newc第三章海水物理性質(zhì)_haibing_revise

1、v第一節(jié)第一節(jié)海水組成海水組成v第二節(jié)第二節(jié)海水的物理性質(zhì)海水的物理性質(zhì) （淡水和海水）（淡水和海水）v第三節(jié)第三節(jié)溫、鹽、密概念及之間關(guān)溫、鹽、密概念及之間關(guān)系系v第四節(jié)第四節(jié)海冰海冰1v一、海水組成： 11種主要無機(jī)鹽，99.99%2陽離子：主要基巖溶解陽離子：主要基巖溶解陰離子：主要火山噴發(fā)陰離子：主要火山噴發(fā)v二、海水組成恒定性原理（Marcet原理 ）：海水的總含鹽量或鹽度是可變的，但常量成分濃度之間的比值幾乎保持恒定 。 成因 混合作用大洋海水通過環(huán)流、潮流、垂直流等運(yùn)動(dòng)，連續(xù)不斷地進(jìn)行混合。 體積巨大海水體積極大，它所擁有的多種成分的總量也十分巨大，外界的影響（如大陸徑流等）很難

2、使其相對(duì)組成發(fā)生明顯的變化。 3 三、鹽的循環(huán)事實(shí)2：海洋鹽度在過去15億年中保持不變穩(wěn)定狀態(tài)鹽的輸入率等于輸出率4一、淡水一、淡水v分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)：極性，分子締合力：極性，分子締合力5H2O: 唯一一種能在地球表面以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)同時(shí)存在的物質(zhì)。唯一一種能在地球表面以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)同時(shí)存在的物質(zhì)。 三種相下的分子狀態(tài)見下圖：三種相下的分子狀態(tài)見下圖：6v溶解力強(qiáng)溶解力強(qiáng)（極性）（極性）水合作用水合作用: : 溶質(zhì)的分子或離子與溶劑的分子相結(jié)合的作用對(duì)于水溶液來溶質(zhì)的分子或離子與溶劑的分子相結(jié)合的作用對(duì)于水溶液來講稱為水合作用講稱為水合作用 Sodium Chloride氯化鈉氯化鈉Na

3、ClNaCl離子鍵離子鍵CationAnion陽離子陽離子 陰離子陰離子 7v密度變化異常密度變化異常：“熱脹冷縮熱脹冷縮”？密度隨溫度變化-分段函數(shù) 最大密度溫度8 沸點(diǎn)和融點(diǎn)、比熱、蒸發(fā)潛熱等熱性質(zhì)比氧的同沸點(diǎn)和融點(diǎn)、比熱、蒸發(fā)潛熱等熱性質(zhì)比氧的同族化合物高族化合物高9熱容、比熱容：熱容、比熱容：v熱容：海水溫度升高熱容：海水溫度升高1K1K所吸收的熱量。單位：所吸收的熱量。單位： （J/KJ/K）v比熱容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量海水的熱容。單位：比熱容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量海水的熱容。單位：J/(K kg)J/(K kg) 海水的比熱容比空氣的比熱容大。海水的比熱容比空氣的比熱容大。10計(jì)算：?jiǎn)挝幻娣e上，計(jì)算：?jiǎn)?/p>

4、位面積上，1m1m深海水水柱溫度降低深海水水柱溫度降低1 1o oC C所放出的熱所放出的熱量可以使多高的空氣柱溫度升高量可以使多高的空氣柱溫度升高1 1o oC C？ 比熱：水：比熱：水：3890J/kg.K3890J/kg.K，空氣：，空氣：1000J/kg.K;1000J/kg.K; 密度：水：密度：水： 1025kg/m3 1025kg/m3，空氣：，空氣： 1.29kg/m3 1.29kg/m3）。）。v定壓比熱定壓比熱C Cp p ：在一定壓力下測(cè)定的比熱容。：在一定壓力下測(cè)定的比熱容。是溫、鹽、壓的函數(shù)，隨鹽度的增大而降是溫、鹽、壓的函數(shù)，隨鹽度的增大而降低，隨壓力的增加而減小。

5、低，隨壓力的增加而減小。v定容比熱定容比熱C Cv v : :在一定體積下測(cè)定的比熱容。在一定體積下測(cè)定的比熱容。其值略小于定壓比熱其值略小于定壓比熱C Cp p。11v熱膨脹熱膨脹：熱膨脹系數(shù)：熱膨脹系數(shù)( (溫度升高溫度升高1K1K單位體積海水單位體積海水的增量的增量) )，是，是T T、S S、P P的函數(shù)。的函數(shù)。v由正轉(zhuǎn)負(fù)對(duì)應(yīng)的密度最大。由正轉(zhuǎn)負(fù)對(duì)應(yīng)的密度最大。SPtVV,112壓縮系數(shù)：在研究中通常視為不可壓流體。單位壓縮系數(shù)：在研究中通常視為不可壓流體。單位體積海水，壓力增加體積海水，壓力增加1Pa1Pa體積的負(fù)增量。體積的負(fù)增量。是是T T、S S、P P函數(shù)，隨函數(shù)，隨T T

