海水的运动

广阔无垠的海洋无时不刻不在运动之中。与大气类似，海水性质的差异导致了海水的运动，这种运动不仅有表层的水平运动，还有垂直方向上的运动。海水运动的基本形式包括波浪、潮汐和洋流三种。

波浪（wave）是宽阔水面上水质点在外力作用下离开平衡位置发生的周期性振动，而水面呈现周期性起伏并向一定方向传播的运动。波浪的实质是水质点围绕各自的平衡位置以相同的速度依次做圆周运动，向前传播的只是波形，而水质点本身没有移动。波浪以波的形式传播，具有波的基本要素，包括波高（振幅）、波长、周期、波速等。研究表明，波长和周期不随深度的变化而变化，而波高（振幅）则随深度的增加而迅速衰减。

常见的波浪是摩擦波，也叫风成波或风浪，是海面在风力作用下产生的波动。风停息后或者风浪的波速超过风速离开风区依然存在并继续向前传播的波浪称为涌浪，是在惯性作用下的传播的波浪。涌浪可以到达离风暴中心（如台风）很远的地方，成为风暴侵袭的先兆。

波浪在深水区传播到潜水区的过程中，会发生变形，表现为波长缩短、波高增大、波峰前倾或者倒转破碎，水质点的运动轨迹由圆形变为椭圆形，并且越接近海底椭圆轨道越扁。一般认为，水深为波长的二分之一是波浪变形的边界，当水深小于二分之一波长时，波浪就将发生变形。波谷处水质点受到的海底摩擦影响大，运动速度比波峰处慢，这就导致波锋超过波谷，波峰失去重心，引起波浪的倒卷和破碎。这样的波浪称为拍岸浪。

波浪也存在折射。当波浪传播至浅水区，水深变浅，传播速度降低，从而使波浪传播方向发生转折，波向线倾向于与等深线和海岸线垂直，这就是波浪的折射，并且满足折射定律。波浪折射对海岸地貌有重要作用。当波浪传播至岸边时，波向线趋于与等深线垂直，在岬角处波能辐聚，海岸易被侵蚀，形成海蚀地貌；在海湾处波能辐散，泥沙易沉积，形成海滩。

波浪对地理环境和人类活动具有重大影响。波浪是塑造海岸地貌的主要动力，也是一种重要的海洋能资源。波浪造成的颠簸，对海上航行、海洋工程、渔业作业等都有影响。巨大波浪对防波堤、港口、码头等水工建筑物会造成严重破坏。

海水在引潮力的作用下发生的周期性运动现象称为潮汐，包括海面的周期性的垂直涨落和海水周期性的水平运动，不过习惯上前者称为潮汐，后者称为潮流。潮汐实质上也是一种海水的波动，是海水在引潮力作用下振动形成的波。

描述潮汐运动状态的各种术语称为潮汐要素。在潮汐涨落的一个周期内，海面从低潮位到高潮位水位逐渐上升的过程称为涨潮，从高潮位到低潮位逐渐下降的过程称为落潮。高潮时和低潮时海面相对于绝对基面的高程分别为高潮高和低潮高，相邻的高潮高和低潮高之间的高程差（或者说相邻高潮和低潮的高程差）称为潮差。从低潮到高潮的时间间隔称为涨潮时，从高潮到低潮时的时间间隔称为落潮时，涨潮时和落潮时之和称为潮汐的周期，也就是相邻两次高潮或低潮的时间间隔。

受海盆形态、水深、海陆边界等地形条件的影响，各沿岸海区的海水对天体引潮力会产生不同的反应，沿岸海区的潮汐要更加复杂。潮水涌入浅水地带或向岸传播时，受地形抬升而发生变形，波长缩短、波高增大，增大潮差；海湾内海水的固有振动频率与大洋传入潮汐的振动频率接近时，就会发生共振，增大海水的潮差。

潮汐蕴藏着极为巨大的能量。海港工程、航运交通、军事活动、近海环境研究与污染治理等，都与潮汐现象密切相关。

洋流也叫海流，是指海洋中海水从一个海区水平或垂直地流向另一海区的大规模的具有稳定的流速和流向的海水运动，对海洋水文特征、大陆沿岸气候、人类海上活动等具有重大影响。

洋流按照成因可以分成风海流、梯度流和补偿流。风海流也称漂流，是海水在风的作用下形成的大规模水平运动，但洋流的流向与风向并不一致，而是有一定偏离。受地转偏向力的影响，风海流表层流向偏离风向45°左右，北半球右偏，南半球向左偏。梯度流也称地转流，是海水在水平压强梯度力和地转偏向力作用达到平衡时所形成的运动，包括密度流和倾斜流：密度流是海水由于温度、盐度等差异导致密度分布不均所形成的流动；倾斜流则是海水由于大气压力变化、风引起增水和减水、淡水在河口附近堆积等导致海面倾斜所形成的流动，常发生在大河的入海口及迎风岸的附近海区，例如在冬季风影响下，我国山东半岛北岸由于海水在岸边堆积产生一股沿岸流，顺海岸线向东，就是一种倾斜流。海水从一个海区流出，另一海区的海水就会流入补充，称为补偿流，按方向可以分为水平补偿流和垂直补偿流（升降流）。

