和南半球的東南風(fēng)，上層水流必然從赤道向外流動。圍繞赤道低壓系統(tǒng),北半球部分的洋面流最終將呈反時針方向，而南半球部分則是順時針方向。由于二者方向相反，因而 就形成兩個赤道環(huán)流。 如右圖所示：,東北信風(fēng),東南信風(fēng),中緯西風(fēng),中緯西風(fēng),極地東風(fēng),極地東風(fēng),0,30N,30S,30N,30S,0,60N,6

14、0N,60S,60S,東北信風(fēng),東南信風(fēng),中緯西風(fēng),中緯西風(fēng),極地東風(fēng),極地東風(fēng),0,30N,30S,30N,30S,0,60N,60N,60S,60S,冬季,逆時針方向,北印度洋海區(qū),夏季,順時針方向,北印度洋海區(qū),30N,30S,0,60N,60S,中低緯,中低緯,0,大洋 東岸,大陸 東岸,大陸 西岸,大洋 西岸,0,大洋東岸,大陸東岸,大陸西岸,大洋西岸,世界大洋最重要的洋流,北海道漁場,北海漁場,紐芬蘭漁場,秘魯漁場,北大西洋暖流,西澳大利亞寒流,澳大利亞西部,澳大利亞西部,澳大利亞西部,北大西洋暖流,西澳大利亞寒流,秘魯寒流,智利太平洋沿岸地區(qū),第四節(jié) 海平面變化,一 海平面與海平

15、面變化,2 海面變化的證據(jù),高于現(xiàn)代海面的證據(jù)：大陸上發(fā)現(xiàn)貝殼堤、海灘巖、珊瑚礁、以及生物遺跡標(biāo)本。 低于現(xiàn)代海面的證據(jù)：埋藏于海水下的貝殼堤、海灘、村落遺址、河口三角洲等。,1 海平面的內(nèi)涵,“海平面”的全稱叫平均海平面。原本意是在相當(dāng)長的時間內(nèi)，海水表面的平均高程是靜止不動的，可用它作為大地測量高程的零點。平均海平面的“高程”，是驗潮儀自動記錄專用測潮井內(nèi)，浮體高程連續(xù)多年每小時讀數(shù)的平均值計算出來的。事實上，由于各國各地驗潮站觀測時限及觀測方法技術(shù)的不同，所以產(chǎn)生的平均海平面高程，普遍存在一定的差異。,海平面的內(nèi)涵,3 海面變化的空間尺度,局部地區(qū)海岸線變化疊加了地殼形變因素的影響。全球

16、范圍的海平面變化是全球氣候變化的反映：冰期與間冰期海面的升降。,4 海面變化的時間尺度,從秒、分、小時為時間單位到地質(zhì)歷史上以億萬年為時間單位，不同時間尺度有不同的海平面變化特征及其升降規(guī)律，引起海平面變化的主要因素也不相一致。與此同時，一些主要因素引起的海平面變化的型式也不相同。,不同時間尺度的海平面變化與海平面變化主要因素,海平面變化的時間尺度,二 7萬年來的海平面變化,第三紀(jì)以前地質(zhì)歷史時期的海平面變化研究，依賴于不同地質(zhì)歷史時期的世界古陸分布圖，部分學(xué)者認(rèn)為存在早寒武世、中奧陶世、早泥盆世晚石炭世、晚白堊世幾次全球性高海平面與大海侵。,1 第三紀(jì)以前的海平面變化,主要表現(xiàn)為冰期低海面海

17、退與間冰期高海面海侵的交替。多數(shù)認(rèn)為歷次第四紀(jì)間冰期海平面與現(xiàn)代海平面位置比較接近，高低不超過20m；末次冰期海面明顯下降始于70ka.BP.前后，冰期鼎盛時期8ka.BP.)的最低海面比今低約12020m左右，大陸架在當(dāng)時幾乎全部裸露，直到晚更新世末期全新世初，世界海平面又回升到比今低約25m左右的位置。,第四紀(jì)海平面變化曲線,2 第四紀(jì)海平面變化,我國東部海岸變遷,7萬年前 海侵 44000年前 海退 25000年前 海侵 23000年前 海退 15000年前 海退達最大 10000年前 海侵 8000-7500年前 海侵達到接近現(xiàn)代高度 6500-6000年前 最高海面,6ka.BP.以

18、來的海平面變化總趨勢是在波動中漸趨穩(wěn)定。但據(jù)古海面遺跡的分布編繪的世界各地的相對海面變化曲線依然有較大的差別，表現(xiàn)為有的地方存在比今海面高2-4m以上的中全新世高海面，另有一些地方不存在比今海面更高的中全新世高海面，還有一些地方全新世最高海面出現(xiàn)在3-2ka.BP.前后，主要原因在于由構(gòu)造運動、均衡運動、壓實沉降等使各地的古海面遺跡不同程度地發(fā)生了變位，還有的則把風(fēng)暴潮沉積視為古海平面遺跡了。,全新世海平面變化曲線,6千年以來的海平面變化,主要是根據(jù)驗潮站儀測數(shù)據(jù)計算出來的。世界上最早的驗潮站是建于1682年的阿姆斯特丹站。百多個驗潮站的數(shù)據(jù)表明近百年來全球海平面保持著斷斷續(xù)續(xù)的上升，平均上升

19、速率為10 -15cm/100a -., 少數(shù)驗潮站數(shù)據(jù)表明該地存在相對的海面下降。估計表層與淺層海洋水溫增溫1，相應(yīng)的海平面上升量為11cm。,近百年來的海平面變化,三 近百年來的海平面變化,近年來我國近海的海平面變化,2003年我國沿海海平面比常年平均高了60毫米，而山東省高了67毫米。與2000年相比，2003年山東沿海海平面上升幅度為16毫米。 山東沿海海平面平均上升速率為每年2.4毫米。2004年2006年，山東沿海海平面都高于常年。受海平面變化影響，山東沿海海水入侵、海岸侵蝕等海洋災(zāi)害有所加重。其中，煙臺、青島、威海、日照等地區(qū)海水入侵累計面積已達649平方公里；龍口至煙臺海岸侵蝕

20、長度約30公里，累積最大侵蝕寬度達57米，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)厮Y源環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。,未來數(shù)年，沿海海平面總體上將繼續(xù)保持上升趨勢，2006年和2013年中國沿海海平面將比2000年平均海平面分別高10毫米和28毫米，山東省2006年高25毫米，2013年高33毫米。,四 21世紀(jì)海平面上升預(yù)測 1.IPCC的預(yù)測 （1）如果21世紀(jì)CO2 不受限制照常排放， 21世紀(jì)海平面上升速度為20世紀(jì)的35倍。 （2）如果 A.能源供應(yīng)轉(zhuǎn)向低碳燃燒； B.可再生能源與核能取代礦物燃料； C.2050年CO2排放量降到1985年的一半； 那么，2050年全球海平面上升2031cm。如下圖所示：,IPCC1990年的21世紀(jì)海平面上升量估算,2.1992年，一批歐洲學(xué)者與中國學(xué)者合作，依據(jù)IPCC1992年的溫室氣體排放方案（IS92a）提出2050年海平面上升最佳估計值為22cm，2100年為48cm。 3.1993年中國科學(xué)院地學(xué)部以全球海平面2050年上升20到30cm為依據(jù)，估計我國珠江三角洲海面將上升4060cm，上海地區(qū)5070cm，天津地區(qū)70100cm，同時考