海洋科学导论 作业

大尺度海流与普通人直觉相悖的结论 如果海水没有盐度会怎样

必做作业

向一个没有学过海洋学的人介绍并解释大尺度海流与普通人直觉相悖的现象。

一、 风海流体积输送方向与风向垂直（北冰洋浮冰随海水运动的方向与风吹方

向不一致）

首先，我们应当知道，风海流是湍切应力和科氏力平衡时的稳定流动。

为了更好地解释这一现象，我们引入一个理想的海水模型：

1)密度均匀；

2) 海区无限宽广，海面无起伏；

3) 风场均匀，长时间吹；

4) 科氏力不随纬度变化；

5) 只考虑垂直涡动粘滞系量引起的水平方向的摩擦，且视为常数。

也就是说，在我们研究的理想海水中，密度均匀，海区宽广，这意味着因密度造成的海流和地形的制约因素可以不考虑；风场均匀并且恒有风，意味着风海流的动力是源源不断且均匀的；科氏力，也就是地转偏向力不随纬度变化，即海水的受力不会因位置的变动而改变大小；同时，我们只对水平方向上海水层之间的摩擦力予以考虑，方便起见，将其大小视为常数。

于是，我们可以在理想海水海面上加一股定向的风，假设风吹向北。由于海水表面与大气的摩擦力的存在，海水得以运动，而科氏力的存在，又使得海面上海水流动方向与风向存在一个45°夹角，即海面海水流向东北。

我们继续研究更深处海水的运动状态。可以想见，随着深度的增加，风的动能越来越多地通过摩擦力做功转化为海水的内能，海水的流速在竖直方向上显著减小，到达一定深度后，海水的流速甚至不到表面流速的5%.

另一方面，科氏力在海水的运动中客观存在着，并显著改变着其方向。如果把海水看做由一层一层薄薄的海面拼合而成，那么，上一层海面的运动会带动下一层海面的运动，他们间的摩擦力因上一层海水的运动产生，方向与其运动方向一致，但科氏力的方向不会改变，于是他们的合力方向愈发向右偏（对于科氏力向右的北半球而言），进而导致每一层海水的运动方向都较上一层偏右，在到达某一深度时，甚至会偏向与表面海水完全相反的方向。

该模型被称为埃克曼（Ekman）深海漂流理论，在三维空间中，每一层海水速度矢量终点的连线呈螺旋状下降，该曲线叫做埃克曼螺旋线。

而对沿竖直方向从海面到无限深处速度的定积分，便是风海流的体积输送量。为了方便计算，我们从北向和东向分别求定积分。计算结果告诉我们，北向的定积分为零，而东向的定积分为一常数。这也就意味着，虽然速度方向千变万化，风海流的体积输送方向却是与风向垂直的正东！

积分算是十分复杂，我们不妨定性地解释这一现象。上文说到，从表面到深水，每一层海水的运动速度不断减小，方向不短偏向右，而运动速度减小的速度是远远快于方向变化之速度的，这就意味着，当海水运动方向指向正南或西南时，它的速度已经可以忽略不计，所以海水向西运输的体积微乎其微，难以与向东运输的体积抵消，但向南和向北运输的海水体积大致相等，相互抵消，总量为零也就并不奇怪了。所以宏观来看，海水的体积运输方向是垂直于风向向东的。

大尺度海流与普通人直觉相悖的结论 如果海水没有盐度会怎样

二、 洋流的西向强化现象（大洋西岸洋流比东岸强许多）

显而易见，考虑全球范围的洋流运动时，如果仅仅加入风应力和不随纬度变化的科氏力时，大洋环流会是图（a）中的样子：一个套着一个的环流圈。

但如果我们考虑到科氏力随纬度的增大而增大，那么大洋环流就会变成（b）图中西岸密集，东岸稀疏的样子。

我们可以从科氏力变化的角度，定性分析这一现象。

如图所示，假定该海域在北半球，科氏力偏向右，风应力一半向西一半向东，科氏力随纬度升高而增大。在向西的风应力作用下，海水向西运动，由于科氏力的扰动，他们的运动方向会偏向北，这就意味着，随着他们的运动，所受的科氏力逐渐增大，向北的趋势愈发明显，最终在西岸汇聚成强大的北向洋流，流过风应力为零的区域。

紧接着，海流收到东向风应力，由于科氏力的作用向南偏，进而随着海水的运动，所受科氏力减小，向南运动趋势减缓，当海流运动方向偏向正南时，海流已变得十分松散无力，造成东岸海流较弱。

正是因为科氏力随纬度的变化，大洋环流才呈现大洋西岸强（湾流，黑潮），东岸弱（加利福尼亚寒流，秘鲁寒流）的西向强化现象。

选做作业

假如海水没有盐度，海水的物理性质，海洋要素分布及海水动力现象会发生

哪些变化。

盐度，与温度和密度并称为海水的三大要素。我们对海水的第一感觉，大概就是“海水是咸的”——正因为海水的盐度客观存在，变化多端，才造就了海水纷繁复杂的物理现象，规模极大的海洋环流，丰富多彩的海洋生物和取之不尽的资源财富。

关于盐度的定义，最开始是这样表示的：一千克海水中将溴，碘离子以氯置换，碳酸盐分解为氧化物,有机物全部氧化,所余固体物质的总克数。在1969年，

人们提出了电导盐度的

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