海洋科学导论作业复习(重新整理,精简版)

第一章 绪论 2.海洋科学的研究对象和特点是什么？ 海洋科学研究的对象是世界海洋及与之密切相关联的大气圈、岩石圈、生物圈。 它们至少有如下的明显特点。 首先是特殊性与复杂性。 其次，作为一个物理系统，海洋中 水— 汽 — 冰 三态的转化无时无刻不在进行，这也是在其它星球上所未发现的。 第三，海洋作为一个自然系统，具有多层次耦合的特点。 3.海洋科学研究有哪些特点？ 海洋科学研究也有其显著的特点。首先，它明显地依赖于直接的观测。 其次是信息论、控制论、系统论等方法在海洋科学研究中越来越显示其作用。 第三，学科分支细化与相互交叉、渗透并重，而综合与整体化研究的趋势日趋明显。 5.中国海洋科学发展的前景如何？ 书本：新中国建立后不到1年，1950年8月就在青岛设立了中国科学院海洋生物研究室，1959年扩建为海洋研究所。1952年厦门大学海洋系理化部北迁青岛，与山东大学海洋研究所合并成立了山东大学海洋系。1959年在青岛建立山东海洋学院，1988年更名为青岛海洋大学。1964年建立了国家海洋局。此后，特别是80年代以来，又陆续建立了一大批海洋科学研究机构，分别隶属于中国科学院、教育部、海洋局等，业已形成了强有力的科研技术队伍。目前国内主要研究方向有海洋科学基础理论和应用研究，海洋资源调查、勘探和开发技术研究，海洋仪器设备研制和技术开发研究，海洋工程技术研究，海洋环境科学研究与服务，海水养殖与渔业研究等等。在物理海洋学、海洋地质学、海洋生物学、海洋化学、海洋工程、海洋环境保护及预报、海洋调查、海洋遥感与卫星海洋学等方面，都取得了巨大的进步，不仅缩短了与发达国家的差距，而且在某些方面已跻身于世界先进之列。 课外：随着国际国内海洋科学技术一些大 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 的推出和国内对于海洋科技方面需求的日益增长，我国海洋科学技术得到了长足发展，并已成为建设海洋强国的主要内容。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)》全面部署了科学技术工作，并将海洋技术列入前沿技术，将海水淡化、海洋资源高效开发利用，海洋生态与环境保护，大型海洋工程与技术装备，列入重点领域的优先主题，这些都为海洋科学技术的进一步发展展示了美好的前景并提供了坚强的政策支撑。我们相信，在广大海洋科技工作者的不懈努力下，中国海洋科学技术一定能够尽快缩短与国际先进水平的差距，一定能够在自主创新和科学发展上取得新的进展，也一定能够为夺取全面建设小康社会新胜利作出更大的贡献。 第二章 地球系统与海底科学 3.说明全球海陆分布特点以及海洋的划分。 全球海陆分布极不均衡,陆地面积为1.49×108km2，占地表总面积的29.2%；海洋面积为3.61×108km2，占地表总面积的70.8%。海陆面积之比为2.5：1，地表大部分为海水所覆盖。北半球海洋和陆地的比例分别为60.7%和39.3%，南半球海陆比例分别是80.9%和19.1%。从全球来看，地球上的海洋是相互连通的，构成统一的世界海洋；而陆地是相互分离的，没有统一的世界大陆。在地球表面，是海洋包围、分割所有的陆地，而不是陆地分割海洋。根据海洋要素特点及形态特征，可将其分为主要部分和附属部分。主要部分为洋，附属部分为海、海湾和海峡。洋或称大洋，是海洋的主体部分，一般远离大陆，面积广阔，深度大；世界大洋通常被分为四大部分，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。 海是海洋的边缘部分，据国际水道测量局的材料，全世界共有54个海，其面积只占世界海洋总面积的9.7％。海的深度较浅，平均深度一般在2000m以内。按照海所处的位置可将其分为陆间海、内海和边缘海。 