788605 45书4 中等福洋专料学校改树 3337 海羊学 宁波海样学校端 海洋出版社
前 言 水书以我校海洋水文气象专业海洋学》散学大粥为编写装纲，在《海洋学》游义(1981 年我校编，海洋水文气象中专班试月)茶础上、通江三年时回载学实浅，吃‘，得子、 补充编写而成。 r. 本书主要参考山东海萨学1982年《症元学》讲头和浙江水产学院1979年《游洋学》教 梨书，并考虑到适合中等海洋水文气象专业使F,对一些较繁的数学力学推导尽量改再 定性描述，力求通俗易懂。在内容上也注气了中：集：海法基础理论知识的尖际应方面。 本书由钱木兴主编，等一章由孙海芳编写，节四章由陆士明编写，第六章、第七章 由怅碧芳编写，第十一章出王国庆编写。国家淮洋局第三海洋研究所高级工程师伍伯瑜 同志对本书进行了审阅，抚出许多宝青意见，并提供了不少资料；张培垠同志绘图，花 费了不少劳动，在此一并致谢。 由于编者水平所限，绮识难免，望读者指正。 细者 1984年8月
月 录 第一章绪论……………… nn4小0◆(1) 第一节海洋学的定X与范阻…… *4小440中中标*4小◆。中8#中(】】 第二节班究海洋的意义…………(1】 约三节海洋学发展简史…*………(5) 第二兼海洋形态… 1”4n*………(13) 的一节地球概论… (13) 第二节海洋的起源… 6…(18） 第三节海底地形……… 筲四节各大洋海底地形的待点 第五节中国近海的地形 第三章海水物理性质……… (37) 第一节海水的温度…… (37) 第二节海水的盐度和氢度……… 第三节海水的密度…… (6） 第四节海水的热性质………… (53) 第五节海水的其他物理性预…… 44…(56） 第六节海水结冰………… 第七节声在海水中的传播…… (64) 第八节光在海水中的传播……… 第四章海水化学性质………… …4t…(81） 笃一节海水的化学戒分4……………… (811 湾二节海水的主要成分…… (83) 第三节海水中的溶解氧………… (84) 第四节海水中的二氧化碳系统…………(90) \ 第万节海水中的营养元素…… 第五章海水温度、盐度、密度的分布和变化………*… (99) 第一节海水温度的分布和变化……………(99) 第二节海水盐度的分布和变化…… (129) 爷三节海水密度的分布和交化…… 4e443) 第六兼海流…………… 第一节海流的分类及其表示法*… (149) 第二节压力场、柯氏力……… (151) 第三节梯度流… …44444,(155) 第四节河海流…
第万节风游流的副效应一一上升流…………（们61） 常六书场形对海流的影服… 第七节大洋环流…。………(6) 第八节中只度涡与埃尔尼诺现农……………（打71） 鸽九节中国汽海及邻近海区的环流系统… (17) 第七毫海浪………………… (19) 节二节没动的基本生质………… …(18） 节三节风浪和涌浪………… 第阿节浅海和近岸的泡浪… 第五节闪波…… ………(201） 第六节海啸和风暴潮………… 4*4+(202) 第七节海浪要素的统计分扣……… (205) 第八节中国近海和沿岸的海浪………(217) 第吃节火洋浪的基本状折…… 第八章潮汐*……… ………（221) 第一节与湘沙有关的天文知识… (221) 芳二节潮汐现象………… …………(227) 弟三节潮汐产生原因一一引潮力…… …+…(230) 第四节平衡湖理论………… ………1235) 第天节潮汐的动力学理论… …4…(212) 第六节潮汐分折预报…………… n**(28) 结七节潮汐计第……… ………”(252) 学八治湖流……… ………(25、y 第花泸渚流计第… 20i? 