6、、S S、P P 的增大而減小。的增大而減小。分等溫、絕熱過程。（聲波）分等溫、絕熱過程。（聲波）絕熱變化：絕熱下沉絕熱變化：絕熱下沉位溫：某一深度海水絕熱上升到海面時(shí)溫度稱該位溫：某一深度海水絕熱上升到海面時(shí)溫度稱該深度海水的位溫深度海水的位溫 。比現(xiàn)場(chǎng)深度低。微團(tuán)此時(shí)相。比現(xiàn)場(chǎng)深度低。微團(tuán)此時(shí)相應(yīng)的密度，稱為位密，記為應(yīng)的密度，稱為位密，記為壓縮性、絕熱變化，位溫壓縮性、絕熱變化，位溫tStPVV,113v蒸發(fā)蒸發(fā)潛熱潛熱和飽和水氣壓和飽和水氣壓v比蒸發(fā)潛熱比蒸發(fā)潛熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的海水變成同溫度單位質(zhì)量的海水變成同溫度汽所吸收的熱量。汽所吸收的熱量。v飽和水氣壓飽和水氣壓：水變汽和汽變水過程

7、達(dá)動(dòng)態(tài)水變汽和汽變水過程達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)具有的水汽壓。平衡時(shí)具有的水汽壓。v熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)：相鄰海水溫度不同時(shí)，熱量由高：相鄰海水溫度不同時(shí)，熱量由高溫向低溫轉(zhuǎn)移。分子熱傳導(dǎo)，湍動(dòng)熱傳導(dǎo)溫向低溫轉(zhuǎn)移。分子熱傳導(dǎo)，湍動(dòng)熱傳導(dǎo)v沸點(diǎn)升高、冰點(diǎn)降低沸點(diǎn)升高、冰點(diǎn)降低：冰點(diǎn)冰點(diǎn)溫度隨鹽度的溫度隨鹽度的增加而降低。增加而降低。14v粘滯性：摩擦粘滯性：摩擦v滲透壓：滲透壓：v表面張力：液體的自由面上，由于分子之間表面張力：液體的自由面上，由于分子之間的吸引力所形成的合力使自由表面趨向最小的吸引力所形成的合力使自由表面趨向最小。15v溫度溫度 描述物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的量度。描述物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的量度。T的單位是的單位

8、是Celsius,Kelvin,andFahrenheitBoltzmann常數(shù)16v鹽度鹽度(1902)(1902)： 1kg 1kg海水中將海水中將(Br(Br- -,I,I- -) )以氯置換，碳酸鹽分解為氧化物以氯置換，碳酸鹽分解為氧化物, ,有機(jī)有機(jī)物全部氧化物全部氧化, ,所余固體物質(zhì)的總克數(shù)。所余固體物質(zhì)的總克數(shù)。(480(480度加熱度加熱4848小時(shí)）小時(shí)）v氯度氯度: : 1kg 1kg海水中將海水中將(Br(Br- -,I,I- -) )以氯代替，所含氯的總克數(shù)。以氯代替，所含氯的總克數(shù)。（AgNO3AgNO3滴定）滴定）v電導(dǎo)鹽度電導(dǎo)鹽度(1969): CS(1969)

9、: CS(不深于不深于100m100m水層內(nèi)采集的水層內(nèi)采集的135135個(gè)水樣個(gè)水樣) ) R R1515: :為為1515C,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水樣的電導(dǎo)率與鹽度精確為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水樣的電導(dǎo)率與鹽度精確為35%35%0 0的標(biāo)準(zhǔn)海水電導(dǎo)率的比值。的標(biāo)準(zhǔn)海水電導(dǎo)率的比值。v實(shí)用鹽標(biāo)實(shí)用鹽標(biāo)PSS78PSS78：008050. 1030. 0Cl%S%iiiRaS%155002/1550iiiKaS0 .3550iia0 .3550iia1)0 ,15,4356.32()0 ,15,35(15CCK)0 ,15,35()0 ,15,(15CSCR固定參考點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)海水鹽度、氯度 35.000

