簡介
海水的密度、溫度、鹽度等熱力學狀態參數隨深度分布的層次結構，通常尤指鉛直尺度不小於常規海洋學觀測層次間距的層次結構。
海洋是處於鏇轉地球上受重力作用的廣袤的含鹽水體。在海面受太陽輻射的不均勻加熱，以及不同氣候帶的大氣的動力學和熱力學作用下，各海區海水的溫度、鹽度和密度都有顯著的差異，但其鉛直分布卻呈現出某種有規律的巨觀層次結構。觀測表明，被太陽輻射加熱的海洋上層，溫度較高，密度較小，導致海水的溫度隨深度而下降，密度隨深度而增加的特性；而重力的作用，則使狀態參數具有這種分布的海水，處於流體靜力學平衡的穩定狀態。在海洋的表層，由於風和波浪的攪拌作用,形成了一個基本均質的水層，其厚度僅約100米。這一水層，通常稱為風混合層或上混合層。在此水層之下，則有一個厚約1000～1500米的過渡層，其中溫度、鹽度和密度隨深度的分布，一般不是漸變的，而是具有一個很大的階躍,有時呈現為一系列的階躍。這樣的水層,通常稱為躍層，或更確切地分別稱為溫度躍層、鹽度躍層和密度躍層。在躍層之下更深的水層中，溫度、鹽度和密度的鉛直分布，幾乎處於均勻狀態。這一水層，稱為深層或下均勻層。
度量海水層結的一個最常用的特徵參數是浮力頻率N(z)，即在穩定層結的流體中，受擾動的流體在浮力作用下，相對於平衡位置作上下振盪的固有頻率。
式中g為重力加速度；ρ為海水密度；z為鉛直坐標，原點和海面重合，以向上為正；(dρ/dz)A表示海水作垂直位移的絕熱密度梯度。當N2(z)>0,即(dρ/dz)<(dρ/dz)A時,層結是穩定的；當N2(z)=0，即(dρ/dz)=(dρ/dz)A時,層結是中性穩定的；當N2(z)<0,即(dρ/dz)>(dρ/dz)A時，層結是不穩定的。
在海洋學上，通常還引入若干便於計算的 N2（z）的表達式。例如，按聲速的定義和流體靜力學平衡條件dp/dz=-gρ（p表示壓強），有 (dρ/dz)A=(дρ/дp)A(dρ/dz)=-gρ/c2
式中c表示海水中的聲速。準此，在海洋的上層和中層，除了密度近似均勻的上混合層以外，上式右方的第一項遠大於第二項，而穩定層結條件便簡化為dρ/dz<0。 其次，利用海水狀態方程ρ=ρ(T，p，S)可以導出 式中T為溫度；S為鹽度；cp和cV分別表示海水的定壓比熱容和定容比熱容。對於溫度和鹽度的鉛直梯度都很小的上混合層和深度大於3000～3500米的深層來說，按上式計算N2(z)是很方便的。反之,對於dT/dz和dS/dz較大的水層來說，上式第2項可以忽略不計，於是式中σt=【ρ(T，pa，S)-1】×103為海水的條件密度，pa表示一個大氣壓。
此外，如引入海水的絕熱溫度梯度Γ，則可將N2(z)表示為
式中α=-(1/ρ)(дρ/дT)p,s，即海水在壓力為p，鹽度為S時的熱脹係數,對於海水來說,一般地有gρΓ埄10-4°C/m，並且α>0。故當鹽度梯度不很大時,層結穩定性條件實際上便歸結為dT/dz>0。
觀測結果表明，在海洋上混合層和深層，N 值最小，其量級為10-3～10-4秒-1(相應的周期為1.7～17小時)；在躍層處,N值最大，其量級為10-2秒-1（相應的周期約為10分鐘）。據G.加勒特和W.H.蒙克在1972年發表的研究結果，在大洋中，除了高緯度海區、赤道海區和西部邊界流海區外，上混合層以下的N(z)分布可表示為
N(z)=N(-200)exp【(z +200)/1300】，z ≤-200m
式中N(-200)一般可取為5.23×10-3秒-1。
海水穩定層結的一個重要後果是抑制鉛直方向的運動,而這個約束卻有助於發展準水平的大尺度運動。由於海洋中的大尺度運動是顯著地受地球自轉影響的，因此在穩定層結海洋中大尺度的流速場和密度場之間，存在著密切的關係，這種關係就是海流動力學計算中的“地轉關係”。
海水密度穩定層結的上述效應，通常採用下列兩個無量綱數來度量：
理查孫數
Ri=N2/(дu/дz)2
式中u表示水平流速,有關穩定層結流體中的剪流穩定性的實驗表明，當Ri>1/4時，浮力效應足以抑制由流速鉛直梯度所造成的動力學不穩定性；反之，當Ri≤1/4時，將出現剪下不穩定性，使鉛直方向上的運動和湍流得以發展。對於海洋中的大尺度運動來說，除了近乎均勻的上混合層和近底摩擦層以外，Ri的數值一般介於 104～105之間,因此，可以認為海洋中的大尺度運動總是重力穩定的。伯格數