第节世界大洋及中国近海的潮汝…… ……22) 节一节潮汐的应用 004*…(277) 第九章海水的混合……… (283) 节一…节混合的概念……" ………………4…*”(283) 节二泸垂直稳定度 / 第三节涓动混合与对流混合… ……………4……(290) 笔阿节水团及水团之间的闲合…… 第十章海洋生物…………… 44……4(308) 馆-…节海游生物的种类舒水… 4…*n4”(308) 第二节海洋生物与理化环境的关系…… *t“4…"*0”{3J3} 蓉三节海洋生物的生活方式…… ……………(317) 川特海洋生物研充的动向…………… na*n*n0**(321) 第片一章海洋沉积…… (327) 射…节海洋沉积的来源和搬沟………………………(327)
第二节海洋沉积物的类型………………………(329) 第三节海底矿产资源………。， (332) 第四节世界大洋和中国近海沉积物分方……1336) 3
第一章绪 论 第一节海洋学的定义与范围 研究发华作海养中的物理、化学、生：物、地质地貌等各种门然现象和过程，以及它 」们相工联系的科学，称做海学。海洋学是地球科学的重要分支之一。人有根据研究 刈象的不同，通常把它分成为物理海诈学、化学进洋学、非：物海洋学利地质海泸学等四 大学科。 物弹海洋学主要研究洲汐、波浪、海流等为：体的海水运动的物理特排，以及温 度、盐度、密度等海准堪本要素的分及变化：化学海学致丁探讨海淮环境中发生 的化学过程，包括海水和生物、联质化学物质的成、结构、在在形态、相作州、 变化转移的规律，及其分佰、分离、提联和和用等；作：物海羊学所研究的是海诈：态 系、群济结制、动态变化、：物生严力和水产养殆；地质海洋学涉及的是海洋的地质地 貌、非盆构造、海底可江资源、海底沉物的形成过程和行关海洋的起源及演化。陆着 利学技术的不衙发展，海详各必科闻相互结合、相互渗透日旅加强，于是又产了此 边缘科学和新兴科学。例如以研究海洪工程技术为重点的工程海洋学，以卫尾、宁宙飞 船收集和传送情报资料的遥感海洋学，以及环境游淮学、军事海洋学和渔业海洋学等， 均属丁这类边缘科学和新兴科学。 筲二节研究海洋的意义 人炎镰以飞存的地球，裤作，占了它表面的0“以.【：，到为三亿六千一百平方下 米在人类数千年的文历史进和中，海着作：为牛活的环境，一一方受到人极大的关 注。它调节若地球的气帙，蕴数雀取之不足、之不端的动力资源、产资源、生物资 湖：和化学资源、它是天然的交通“大道”和园防前哨，又是认识宁由、发展自然科学理论 的迎想试验场、现代科学技术的成就，进人本世红小年代以后，海光更卫发民成为国 际上的重点呼究对象之一，它完全可以与宁击空问研究、原子能研究相赡关， 在华事上，海洋环境对海北事活动有很人的影响，而要取得海上战的动权， 现代海洋科学的配合是至为重要的。在这方面的本例，占往今来、可说是蚧拾皆是。例 刻1,166！年4月，我国民族英蛭郑成功曾率兵？500入、战船100艘，利用台湾鹿耳门-一邢 的潮机会，顺流而人，先下赤坎，后围安平，-·举打败荷兰侵胳者，遂收复了台沙 省。海非中的海流和潮流，不仪影响舰船的航速和航向，对海上布雷、导弹发射系 也颇为密：切。在第二次世界大战中，德国用水宝封锁奕吉利海敏，使英国舰队遭变了 大损尖，其原因之一是德国人学擀了北海至英利海峡的海流的规律。对海【 波浪的变化，是军率指挥贞必须注意的，中测就行可能造成难以置信的失
