海洋基础知识

四十、天体引潮力

地球绕地月公共质心公转所产生的公转惯性离心力与月球引力的合力称为引潮力。

四十一、风暴潮

风暴潮（storm surges）是来自海上的一种巨大的自然界的灾害现象，系指由于强烈的大气扰动如强风和气压骤变所招致的海面异常升高的现象。

（一）风暴潮的类型

按照诱发风暴潮的大气扰动之特征来分类，通常把风暴潮分为由热带风暴（如台风、飓风等）所引起的和由温带气旋所引起的两大类。

（二）风暴潮各类型的主要特征

当热带风暴所引起的风暴潮传到大陆架或港湾中时将呈现出一种特有的现象，它大致可分为三个阶段。

第一阶段在台风或飓风还远在大洋或外海的时候亦即在风暴潮尚未到来以前，我们在验潮曲线中往往已能觉察到潮位受到了相当的影响，有时可达到20 或30 厘米波幅的缓慢的波动。这种在风暴潮来临前趋岸的波，谓之“先兆波”。先兆波可以表现为海面的微微上升，也有时表现为海面的缓缓下降。然而必须指出，先兆波并非是必然呈现和存在的现象。

第二阶段在风暴已逼近或过境时，该地区将产生急剧的水位升高，潮高能达到数米；故谓之“主振阶段”，招致风暴潮灾主要是在这一阶段。但这一阶段时间不太长，一般为数小时或一天的量阶。

第三阶段当风暴过境以后，即主振阶段过去之后，往往仍然存在一系列的振动——假潮或（和）自由波。在港湾乃至大陆架上都会发现这种假潮；特别是当风暴平行于海岸移行的时候，在大陆架上，往往显现出一种特殊类型的波动——边缘波。这一系列的事后的振动，谓之“余振”，长可达2～3 天。这个余振阶段的最危险的情形在于它的高峰若恰巧与天文潮高潮相遇时，则实际水位（即余振曲线对应地叠加上潮汐预报曲线）完全有可能超出了该地的“警戒水位”，从而再次泛滥成灾。因为这往往是出乎意料的，更要特别警惕。

温带气旋引起的风暴潮主要发生于冬、春季节。北海和波罗的海沿岸的风暴潮即如此；此外，美国东岸也有这种类型的风暴潮。

上述两类风暴潮的明显差别在于：由热带风暴引起的风暴潮，一般伴有急剧的水位变化；而由温带气旋引起者，其水位变化是持续的而不是急剧的。可以认为，这是由于热带风暴比温带气旋移动迅速，而且其风场和气压变化也来得急剧的缘故。

四十二、大气铅直分层结构和大气主要气象要素（气温、气压、湿度、风）

（一）大气铅直分层结构

地球大气在不同的高度有不同的特征，因此可以分成若干层。最常用的分层方法是按大气的温度结构分层，即根据铅直温度梯度的方向，把大气分成对流层、平流层、中层和热成层，它们分别由称为“顶”的隔层（如对流层顶）分开。

1.对流层 对流层是大气的最低层，下界是地球表面，上界是对流层顶。对流层的主要特点是：温度随高度降低、大气的铅直混合强、气象要素水平分布不均匀。

2.平流层 由对流层顶向上到50km 左右的气层称为平流层。平流层的底层温度随高度无大变化，其上部的温度随高度增加而明显增高。

3.中间层 从平流层顶到（80 ～85）km 高度的气层称为中层,也称中间层。该层的最重要特点是温度随高度升高而降低得很快，到中层顶温度下降到180K，是大气中最冷的部分。

4.热成层 热成层是中间层顶以上的大气层，在这层内，温度始终是随高度增加的。太阳辐射中波长小于0.17μm 的紫外线辐射几乎全被该层中的分子氧和原子氧吸收，吸收的大部分能量用于使气层增温。

（二）大气主要气象要素

1.气温 气温是大气温度的简称，一般称温度，是表示大气冷热程度的物理量。

2.气压 大气压强简称气压，定义从观测高度到大气上界单位面积上铅直空气柱的重量为大气压强。

3.湿度 大气中含有水汽量的多少及发生的相变对大气现象影响甚大，由于测量方法和实际应用不同，采用多个湿度参量以表示水汽含量。

（1）水汽压和饱和水汽压 一切度量水汽或空气湿度的方法，基本上均以相对于纯水的平面上蒸发和凝结的量为标准。

（2）相对湿度 空气中的实际水汽压e 与同温度下的饱和水汽压E 之比，称相对湿度，用百分数表示。

（3）露点 对于一定质量的湿空气，若气压保持不变，而令其冷却，则湿度参量保持不变，但饱和水汽压E（t）却因温度的降低而减小。当E（t）=e 时，空气达到饱和。湿空气等压降温达到饱和时的温度就是露点温度Td。露点完全由空气的水汽压决定，是等压冷却过程的保守量。

4.风 空气相对于地面做水平运动即为风，它既有大小又有方向，是个向量。因为风是向量，需要测量风向和风速两个项目，才能完全描绘出风的状况。我国在汉朝已经使用测风旗和相风鸟来测定风向，同时还用羽毛举高程度判据风速。