实际上，洋流的产生是多种原因共同作用的结果。稳定的风能直接形成风海流，而在风长时间作用下水面发生倾斜，可产生与风向一致的梯度流，这样的运动造成的水体运动又派生出补偿流。陆地形状的突变也会迫使洋流流向发生改变。

全球洋流系统是十分复杂的，大洋表层的环流系统和深层环流系统各有不同，各自影响着地表环境。

大气和海洋处于相互作用中，大气在海洋上获得能量，大气运动又驱使海水运动，大洋表层环流与大气环流密不可分。大洋表层环流模式与行星风系相适应，形成以副热带为中心的反气旋型大洋环流和以副极地为中心的气旋型大洋环流。又受到海陆分布的影响，不同大洋的实际表层环流模式又有所不同。

在赤道两侧，东南信风和东北信风驱动表层海水自西向东流，形成南、北赤道暖流，从东向西横贯大洋。赤道西行遇到大陆以后，由于补偿作用一小股回头向东，形成赤道逆流。赤道流在大洋西岸形成海水堆积，大部分沿大陆坡狭窄地带向南、北分流，向高纬地区运动。这股洋流到达中纬度地区后，受盛行西风和地转偏向力的影响，形成西风漂流，南半球因印度洋、大西洋和太平洋在这一纬度相连，西风漂流充分发展，从30°S扩展至60°S。西风漂流向东遇到大陆后又分为南北两支，一支向北具有暖流性质，另一支向南具有寒流性质，成为赤道洋流的补偿流。这样，在热带和副热带海区形成了以副热带为中心的大洋环流，受地转偏向力的影响，北半球顺时针运动，南半球逆时针运动，这种运动方向与反气旋一致，也称为反气旋型大洋环流。

在中高纬度，极地东风作用形成的寒流在大洋西侧从高纬向低纬运动，与副热带环流相遇后，一同参与到西风漂流中，与其在大洋东侧分出的流向高纬海区的暖流一同形成了以副极地为中心的以逆时针方向运动的副极地环流，因与北半球气旋方向一致，也称为气旋型大洋环流。

南半球中高纬度的海陆分布与北半球不同，没有气旋型大洋环流，而被西风漂流取代。在极地东风和盛行西风的共同作用下，形成了南极绕极环流，是世界大洋中唯一环绕地球一周的大洋环流。绕极环流的内侧是受到极地东风影响的紧靠南极大陆边缘的自东向西的环流，范围较小，宽度也较窄，强度也不大；外侧为强大的绕极西风漂流。西风漂流与极地东风流之间，由于地转偏向力的作用，形成广阔的辐散带。

北印度洋北侧为广阔的亚欧大陆，受陆地影响大，形成了独特的季风漂流。受季风的影响，冬季盛行东北季风，洋流向西呈顺时针方向运动；夏季盛行西南季风，洋流向东呈逆时针方向运动。

这样就形成了全球大洋表层洋流系统的分布模式。

大洋深层环流是由海水温度和盐度变化引起的密度差异形成的，又称温盐环流或者热盐环流。温盐环流的速度比风驱动的表层洋流要慢，但它移动的水量更大。当某一海区由于温度降低或盐度增大，表层海水密度增大时，必然会引起海水的垂直运动，密度较大的海水下沉，直至与其密度相同的层次。

想象从墨西哥湾到北大西洋的一个连续水道，当这种温暖的海水与北冰洋的冷水混合时，就会冷却，密度增加，并下沉。此外，较低的海水温度促进了海冰的形成。当海水结冰时，盐从冰结构中被挤压出来，释放到周围的水中。随着海水变咸，密度增加并下沉。密度更大、下沉的水会吸引地表水来取代它，从而引发一股水流，随着地表水结冰、变咸、下沉而持续下去，这样温度和盐度共同作用就引发了温盐环流。这一环流特别依赖于北大西洋海水的温度和盐度，是驱动形成深海洋流的主要过程，而全球气候变化有可能破坏温盐环流。发生于一万两千多年前的末次冰期最后一次寒冷事件——新仙女木事件也被认为是由于温盐环流关闭所致。

洋流对地理环境意义重大。从低纬地区到中高纬地区的热量输送除了由大气环流完成，洋流输送也占据了一定比例。洋流对沿岸气候也有重要作用，暖流流经地区空气暖湿，大气不稳定，对流强烈，降水较为丰沛。寒流影响地区，大气中水汽含量少，下层冷却，易形成逆温，降水稀少，有些地区甚至会出现荒漠，例如南美洲的阿特卡玛沙漠。

寒暖流交汇海区，海水受到扰动，可将下层营养盐类带到表层，有利于浮游生物大量繁殖，为鱼类提供了丰富的饵料，往往形成大型渔场。在秘鲁附近海区，受离岸风的影响，深层海水上涌，把大量营养盐类物质带到表层，形成了世界著名的秘鲁渔场。

洋流可为航海提供辅助动力，在航海技术不发达的帆船时代，其作用更加明显。寒暖流相遇，容易形成海雾，影响海上航行。洋流使得海洋污染物随之扩散，加快净化速度，但也扩大了污染范围。日本企图向海洋排放核废水受到强烈谴责，其原因就在于洋流对污染的扩散。

海洋是一片广阔的天地，我们对她的了解还并不丰富。全球海洋开发正向纵深发展，海洋研究有着重要的意义。但也不能忘记，海洋对于地表环境的意义重大，海洋环境和海洋生态同样不能忽视。

（本节完）