海湾是洋或海延伸进大陆且深度逐渐减小的水域，一般以入口处海角之间的连线或入口处的等深线作为与洋或海的分界。 4.什么是海岸带？说明其组成部分是如何界定的。 水位升高便被淹没，水位降低便露出的狭长地带即是海岸带。 海岸带是海陆交互作用的地带。海岸地貌是在波浪、潮汐、海流等作用下形成的。现代海岸带一般包括海岸、海滩和水下岸坡三部分。 海岸是高潮线以上狭窄的陆上地带，大部分时间裸露于海水面之上，仅在特大高潮或暴风浪时才被淹没，又称潮上带。 海滩是高低潮之间的地带，高潮时被水淹没，低潮时露出水面，又称潮间带。 水下岸坡是低潮线以下直到波浪作用所能到达的海底部分，又称潮下带，其下限相当于1/2波长的水深处，通常约10～20m。 7.简述大陆漂移、海底扩张与板块构造的内在联系与主要区别。 大陆漂移说主要论述：地球上所有大陆在中生代以前是统一的联合古陆，或称泛大陆(Pangaea)，其周围是围绕泛大陆的全球统一海洋——泛大洋。中生代以后，联合古陆解体、分裂，其碎块——即现代的各大陆块逐渐漂移到今日所处的位置。由于各大陆分离、漂移，逐渐形成了大西洋和印度洋，泛大洋(古太平洋)收缩而成为现今的太平洋。大陆漂移的主要依据有海岸线形态、地质构造、古气候和古生物地理分布等。 海底扩张模式可以表述如下：大洋中脊轴部裂谷带是地幔物质涌升的出口，涌出的地幔物质冷凝形成新洋底，新洋底同时推动先期形成的较老洋底逐渐向两侧扩展推移，这就是海底扩张。海底扩展移动的速度大约为每年几厘米。 板块构造学说的基本内容可以概述如下：地球最上部被划分为岩石圈和软流圈。软流圈在缓慢而长期的作用力下，会呈现出塑性或缓慢流动的性质。因此岩石圈可以漂浮在软流圈之上作侧向运动。 主要区别：根据板块构造观点，海底扩张实际上是一对岩石圈板块自中脊轴向两侧的扩张运动。位于岩石圈板块上面的大陆块，伴随着板块的运动而被动地发生长距离水平位移。这就是我们今天所说的大陆漂移，与魏格纳的大陆漂移有原则区别。 内在联系：集大陆漂移和海底扩张说为一体的板块构造理论能够比较成功地解释几乎所有地质现象，特别是全球性的构造特征和形成机理。海底构造实质上就是海洋底板块生成—运动—消亡过程中所发生的各种构造活动和构造现象。 12.按照矿产资源形成的海洋环境和分布特征，海洋矿产资源有哪些主要类型？如何认识海洋是巨大的资源宝库？ 海洋矿产资源的种类很多，按照矿物资源形成的海洋环境和分布特征，分别介绍 滨海砂矿、海底石油、磷钙石和海绿石、锰结核和富钴结壳、海底热液硫化物、天然气水合物等资源类型。海洋是巨大的资源宝库，海洋底蕴藏着丰富的矿产资源。在陆上矿产资源日益枯竭的情况下，开发利用海洋矿物资源更显得重要。 第三章 海水的物理特性和世界大洋的层化结构 2.简述海水的主要热学与力学性质，它们与温度、盐度和压力的关系如何？ 海水的主要热性质： 海水的热性质一般指海水的热容、比热容、绝热温度、位温、热膨胀及压缩性，热导率与比蒸发潜热等。它们都是海水的固有性质，是温度、盐度、压力的函数。它们与纯水的热性质多有差异，这是造成海洋中诸多特异的原因之一。 主要的力学性质： (一)海水的粘滞性：相邻两层海水作相对运动时，由于水分子的不规则运动或者海水块体的随机运动(湍流)，在两层海水之间便有动量传递，从而产生切应力。 (二)海水的渗透压：果在海水与淡水之间放置一个半渗透膜，水分子可以透过，但盐分子不能透过。那么，淡水一侧的水会慢慢地渗向海水一侧，使海水一侧的压力增大，直至达到平衡状态。此时膜两边的压力差，称为渗透压。 (三)海水的表面张力：液体的自由表面上，由于分子之间的吸引力所形成的合力，使自由表面趋向最小，这就是表面张力。 3.何谓海水的位温？有何实用价值？ 位温：海洋中某一深度(压力为p)的海水微团，绝热上升到海面(压力为大气压p0)时所具有的温度称为该深度海水的位温，记为Θ。 