第二次世界大战中，山美、英海军发动的著名诺曼底登陆作：战虽然取得果些成功， 们就因没有混确地进行波浪预报，致使融军方面·举损火登陆艇700余艘，这早已 成为现代军事教科书中的一个典型战例。当然，能学操波浪的变化规律，则可 以掩盖鱼雷的航迹，增加潜艇的隐蔽性等等，从而起到化害为利的作用。利用海水 良好的传声性能研制的呐，是发现海上门标的重要丁段。据统计，在第·次世界大 战被击沉的游艇总数中，儿平行近60%是靠呐发见的。游水中的度跃层，为潜艇 隐薇提供了“液体海底”，但跃附远：现的内波，又有可能浒潜艇抛：水面或压人极 限深度之下，这是十分危险的。在五于住代，一艘美风核动力楷艇就因遭受振幅为100 米的内波振荡，最后葬身于大西详底。此外，海洋物和海浪造成的环境噪声，会严重 扰声啊和水下监视系统；重力场会影响潜艇和水所舰挺的惯性导航：海洋地磁会影响 潜艇的水下导航和磁性水雷的布设等等。由此可见，海上军卓活动给海洋学提出的任务 是多种多样的，要在海祥中变为利，获取战斗的胜利，就必须深入开展对海洋学的研究。 从经济意义上，辽阔的海洋，可说是一座无所不包的巨人资源宝库。 海详孕有若大量的生物资源，北中仅鱼类就有二万五，下种左右，而现今成为人们捕 捞对象的不过二百种；钦体动物八种，已被开发利用的只不过是其中经济价值较高的 少数几种：甲壳类二万种，目前被利用的主要是一些个体较大的种类。据初步枯算，海 详中每年可捕渔的总潜力约在2.6亿吨到4.5亿吨之间，仅南极的磷虾，在不破坏南大详 生态平衡的前提下，每年就可捕捞7于万吨以上，儿乎接近目前世界的渔款总量。成当 指出，在现有世界的渔产量中，有92%捕自于占世界海洋总面积？.6%的浅水大陆架区 域，而对200海里(370.4千米)专属经济区以外的占海洋总面积60%的公海，迄今还没有 得到充分的开发利用。海洋中的植物资源主要是褐漢和红藻类。它们不仅数量相当可 观，而且有很大的经济价值和发展潜力。海洋藻类含有人类需要的各种营养物质和维： 素，还今有工业上不可缺少的硒、氮、琼脂、长拉胶等化工原料。有二门三十种海藻可 提取多种抗生素，这是海洋医药的重要资源之一。「前，世界各国获得的藻类年总量约) 为200)吨，其中由养殖得到的占很大比重，如果把世界沿海宽阔的滩涂有效地加以利 用，那么藻类产量就将会有飞速的增长。当前，许多国家正在发展“海洋农牧场”，逐步 实现鱼类和贝藻类生产的畜牧化和农业化、可以预见，一个以增养殖为主的“耕海时代” 即将到米。 赋存于海底的矿产资源，品类繁多，蕴藏量相当可观，是人类潜在的·笔巨大财富。 在合世界海洋大陆架沉积盆地中，石油蕴藏量佐计达2500亿吨，约占金球，总储量的 45%,已经探明的天然气储量为14一17万亿立方米，山26%左右。如果把大陆架以外的 海底石油和天然（都计算在内，这个数学还要大得多。有人推测，到2000年左右，全世界 消耗的石油，将有50%来白海诈。在稀有金属和贵重金属方面，占世界产量96%的锆 石，90%以上的金红石，半数以.上的独居行和钛铁伊，以及部分金刚石、锡石等产于滨 海砂矿中。这些矿物是凤防怡金、航空航大与原子能工亚的重要原料。含大量铁、钢、 铅、锌、银、金的多金属海底软泥，是-·种县有很火经济价值的潜在资源。这种多金属 软泥主要产于世界大洋中脊和某些岛弧附近的深海区。此外，已经探明的在大陆架以城 还蕴栽有254亿吨铁、3000亿吨磷钙、儿丁万吨硫磺矿和人量的煤。 产丁水深2000到000米深海联的深海矿产-~-猛结核，是一种当前举世瞩目的到 2
