海面地形

海面地形是平均海面相對於大地水準面的起伏。此為沿襲陸地上相應的名稱引申而來，是非潮汛因素引起的平均海面的變化。

海面地形及其形成機制在大地測量和海洋學研究中具有重要意義，可以綜合套用幾何水準法 、水文法和重力-衛星測高法這三種方法加以研究。

基本介紹

• 中文名：海面地形
• 外文名：sea surface topography 
• 定義：平均海面相對於大地水準面起伏
• 實質：非潮汛因素引起的平均海面變化
• 作用：描述海面穩態動力起伏
• 套用：研究海洋大地水準面、深海潮汐等

簡介

海面地形是描述海面穩態動力起伏的一個概念。它是指平均海面相對於某一等位面（大地水準面）的傾斜。平均海面可視為無干擾的穩態海水面，它相對於大地水準面的高，稱為穩態海面地形，簡稱海面地形。對近岸海域海面地形的測定，可採用大地水準聯測法，即以某一驗潮站的平均海面作為高程起算的重力等位面（大地水準面），再以精密水準聯測其他各站的平均海面高程，其差值即為海面地形。在大洋海域，可採用海洋水準方法或衛星測高方法測定海面地形。海面地形資料不僅用於研究海洋大地水準面，還能用於深海潮汐、海洋形態以及海流等的研究。

重要性

按大地測量學的傳統觀點，認為平均海面與大地水準面吻合，但實際兩者之間存在差異，其值可達3～4米，此差異即海面地形。因此，在精度為10量級的常規大地測量中，可不予顧及，但對於海洋測量和精度超過10的高精度大地測量，就必須考慮它的影響。

中國近海海面地形研究

海面地形及特點

①南高北低，東高西低；②南北海面地形高程最大高差約70cm；③黃、渤海海面地形和華南沿海海面地形較為平緩，東海海面地形起伏較大；④華南沿海海平面高程較為一致。

形成機制

中國近海海面地形的形成機制主要有：海洋水文因素 、大氣壓力影響 、太平洋北赤道流影響及緯度不同等原因，探討如下：

1.海水密度不同造成海面地形高程差異：

海水密度的不同是造成海面地形高程差異的主要因素；小長山站至坎門站海平面的高程差異的主要是由海洋水文因素確定的，而廈門站至北海站海平面的高程差異還受大氣壓力因素的影響（圖1）。

圖1 淺水區各地海面地形高程差異

2.大氣壓力的影響：

a.氣壓的均衡效應：中國近海（北緯4°～40°）40多個長期氣象站統計，南北平均氣溫為27.9℃和9.04℃，平均差18.86℃。各站的平均氣壓也有差別，但同一站各年平均氣壓變化甚小，且沒有明顯周期。統計如圖2所列。氣壓對海平面的均衡效應是：氣壓上升或下降1hPa，海平面分別減小或增加1cm。

圖2 中國近海長期氣象站氣壓統計結果

b.氣壓的非均衡效應：海平面的波動與氣壓的擾動，頻率相同和相位較一致，具有共振條件，海平面與氣壓共振引起海面地形升高。

3.太平洋北赤道流對中國近海海面地形的影響：

太平洋北赤道流的流向與我國近海海面地形南高北低和東高西低較為一致。黑潮是太平洋上北赤道流的一個分支，沿呂宋島和台灣東岸向北進入東海，流向日本南方，流向穩定，流速在0.9～3.0kn之間變化，最大時可達3.4kn，對台灣以東海區海面地形有一定的影響。

太平洋北赤道流的另一支，經巴士海峽後，折向西北，經澎湖列島、台灣海峽向東北流去，流速較弱，
在台灣西岸最大流速1.5kn，現發現這支太平洋北赤道流對東山至遮浪海區已構成影響。

在沿岸淺水區，海水密度變化主要是由溫度變化引起，而鹽度變化很小，東山至遮浪海區海面地形，不僅溫度受淺水影響，而且鹽度也受深水影響。鹽度顯著偏高，顯然是太平洋北赤道流影響之故。從觀測資料知，已不能採用淺水公式計算海平面高度，而應採用深水區計算公式，其乘常數為台灣南部深水區乘常數之半，即溫度、鹽度共同影響結果。

相關名詞

海洋大地測量

在海面和海底，以及利用人造衛星在海洋上進行的大地測量工作。主要內容有布設大地控制網、海面和水下定位、測定海面地形（各地平均海面的差值）和海洋大地水準面等。海洋大地測量為船艦精密導航、海洋資源開發、海洋劃界、海面和海底各項工程設計和施工，以及研究海底地殼動態和潮汐變化等提供各種數據。

海洋大地測量是海洋測繪的類型之一。它是指在海洋上，包括海面和海底進行的大地測量工作。它的基本任務是：為測制海圖和海洋勘探以及工程測量提供基本的平面和高程（深度）控制；為海面和水下運載體確定精確的三維位置；為研究地球形狀、大小、海底地殼構造和運動以及海域地震、潮汐變化等提供重要資料。海洋大地測量的基本內容包括在海域布設海洋大地控制網（主要是海底控制網）、海面和水下載體定位、海洋重力測量、海面地形測定、利用衛星測高資料和重力測量資料研究和確定海洋大地水準面、對海底地殼構造和運動以及海底地震進行監測等。

大地水準面

根據地球重力場理論研究地球形狀的一個基本概念。重力位等於常數的所有空間點形成的連續曲面稱為重力等位面，通常稱為水準面。處於靜止狀態的水面是一個水準面。大地水準面是無窮個水準面中的一個代表地球整體自然形狀的特定水準面。李斯廷（Listing，J.B.）於1973年首先提出這一概念，構想處於靜止平衡狀態的海洋面向大陸下面延伸，所形成的封閉曲面稱為大地水準面（這是大地水準面的經典定義）。在大地測量中，用驗潮站長期觀測所確定的平均海面（代替理想的靜止海面）定義大地水準面上的一個點，並作為海拔高程的零點，因此，大地水準面又稱水準基面。現代海洋學結合衛星測高技術已證實，平均海水面並不是一個重力等位面。事實上，即使排除了日月引力的潮汐影響，由於海面大氣壓力、溫度和鹽度的分布差異以及海洋上的面流作用，使平均海面不是只受重力場作用的重力平衡的自由表面，這樣一個表面在物理上不是等位面。構想一個“最接近”平均海水面的重力等位面，平均海水面相對於這個等位面的高程稱為海面地形，其值可達1～2m。在理論上，將對應的海面地形全球積分平均值為零的等位面作為大地水準面，這是大地水準面現代定義的基本涵義。但是由於在實踐上根據全球海面地形確定一個能普遍用於海洋學和大地測量學的大地水準面還存在困難。