在分析大洋底层水的分布与运动时，由于各处水温差别甚小，但绝热变化效应往往明显起来，所以用位温度分析比用现场温度更能说明问题。 5.海水结冰与淡水结冰的过程有何不同？为什么？ 首先，二者都是表层温度开始降低。因此，淡水结冰：表层开始结冰，下层可能仍保持不冻结。海水结冰：盐度低于24.695的海水，结冰过程与淡水相同，表层海水达到冰点即开始结冰。盐度大于24.695的海水，温度接近冰点时，密度会加大，从而下沉，下层温度较高的水则上涌，发生对流混合，直到混合层都达冰点温度时整层水体才会一起结冰。结冰过程会将盐度排出，因此冰面以下海水中的盐度要高于结冰前海水的盐度，使结冰后的海水冰点温度更低，结冰过程更难。 9.简述世界大洋中温度、盐度和密度的空间分布基本特征。 从宏观上看，世界大洋中温、盐、密度场的基本特征是：在表层大致沿纬向呈带状分布，即东—西方向上量值的差异相对很小；而在经向，即南—北方向上的变化却十分显著。在铅直方向上，基本呈层化状态，且随深度的增加其水平差异逐渐缩小，至深层其温、盐、密的分布均匀。它们在铅直方向上的变化相对水平方向上要大得多，因为大洋的水平尺度比其深度要大几百倍至几千倍。 13.何为海洋水团？它和水型、水系有什么关系？ 水团的定义是：“源地和形成机制相近，具有相对均匀的物理、化学和生物特征及大体一致的变化趋势，而与周围海水存在明显差异的宏大水体。”水团是性质相近的水型的集合；水系是符合一个给定条件的水团的集合。 1.海水的组成为什么有恒定性？ 海水中各种元素都以一定的物理化学形态存在。一、构成海水主要成份的Na+，K+，Ca2+、cl-等大量、常量元素在海水中的含量较大，各成分的浓度比例近似恒定，生物活动和总盐度变化对其影响都不大、二。海水的更新时间在温跃层(平均100m)以上平均为几十年，而在深层则为1000年左右。 形成海水常量组成恒定性的原因主要是：①大洋海水通过环流、潮汐、垂直流等运动，连续不断地进行混合；②巨大的海水体积和各种成分的巨大总量；③长期的历史演变时，使得海水蒸发和降水对海洋总体的影响极其微小。 3.海水的pH值一般是多少？海水的缓冲能力主要由哪种作用控制？ 海水的pH值:约为8.1，其值变化很小，因此有利于海洋生物的生长； 海水具有一定的缓冲能力，这种缓冲能力主要是受二氧化碳系统控制的。 1.简述海流的定义、形成原因及表示方法。 海流是指海水大规模相对稳定的流动，是海水重要的普遍运动形式之一。 海流形成的原因归纳起来两种: 第一种原因是海面上的风力驱动，形成风生海流。由于海水运动中粘滞性对动量的消耗，这种流动随深度的增大而减弱，直至小到可以忽略，其所涉及的深度通常只为几百米，相对于几千米深的大洋而言是一薄层。 第二种原因是海水的温盐变化。因为海水密度的分布与变化直接受温度、盐度的支配，而密度的分布又决定了海洋压力场的结构。实际海洋中的等压面往往是倾斜的，即等压面与等势面并不一致，这就在水平方向上产生了一种引起海水流动的力，从而导致了海流的形成。另外海面上的增密效应又可直接地引起海水在铅直方向上的运动。 描述海水运动的方法有两种：一是拉格朗日方法，一是欧拉方法。前者是跟踪水质点以描述它的时空变化，这种方法实现起来比较困难，但近代用漂流瓶以及中性浮子等追踪流迹，可近似地了解流的变化规律。 通常多用欧拉方法来测量和描述海流，即在海洋中某些站点同时对海流进行观测，依测量结果，用矢量表示海流的速度大小和方向，绘制流线图来描述流场中速度的分布。如果流场不随时间而变化，那么流线也就代表了水质点的运动轨迹。 2.引起海水运动的力有哪些？ 作用在海水上的力有多种，归结起来可分为两大类： 一是引起海水运动的力，诸如重力、压强梯度力、风应力、引潮力等； 另一类是由于海水运动后所派生出来的力，如地转偏向力(CoriolisForce，亦称为科氏力)、摩擦力等。 