（1）风向 是指风的来向，例如北方吹来的风叫北风，南来的风称南风等等。气象观测上用16 个方位。

（2）风速 是指气流前进的速度。风速越大，风的自然力量越大。一般用风力来表示风速大小。风速的单位是m·s-1 或km·h-1。目前国际上通用蒲福风力等级表。

四十三、地球平均风带分布特征

因为空气总是由气压高的地方流向气压低的地方，所以风与气压的分布是紧密联系的。地球上的风带就是高低气压带之间空气运动的结果。高气压带的空气流向低气压带之间空气运动的结果。也就是说，高空气压带的空气流向低气压带，在两者之间形成了风带。全球共有6 个风带，即南北半球低纬信风带、中纬西风带、高纬东风带。由于它是分布在整个地球表面的风系，而不是存在于地球某一部分，这种风系不仅地球上有，在其它自转的行星上也会有，所以又称为行星风系。

（一）地球上的风带

1．赤道无风带 在赤道附近地区，同地面接触的低空空气因温度增高而强烈上升，气压下降。这里垂直上升的气流显著，对流旺盛，云量较多，多雷阵雨。因为这一地带风力微弱，风向不定，十分闷热，所以叫赤道无风带。

2．信风带 在副热带高气压带与赤道低气压带之间存在着气压差，所以副热带高气压带空气便向赤道低气压带流动。这种风的方向常年不变，恒而有信，所以叫“信风”。终年盛吹信风的地带叫信风带。信风在前进途中受地球自转偏向力的影响，北半球的信风向右偏转成东北信风，南半球的信风向左偏转成东南信风。

信风带一般在分布南北纬5°～25°附近，并仅限于对流层的下层，平均厚度在4000 米左右。由于信风是向纬度低、气温高的地带吹送，所以没有水汽凝结条件，属性干燥；世界上有些沙漠和半沙漠，多分布在信风带。

3．西风带 在南北半球的副热带高气压带与副极地低气压带之间，也存在着气压差，所以副热带高气压带的气流，除一部分流向赤道低压带形成信风外，还有一部分气流向副极地低气压带流去，在前进途中受地球自转偏向力的影响，北半球形成西南风，南半球形成西北风。这种风分布在南北纬40°～60°之间的地带，统称为盛行西风带。西风带的风是向纬度高、气温低的地方吹送，具备水汽的凝结条件，其属性较湿润。

4．极地东风带 两极附近地区因寒冷而气压升高，空气便向四周的低气压流去。这种从两极流向四周的气流，在地球自转偏向力的影响下，在北半球变为东北风，在南半球变为东南风。它们都是来自极地的偏东风，所以叫极地东风。在极地东风盛行的地带，叫极地东风带。东风是向纬度较低、气温较高的地带吹送，所以属性冷干。

（二）平均大气环流的铅直结构

观测结果表明，在北半球沿经圈有三个闭合环流圈，在热带和极地各有一个直接环流圈，即空气自较暖处上升，在对流层上部向较冷处流去，然后下沉，而在对流层低层的空气由冷处流向暖处，构成一个闭合系统。在热带的称哈得莱（Hadley）环流，在极地的环流称极地环流，在两个直接环流之间的中高纬地区则存在一个与直接环流相反的闭合环流圈，称之为间接环流圈。该环流圈的特点是在暖处下沉，冷处上升，是一个较弱的环流圈。这个间接环流圈亦称费雷尔（Ferrel）环流。

四十四、季风

季风是大范围盛行风向随季节有显著变化的风系。主要是由于海陆温度对比的季节性变化和地球上行星风系的季节性南北移动所致。

全球有三个季风区，一个是印度季风区，二是东亚季风区，三是西非季风区。

四十五、温带气旋、台风、热带气旋

（一）温带气旋依流场的观点称低压系统为气旋，带有锋面的气旋称锋面气旋。锋面气旋多产生于温带，亦称温带气旋。

（二）台风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。台风伴有狂风暴雨，是一种灾害性天气系统。

（三）热带气旋世界各地对台风的称呼不同，在东太平洋和大西洋称飓风，在印度洋称热带风暴，在南半球称热带气旋。

四十六、ENSO（厄尔尼诺、南方涛动、拉尼娜）

ENSO 是厄尔尼诺（El NiNo）和南方涛动（Southern Oscillation）的合称。

（一）厄尔尼诺历史上厄尔尼诺一直是指每年圣诞节前后（西班牙语的厄尔尼诺为圣婴），沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸，出现一弱的暖洋流，它代替了通常对应的冷水。不过，近年来厄尔尼诺的名称已倾向于用来指一种更大尺度的海洋异常现象，它不是每年而是3 ～7年发生一次。厄尔尼诺现象发生时，整个赤道东太平洋表现出振幅达几摄氏度的增暖。另外，与赤道海表水温的这种变化相联系，海洋和大气环流也发生很大的异常。

（二）南方涛动（SO）用以描述热带东太平洋地区与热带印度洋地区气压场反相变化的跷跷板现象。

（三）拉尼娜是指赤道太平洋东部和中部海面温度持续异常偏冷的现象（与厄尔尼诺现象正好相反），是热带海洋和大气共同作用的产物。意为“小女孩”（圣女婴），正好与意为“圣婴”的厄尔尼诺相反，也称为“反厄尔尼诺”或“冷事件”。