产。它含有锰、铁、铜、钴、锆、镭、钛、 钍、铊等四卜多种稀有元素、稀土元素和放 射性元素，据估计，大洋底，结核的总储量约 为3万亿吨，仪太平祥就有17000亿吨，可以 说这里是世界海洋锰结核的富集区。其中尤 以中美洲外海经夏威夷群岛，到马里亚纳海 沟一带为最多，有人把这一带称之为“标砌 的航路”。就世界大详锰结核的总和而论， 其中含锰4千亿吨，是陆地的67倍；镍164亿 吨，是陆地的273倍；铜88亿吨，是陆地的 21倍；钴58亿吨，是陆地的967倍…。如 iP 果按目前全世界的消耗量计算，再过36年陆 地上铜的资源行将枯竭，再过120年锰、镍、 钴等资源也将消耗殆尽。假若深海锰钻核得 到开发和利用，那么铜的资源可供人类多用 600年，镍可延长使用15000年，锰可用24000 图1-1石油钻井平台 年，而钴则可用13万年之久。更可喜的是锰结核具有不断增生的特点，仅此一项各大洋 每年即可增加1000万吨之多，由此提取的银可供全世界用3年。 海水是地球上最大的液体矿旷藏。在全球135亿亿吨海水中，溶存有80多种元素，分 别可提取盐量5亿亿吨、镁3100方亿吨、硫3050万亿吨、钙660万亿吨、钾620万亿吨、 溴89万亿吨，还有锶和硼分别为12和7万亿吨，以上这些元素占整个海水溶存元素的99% 以上。对浓度在百分之一以下的微量或痕量元素，如锂、铷，融细、铀…等，其 图1-2海底锰结核
图1-3我国江夏潮汐电站 相对量虽小，但它们在海洋水体中的总量仍然是很大的。 喧脾不息的海洋，还蕴藏有用之不竭的动力资源。据初步估计，世界海洋的潮汐能 量功事为0.03×102瓦特、波浪能量功率为2.7×1012瓦特，海流能量功率为0.05×1012瓦 特，再加上海水温差能(2.0×1012瓦特)、盐度差能(2.6×102瓦特)和其它形式的能， 整个海洋可称为是一座取之不尽的“蓝色煤海”。海洋能的开发和利用，从六十年代以来 已取得了长足进展。潮汐发电站已在沿海国家普遍建立起来。1966年底，法国在圣马洛 湾朗斯河口建成的潮物电站，总装机容量达24万千瓦，这是迄今世界上建成的最大潮汐 电站。美、英、苏、加章大等国也都在积极筹建大型或超大型的潮沙电站。南朝鲜预计 在八十年代建成投产的加露林湾潮汐电站，总装机容量将达40万千瓦。利用波浪能发电 的研究，以日本和英国最为著名。日本研制的小型波力发电装置，已在世界海洋的航标 灯、灯塔和海洋浮标上得到应用：最大输出力达1000千瓦的海明号船型波力发电装 置，也于1978一1979年成功实现了由海上浮体向陆地输电的试验。英国把波浪发电研究 放在新能源开发的首并把这视为他们的第三能源。海水温差发电，已被列入美国民 用海洋工程的三大重点之一，计划在八十年代建成一座10万千瓦的示范电站，到2000年， 海水温差发电的月标是装机容量达1000万千瓦。海流能，潮流能、盐度差能等，也都必将 成为人类可利用的新能源。总之，在世界性的“石油危机”之后，许多国家为确保有长 期、稳定的能源来源，海洋能正作为一种可再生、净和潜力巨大的新能源而得到了应 有的重视。 海洋，空间广阔，是天然的交通大道。海洋运输是现今世界上④0亿人口彼此联系的 主要手段和最经济的运输形式，其成本只及铁路运输的40一45%，比公路和航空运输更 低廉。目前，许多沿海国家都在大力发展海运事业，迄今拥有的商船量已达69000余艘， 担负着世界70一80%的货运量，并有继续增长的趋势。发展海上交通，必须要有现代海 洋科学技术的配合。在港工建筑中，远岸波浪机理、潮浪特性和沿岸泥沙回淤规律等 是规划设计工作的重要依据。开展海水防腐和附着生物防除的研究，对船舶维修和港丁 设施的护理具有重要意义。进行海祥水文和海洋气象的预报研究，对保证船舶进出港的 安全，避免海上因风暴、巨浪、冰山等可能造成的海难事故，以及根据航行过程的气象