8.海水运动方程的基本形式是什么？ 运动方程：所谓海水运动方程，实际上就是牛顿第二运动定律在海洋中的具体应用。单位质量海水的运动方程可以写成 8.海水运动方程的基本形式是什么？ 运动方程：所谓海水运动方程，实际上就是牛顿第二运动定律在海洋中的具体应用。单位质量海水的运动方程可以写成 在直角坐标系统中，它的三个分量方程为 “海水加速度=压力梯度力+科氏力+重力+切应力（海面风切应力和内部切应力）” 这就是海水运动方程的具体形式 11.何谓地转流？ 在水平压强梯度力的作用下，海水将在受力的方向上产生运动。  与此同时科氏力便相应起作用，不断地改变海水流动的方向，直至水平压强梯度力与科氏力大小相等方向相反取得平衡时，海水的流动便达到稳定状态。若不考虑海水的湍应力和其它能够影响海水流动的因素，则这种水平压强梯度力与科氏力取得平衡时的定常流动，称为地转流。 27.何谓大洋中尺度涡？ 大洋中尺度涡(mesoscaleeddies)：自70年代以来，海洋科学工作者相继在各大洋中发现了一种水平尺度约为100～500km，时间尺度约为20～200d的流涡，它们广泛地寄居于总的大洋环流之中，且以(1～5)×10-2m/s的速度移动着，这些流涡称为“中尺度涡”。 1.海洋中的波动现象是怎样形成的？ 海洋中海水具有连续性，在海面上的风应力，海底及海岸附近的火山、地震，大气压力的变化，日、月引潮力等外力的作用下，水质点离开其平衡位置，形成波动现象。 2.小振幅重力波剖面方程中各符号的含义是什么？ 小振幅重力波，亦称正弦波，是一种简单波动。简单波动的特性可近似地说明实际海洋波动的许多现象。小振幅重力波系指波动振幅相对波长为无限小，重力是其唯一外力的简单海面波动。 小振幅重力波的波剖面方程可用下列正弦曲线表示，即：ζ＝αsin(kx-σt) 式中α为波动的振幅，ζ为波面相对平均水面的铅直位移。显然它是地点x与时间t的函数，式中k=2π/λ、σ=2π/T分别称为波数和频率。 8.风浪和涌浪是怎样形成的？各有什么特征？ 风浪是指当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动状态； 涌浪则指海面上由其他海区传来的或者当地风力迅速减小、平息，或者风向改变后海面上遗留下来的波动。 风浪的特征：风浪往往波峰尖削，在海面上的分布很不规律，波峰线短，周期小，当风大时常常出现破碎现象，形成浪花。 涌浪的特征：涌浪的波面比较平坦，光滑，波峰线长，周期、波长都比较大，在海上的传播比较规则。 第七章 潮 汐 1.什么叫潮汐现象？ 潮汐现象是指海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面铅直向涨落称为潮汐，而海水在水平方向的流动称为潮流。 3.什么叫平太阳日和平太阴日？ 平太阳日和平太阳时：天文学上假定一个平太阳在天赤道上(而不是在黄道上)作等速运行，其速度等于运行在黄道上真太阳的平均速度，这个假想的太阳连续两次上中天的时间间隔，叫做一平太阳日，并且把1/24平太阳日取为1平太阳时。 平太阴日和平太阴时：假想的、等速在天赤道运行的平太阴连续两次上中天的时间间隔，叫做一平太阴日，而1/24平太阴日取为1平太阴时。 4.什么叫做引潮力？引潮力的分布有什么特征？ 引潮力：地球绕地月公共质心运动所产生的惯性离心力与月球引力的合力称为引潮力。 地球上各点的引潮力矢量所示，引潮力在地球上的分布是不均匀的，地球表面各点所受的引潮力的大小、方向都不同。 5.试述潮汐静力理论的基本思想。 由于考虑引潮力后的等势面为一椭球面，根据这一分布特点，可以导出一个研究海水在引潮力作用下产生潮汐过程的理论，即潮汐静力理论(或称平衡潮理论)。