[科普中国]-海面地形

简介

海面地形是描述海面稳态动力起伏的一个概念。它是指平均海面相对于某一等位面（大地水准面）的倾斜。平均海面可视为无干扰的稳态海水面，它相对于大地水准面的高，称为稳态海面地形，简称海面地形。对近岸海域海面地形的测定，可采用大地水准联测法，即以某一验潮站的平均海面作为高程起算的重力等位面（大地水准面），再以精密水准联测其他各站的平均海面高程，其差值即为海面地形。在大洋海域，可采用海洋水准方法或卫星测高方法测定海面地形。海面地形资料不仅用于研究海洋大地水准面，还能用于深海潮汐、海洋形态以及海流等的研究2。

重要性按大地测量学的传统观点，认为平均海面与大地水准面吻合，但实际两者之间存在差异，其值可达3～4米，此差异即海面地形。因此，在精度为10量级的常规大地测量中，可不予顾及，但对于海洋测量和精度超过10的高精度大地测量，就必须考虑它的影响。

中国近海海面地形研究海面地形及特点①南高北低，东高西低；②南北海面地形高程最大高差约70cm；③黄、渤海海面地形和华南沿海海面地形较为平缓，东海海面地形起伏较大；④华南沿海海平面高程较为一致1。

形成机制中国近海海面地形的形成机制主要有：海洋水文因素 、大气压力影响 、太平洋北赤道流影响及纬度不同等原因，探讨如下：

1.海水密度不同造成海面地形高程差异：

海水密度的不同是造成海面地形高程差异的主要因素；小长山站至坎门站海平面的高程差异的主要是由海洋水文因素确定的，而厦门站至北海站海平面的高程差异还受大气压力因素的影响（图1）。

2.大气压力的影响：

a.气压的均衡效应：中国近海（北纬4°～40°）40多个长期气象站统计，南北平均气温为27.9℃和9.04℃，平均差18.86℃。各站的平均气压也有差别，但同一站各年平均气压变化甚小，且没有明显周期。统计如图2所列。气压对海平面的均衡效应是：气压上升或下降1hPa，海平面分别减小或增加1cm1。

b.气压的非均衡效应：海平面的波动与气压的扰动，频率相同和相位较一致，具有共振条件，海平面与气压共振引起海面地形升高。

3.太平洋北赤道流对中国近海海面地形的影响：

太平洋北赤道流的流向与我国近海海面地形南高北低和东高西低较为一致。黑潮是太平洋上北赤道流的一个分支，沿吕宋岛和台湾东岸向北进入东海，流向日本南方，流向稳定，流速在0.9～3.0kn之间变化，最大时可达3.4kn，对台湾以东海区海面地形有一定的影响。

太平洋北赤道流的另一支，经巴士海峡后，折向西北，经澎湖列岛、台湾海峡向东北流去，流速较弱，
在台湾西岸最大流速1.5kn，现发现这支太平洋北赤道流对东山至遮浪海区已构成影响。

在沿岸浅水区，海水密度变化主要是由温度变化引起，而盐度变化很小，东山至遮浪海区海面地形，不仅温度受浅水影响，而且盐度也受深水影响。盐度显著偏高，显然是太平洋北赤道流影响之故。从观测资料知，已不能采用浅水公式计算海平面高度，而应采用深水区计算公式，其乘常数为台湾南部深水区乘常数之半，即温度、盐度共同影响结果1。

相关名词海洋大地测量在海面和海底，以及利用人造卫星在海洋上进行的大地测量工作。主要内容有布设大地控制网、海面和水下定位、测定海面地形（各地平均海面的差值）和海洋大地水准面等。海洋大地测量为船舰精密导航、海洋资源开发、海洋划界、海面和海底各项工程设计和施工，以及研究海底地壳动态和潮汐变化等提供各种数据3。

海洋大地测量是海洋测绘的类型之一。它是指在海洋上，包括海面和海底进行的大地测量工作。它的基本任务是：为测制海图和海洋勘探以及工程测量提供基本的平面和高程（深度）控制；为海面和水下运载体确定精确的三维位置；为研究地球形状、大小、海底地壳构造和运动以及海域地震、潮汐变化等提供重要资料。海洋大地测量的基本内容包括在海域布设海洋大地控制网（主要是海底控制网）、海面和水下载体定位、海洋重力测量、海面地形测定、利用卫星测高资料和重力测量资料研究和确定海洋大地水准面、对海底地壳构造和运动以及海底地震进行监测等2。

大地水准面根据地球重力场理论研究地球形状的一个基本概念。重力位等于常数的所有空间点形成的连续曲面称为重力等位面，通常称为水准面。处于静止状态的水面是一个水准面。大地水准面是无穷个水准面中的一个代表地球整体自然形状的特定水准面。李斯廷（Listing，J.B.）于1973年首先提出这一概念，设想处于静止平衡状态的海洋面向大陆下面延伸，所形成的封闭曲面称为大地水准面（这是大地水准面的经典定义）。在大地测量中，用验潮站长期观测所确定的平均海面（代替理想的静止海面）定义大地水准面上的一个点，并作为海拔高程的零点，因此，大地水准面又称水准基面。现代海洋学结合卫星测高技术已证实，平均海水面并不是一个重力等位面。事实上，即使排除了日月引力的潮汐影响，由于海面大气压力、温度和盐度的分布差异以及海洋上的面流作用，使平均海面不是只受重力场作用的重力平衡的自由表面，这样一个表面在物理上不是等位面。设想一个“最接近”平均海水面的重力等位面，平均海水面相对于这个等位面的高程称为海面地形，其值可达1～2m。在理论上，将对应的海面地形全球积分平均值为零的等位面作为大地水准面，这是大地水准面现代定义的基本涵义。但是由于在实践上根据全球海面地形确定一个能普遍用于海洋学和大地测量学的大地水准面还存在困难2。