海况及船本身的运动性能来调整航问和航速，选举豉任航线，航时、缩短航 行周期等都有重大的作用。为了发展海洋运输，提庙海洋输的经济滋益，它要求海洋 学解决的课题是多方面的，上面列浴的还延没有把所沙及的问题都包括在：内 海洋是风雨的放乡。地球上：现的风云啊落、冷暖下湿、短期的天变化和长期的 '气候变近，从人范国讲，有接或问接都和涪瀚的海洋有关。战然人有对这些过程的理 尚未透彻解，但地球是一个整体、海径和人'气是相互.联系又红影购的。例如，风 会造成海浪，人运动会形啊海流，但推动人气流动的热量，除太！辐射烟度选成不 均匀分和外，主要来自海洋吸收的太能最。海也会形叫人气，它能为除水提供无为 无尽的水汽贮量，暖水会给冷气团增舔热量，而地球上每年之创的气候差并，也被认为 同各作之间洋流的微小变化有关。H此可见，蒋加对海洋与人‘气京关系的了解，为大范 博天之预报提供科学根片，并行可能改进实见控制气候的影啊这人类是非常重要的。 ★ 海洋与人类的关系非常密切，研究海洋的意义非：常重大。但是迄今我们只是对大约 20%的海洋开展过较详细的调查，村5%的海域进行过系统的研究，至于并发利，则可以 说还是“沧海一栗”。见在，全世界而临着食判、：房、能源、交通运输和矿物原料供应 等等一系列的问题，在这种情况下，可以肯，术米海羊的地位将会越来越重耍。 第三节海洋学发展简史 科学的发展，总是利人类社会生产力的发展紧密联系在一起的， 自占以来，进界上一切临海国家的民族和人民，一直和澎洋发生：各种各样的联 系，不断探索着海洋的规律，逐步加深若对海洋的认识。尤其从本世纪七十年代以来， 人们向海洋进军的目标，已不再局限于传统的了解海洋的一般状况，而是发展到通过各 种手段和途径，以全力提高海洋综金升发利用能力为主体的科学研究活动。一部海洋学 的发展史，可以说是统历了从“答盖窥脚”到海探险、从环球调查到海诈卫屋的漫长道 路。纵观这部历史，大体上可以分为海洋探险、单铅走航调查和联合调查三个时期。 一、海洋探险时期（十六世纪前） / 早在史前时期，人类已经开始了世界初的泛御活动。 到十五世纪初(1405一1433年)，我国著名航：海家郑和，曾率领当时世职上最庞大的船 队一一海船数十腹，乘员二、三力人，先后七下“西洋”，纵横于太平洋和印度洋上，防 经三十多个国家，最远的一次到达非洲东海岸约麻林地（今肯尼亚挽内）。”维绡挂席、 际天而行”，浩浩荡荡，盛极一时，在我国海背史上写下了光辉的一页。郑和的船队在 航行过程中曾多次作过海道测量，开毕了新的航线。现在流传的《郑和航海图》中，对从 南京出发到“西洋”各国的航线、航程、浅滩、暗礁和停泊港口等都有详尽记载。它不仅 是我国著名的古海图，而且也是我国卜五世纪前最完整的亚非地图。 五世纪未，由于生产力的发展，西欧诸调大力进行了以寻找海外殖民地为目的的 海祥探险事业。其中较著名的有：192年意大利人哥伦布横渡了大西洋；1498年葡萄牙 人达·伽马绕过非洲南端的好望角到达了印度；1519年葡萄牙贵族麦哲伦率船5艘，共 265人，以三年多的时间完成了环绕世界-·周的天探险：通过频繁的海上活动、航海家 5