这一理论假定：(1)地球为一个圆球，其表面完全被等深的海水所覆盖，不考虑陆地的存在；(2)海水没有粘滞性，也没有惯性，海面能随时与等势面重叠；(3)海水不受地转偏向力和摩擦力的作用。在这些假定下，海面在月球引潮力的作用下离开原来的平衡位置作相应的上升或下降，直到在重力和引潮力的共同作用下，达到新的平衡位置为止。因此海面便产生形变，也就是说，考虑引潮力后的海面变成了椭球形，称之为潮汐椭球，并且它的长轴恒指向月球。由于地球的自转，地球的表面相对于椭球形的海面运动，这就造成了地球表面上的固定点发生周期性的涨落而形成潮汐，这就是平衡潮理论的基本思想。 8.什么是台风？它的基本结构如何？ 台风是发生在热带海洋上的一种具有暖心结构的气旋性涡旋，是达到一定强度的热带气旋。 3.台风的结构 台风其要素值多呈圆形对称分布，在地面天气图上等压线表现为圆形或椭圆形对称的，气压梯度极大的闭合低气压系统。中心有一个直径为几十千米近似的圆形，称为眼区：微风或静风，气压最低；眼区外围有一个圆环状云区称为云墙（眼壁）：高大对流云组成，有强烈的上升运动；云墙到台风外缘是螺旋云雨带：对流活动旺盛，有显著的上升运动。 9.什么是ENSO？它对气候变化有什么影响？ 书本：ENSO是厄尔尼诺现象和南方涛动的合称。 众多研究表明，ENSO对大气环流以及全球许多地方的天气气候异常有着重要的影响。ENSO期间，赤道东太平洋持续升温，对热带大气环流的影响最为直接。而热带大气环流的异常变化，也必牵动全球大气环流，因而会在全球范围内引起一系列的天气气候异常。在ENSO期间，中、东赤道太平洋的海水增暖，西部海水略微变冷。对流在中、东太平洋上加强而在印度尼西亚地区减弱。在反ENSO期间，中、东太平洋的海水比正常偏冷，这些区域的对流也减弱，而印度尼西亚地区的对流增强。ENSO对西太平洋副热带高压的活动也有明显的影响，包括对副高位置和强度的影响。由于ENSO的发生造成了大气环流尤其是热带大气环流的严重持续异常，因而给全球范围带来明显的气候异常。 课外：ENSO是厄尔尼诺（El Nino）与南方涛动（Southern Oscillation）的合称。厄尔尼诺原指每年圣诞节前后(厄尔尼诺西班牙语为圣婴之意)，沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸，出现的一弱暖洋流，它取代了通常对应的冷洋流。而现在厄尔尼诺的名称用来指赤道中、东太平洋持续增暖现象，它不是每年而是3～7年发生一次。每当厄尔尼诺现象发生时，整个赤道东太平洋海表温度表现出振幅达几摄氏度的增暖。当这种大面积的海温升高，海洋和大气环流也就会发生很大的异常。在谈及厄尔尼诺的同时，又不得不提到拉尼娜（La Nina）(西班牙语为小女孩之意)，它指的是赤道中、东太平洋海表温度持续异常偏冷现象，因此这两种现象都是赤道中、东太平洋海表温度极端的表现，当然这种海表温度的偏暖与偏冷又是根据海表温度距平值来定的。因此有时称厄尔尼诺为ENSO暖事件，拉尼娜为ENSO冷事件。 10.为什么海洋在全球气候变化中占重要地位？ 海洋在气候系统中的地位 海洋在地球气候的形成和变化中的重要作用已越来越为人们所认识，它是地球气候系统的最重要的组成部分。80年代的研究结果清楚地表明，海洋-大气相互作用是气候变化问题的核心内容，对于几年到几十年时间尺度的气候变化及其预测，只有在充分了解大气和海洋的耦合作用及其动力学的基础上才能得到解决。海洋在气候系统中的重要地位是由海洋自身的性质所决定的。 地球表面约71％为海洋所覆盖，全球海洋吸收的太阳辐射量约占进入地球大气顶的总太阳辐射量的70％左右。因此，海洋，尤其是热带海洋，是大气运动的重要能源。 海洋有着极大的热容量，相对大气运动而言，海洋运动比较稳定，运动和变化比较缓慢。 海洋是地球大气系统中CO2的最大的汇。 上述三个重要性质，决定了海洋对大气运动和气候变化具有不可忽视的影响。