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高中二~高中三年级 (16-18岁)

海水的运动

Ocean Dynamics

风对海面施加摩擦力使海水运动,但地球自转的科里奥利效应使水体不沿风向直行,而以扭曲方向流动。 越深方向越偏转、越弱的埃克曼螺旋叠加后,成为与风成直角的埃克曼输运;海面坡度与科里奥利平衡时形成地转流。 沿岸风向还会导致上升流与下沉流。 在这个页面,调节风速和纬度滑块,观察埃克曼螺旋中各深度的海流方向。

风推动海洋
🌊 咖啡杯的风
①向热咖啡吹气 — 表面被推开
②海洋同理 — 风对海面施加摩擦力
③但地球自转!→ 科里奥利效应作用
④水不沿风向直行,而以"扭曲"方向移动
⑤这就是埃克曼输运的核心
埃克曼螺旋与埃克曼输运
5
37
埃克曼输运方向
北半球:风向右直角 / 南半球:风向左直角
由于科里奥利效应,海水净输运方向与风成直角
📐 埃克曼螺旋原理
①风 → 表层海流(从风向偏转约45°)
②表层海流 → 摩擦力传向下层
③各层因科里奥利效应继续偏转 + 速度衰减
④结果:越深越按顺时针(北半球)旋转、强度减弱
⑤所有层叠加 → 与风成90°方向 = 埃克曼输运
地转流 — 海面坡度与科里奥利的平衡
地转平衡
气压梯度力 = 科里奥利力 → 沿等压线(等水面线)流动
即使无风也维持的大洋环流核心
🏔️ 海面也有"山"和"谷"
①埃克曼输运聚集海水 → 海面隆起
②水从高水面 → 低水面(气压梯度力)
③科里奥利力抵消 → 沿等水面线流动 = 地转流
④北半球:高水面在右流动
⑤亚热带环流(黑潮、湾流)的原理
西边界强化
大洋西部海流(黑潮、湾流)≫ 东部(加州、加那利)
科里奥利的纬度变化(β效应)使西部窄而快
上升流与下沉流

比较

Chart上升流 vs 下沉流
类别上升流(Upwelling)下沉流(Downwelling)
原因表层水离开 → 深层水上升表层水汇聚 → 下沉
沿岸上升流风沿海岸 + 埃克曼输运向外海反向
水温冷深层水上升 → 表层冷却暖表层水下沉
营养盐富营养 → 形成渔场!贫营养
示例秘鲁沿岸、加州沿岸辐合区
🐟 上升流与渔场关系
①上升流区:富营养盐的深层水上升
②浮游植物大量繁殖 → 食物链活跃
③世界四大渔场多位于上升流区附近
④厄尔尼诺:上升流减弱 → 渔获量骤减(秘鲁沿岸)
例题与真题检验
例题 1
北半球外海风稳定吹时,整个表层海水(埃克曼输送)相对风向往哪一侧移动?
1
由于科里奥利效应,表层洋流逐渐偏离风向。
2
把各深度的洋流合起来,北半球的净输送是风向的直角右方(埃克曼输送)。
风向的直角右方(北半球)
南半球为直角左方。埃克曼输送使海水聚集或散开,引起上升流·下降流。
例题 2
风平行海岸吹、表层水被推向外海时,什么会上升来填补空缺,对渔场有何影响?
1
埃克曼输送使表层水流向外海后,深处的冷海水上升来填补空缺(沿岸上升流)。
2
深层水富含营养盐,浮游植物大量繁殖 → 形成良好渔场。
冷的深层水上升 → 营养盐丰富 → 良好渔场
秘鲁·加利福尼亚沿岸的丰富渔场得益于沿岸上升流。厄尔尼诺使上升流减弱时,渔获骤减。
校内考试类型
关于海水运动的说法,正确的是?
北半球埃克曼输送是风向的直角左方
沿岸上升流发生时营养盐丰富,形成良好渔场
地转流在水压梯度力与科里奥利力不平衡时产生
埃克曼螺旋中越深洋流速度越快
下降流海域营养盐丰富
② 沿岸上升流发生时营养盐丰富,形成良好渔场
1
上升流把富含营养盐的冷深层水带到表层,促进浮游生物繁殖、形成渔场。
2
北半球埃克曼输送为直角右方(①),地转流在两力平衡时产生(③),埃克曼螺旋越深越慢(④),下降流海域营养盐贫乏(⑤)。
总结
海水运动要点
风 → 埃克曼输运(直角)→ 海面坡度 → 地转流 → 大洋环流
风能通过科里奥利效应产生大洋环流
🎯 考试要点
①埃克曼输运:与风成直角(北半球右、南半球左)
②埃克曼螺旋:越深越顺时针(北半球)+ 速度衰减
③地转流=气压梯度力与科里奥利的平衡(沿等水面线)
④西边界强化:β效应 → 西部窄而快
⑤沿岸上升流:风沿海岸 → 深层水上升 → 形成渔场
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