(1)潮汐
由月球和太阳的引潮力(引潮力指两个天体之间的引力与离心力的合力)作用引起的海面周期性升降现象称为潮汐。海面升高,海水涌上海岸叫涨潮;海面下降,海水从岸上后退,叫落潮。涨潮时海水面最高处称为高潮,落潮时海水面最低处称为低潮。高潮与低潮的高差称为潮差。潮差大小是以朔望月为周期变化的。潮差最大时称大潮,反之称小潮(图7—3)。
由于地球的自转,海岸上同一地点一日内向着月球和太阳约各一次,所以一般情况下一日内应发生两次涨潮和落潮,高低潮的间隔平均约为6小时13分,平均周期为12小时25分。除半日潮外,自然界还有混合潮和全日潮。混合潮一天虽有次高潮和低潮,但这两次高潮或低潮的潮位和涨落时间有很大差别。全日潮是大多数日期有一次高潮和一次低潮。
潮汐从低纬向高纬减小,两极地区没有大潮和小潮的区别。
海水受月球和太阳的引潮力作用而发生潮位升降的同时,还发生周期性流动,这就是潮流。潮流流速一般为4~5km/h,在狭窄的海峡或海湾中则流速大一些,如中国杭州湾可达18~22km/h。
(2)海浪
海浪是海洋中波浪现象的总称。它是指海水在外力作用下,由于水质点离开平衡位置作周期性运动,从而向一定方向传播而形成起伏扩展的波状现象。波浪包括波峰、波谷、波长和波高四要素(图7—4)。
海洋中的波浪可以从不同的角度划分为许多不同的类型。按成因可分为:由风的作用而产生的风浪;因地震或风暴而产生的海啸;由引潮力引起的潮波;由气压突变而产生的气压波;因船行作用而产生的船行波等。
在大洋中,风浪的振幅和速度与风的速度、风向和风的阵发性情况等因素有关。海施加给海面的能量是靠波浪来传递的。波浪前进时,水面上每个水分子都沿着直径与波高相等的圆形轨道运动。波峰上的水分子运动方向与波浪前进方向一致。而在波谷中,水分子运动方向却与波浪前进方向相反。这样,波浪将能量依次向前传递,而水分子本身并不随波浪前进。风所施加于海面的能量的一部分还传递给更深的水层,它所达到的深度以波浪大小为转移。根据波浪余摆理论(图7—5),水面以下任何水层上,水分子圆形轨道的直径随深度的增加而变小。水分子的圆形轨道到了与波长相等的深度就不再存在。这个深度就是波浪底部。
波浪进入浅水,波底最终将与海底接触,这时水分子的垂直运动受到限制,轨道变为椭圆形。椭圆度以在海底最大,而由海底向上减小。愈向海岸水愈浅,波浪能量除了与海底摩擦而消耗的部分外,都集中到了更小的水体中,这就必然引起波长的缩短和波高的增大。由于海底的摩擦,波峰上水分子的前进速度大大超过波谷中水分子的后退速度,波峰前部就倾倒而产生破浪和激岸浪。
(3)洋流
洋流又称海流。它是海洋中大规模的海水以相对稳定的速度所作的定向流动。地球上的洋流分布主要受盛行风、海水密度不均匀、地转偏向力、海底地形、海岸轮廓和岛屿等影响。流动方向既有水平方向的,也有垂直方向的。其中能循环起来的称为海洋环流。
洋流按其成因可分为风洋流、密度流、倾斜流、补偿流和潮流等;按其与流经海域水温差异又可分为暖洋流和寒洋流;按其与海岸的相对关系又分为沿岸流、向岸流和离岸流。
世界大洋表层洋流的产生和运动与海洋上的盛行风有密切关系。环流模式与行星风系和气压系统极为相似。世界大洋洋流分布图如图7—6。
赤道流 由东北信风和东南信风驱动下形成的强大漂流,它包括北赤道流和南赤道流。它起始于大洋的东海岸附近,自东向西横贯各大洋,是一支较稳定的洋流。受信风作用,洋流自东向西加强。由于南北信风不对称于赤道(热赤道偏于赤道以北),故南北赤道流也不对称于赤道,而略偏于赤道以北。这对南北半球水量交换起重要作用。赤道流所影响的深度约100~300m,在赤道附近最浅。
在南北赤道流之间有自西向东的赤道逆流,其位置与赤道无风带相一致。其产生原因可能是信风不对称于赤道的结果。
赤道流到达大洋西岸(即大陆东岸)向南北方向分流(暖流),在北太平洋往北形成黑潮(海水颜色较深);在南太平洋往南形成东澳大利亚洋流;在北大西洋形成北大西洋洋流,又称墨西哥湾流或湾流;在南大西洋形成巴西洋流;在印度洋中形成厄加勒斯洋流。其中以湾流和黑潮最为强大。由于暖洋流向流经地区输送大量的热量和水汽,对流经地区的气候产生重要影响,如西欧、北欧气候之温和湿润就得益于湾流。
西风河流 是在盛行西风作用下海水几乎全年向东运动的漂流。在北半球,西风漂流表现为北太平洋和北大西洋海流,属暖流性质;在南半球,西风漂流由于三大洋面积辽阔,彼此相连,风力常达8级以上而得到充分发展,主要分布在40°S到60°S一带,属寒流性质。
西风漂流到达大洋东岸(即大陆西岸)分成南北两支,向高纬度去的一支成暖流(北半球);向低纬度去的一支成为寒流,并以补偿流的性质汇入南北赤道流。
南极绕极环流 是在极地东风作用下形成的表层大洋环流,它是世界大洋中唯一绕地球一周的环流。在它与西风漂流交界处,由于科里奥利力作用形成南极辐散带,深层海水上升。
图7—7是海洋中表面流与深水流示意图,由图看出,在北大西洋北部,表面冷水下沉,然后外流,在南极Weddell海海底进一步变冷,向东环绕南极运动,进入到印度洋和太平洋深海海盆,在这两个洋中向北运动又返回到表层,最后回到北大西洋,形成环流。