10、%019.374%017 思考題：假如海水沒有鹽度（純水），海思考題：假如海水沒有鹽度（純水），海水的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些變化，從而導(dǎo)致水的物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生哪些變化，從而導(dǎo)致海洋要素的分布和海洋中的動(dòng)力現(xiàn)象與現(xiàn)海洋要素的分布和海洋中的動(dòng)力現(xiàn)象與現(xiàn)在會(huì)有什么差異？在會(huì)有什么差異？v密度和比容密度和比容: :單單位體積物體的質(zhì)位體積物體的質(zhì)量是量是密度密度；v單位質(zhì)量物體的單位質(zhì)量物體的體積是體積是比容比容；v他們都是他們都是溫鹽壓溫鹽壓函數(shù)函數(shù)。pts,pts,18v條件密度：條件密度： kg/m kg/m3 3v 在海面在海面P=0P=0時(shí)的密度與純水密度的差時(shí)的密度與純水密度的差v密度超量：密度

11、超量： kg/m kg/m3 3v狀態(tài)方程（狀態(tài)方程（p-V-tp-V-t關(guān)系）關(guān)系）: :描述海水密度與溫、鹽、描述海水密度與溫、鹽、壓等理化特征參量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。壓等理化特征參量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。310) 1(t100019經(jīng)驗(yàn)公式！現(xiàn)場(chǎng)密度現(xiàn)場(chǎng)密度位密位密13%-4%海洋面積被海冰覆蓋海冰的形成：Tf、Tmax與鹽度關(guān)系均是鹽度的函數(shù)，隨鹽度的增加而降低，鹽度為24.695時(shí)二者均是-1.33C.結(jié)冰條件：到達(dá)冰點(diǎn)溫度，結(jié)晶核2淡水結(jié)冰：表層開始結(jié)冰。海水結(jié)冰當(dāng)鹽度大于24.695時(shí)，海冰冰點(diǎn)高于最大密度溫度，只有當(dāng)對(duì)流混合層的溫度同時(shí)達(dá)到冰點(diǎn)時(shí)，海水才會(huì)結(jié)冰 海水結(jié)冰的特點(diǎn)

12、：主要是純水的凍結(jié)，鹽分大部排出冰外，增大了冰下海水的鹽度，加強(qiáng)了冰下海水的對(duì)流和進(jìn)一步降低了冰點(diǎn)；同時(shí)冰層阻礙了其下海水熱量的散失，從而大大減緩了冰下海水繼續(xù)凍結(jié)的速度；海冰表面比較粗糙。海水結(jié)冰的過程當(dāng)海水溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，海水出現(xiàn)過冷狀態(tài)，海水以有機(jī)物、無機(jī)物懸浮微?；蜓┗ňw作為結(jié)晶核，形成針狀冰(frazil ice)，繼而形成海綿狀（雪泥slush），當(dāng)溫度繼續(xù)下降的情況下，冰片增厚，面積擴(kuò)大。什么地方的海水最先結(jié)冰？淺水區(qū)如海岸、海灣、海峽等處低鹽區(qū)如河口海冰的發(fā)展過程冰形成初期速度很快，以后漸漸放緩3Frazil ice Slush Pancake ice 海冰的分裂和消融灰

13、塵、雜質(zhì)和鹽包是溶化的中心形成水坑，由于其反射率低，更多的吸收太陽熱量，于是加速融化SurfaceAlbedovalue海水0.05-0.10耕地0.10-0.25無雪海冰0.30-0.40融化的雪0.40-0.50新雪0.80-0.90表 反射率數(shù)值4海冰分類初生冰初生冰 針狀或薄片狀的細(xì)小冰晶（Frazil ice）； 大量冰晶凝結(jié)，聚集形成粘糊狀或海綿狀冰(slush)； 在溫度接近冰點(diǎn)的海面上降雪，可不融化而直接形成粘糊狀冰； 尼羅冰尼羅冰（Nilas） 10cm左右有彈性的薄冰層，在外力的作用下，易彎曲，易被折碎成長(zhǎng)方形冰塊。 餅狀冰餅狀冰 （Pancake ice） 在外力的作用下

14、互相碰撞、擠壓，邊緣上升，形成直徑為30cm至3m，厚度在10cm左右的園形冰盤。5(一)按發(fā)展階段：海冰生成過程Frazil ice片冰片冰粗糙海面粗糙海面平靜海面平靜海面Pancake ice餅狀冰餅狀冰Grease ice油脂狀冰油脂狀冰Nilas尼羅冰尼羅冰Sheet ice片狀冰片狀冰6初期冰初期冰 由尼羅冰或餅狀冰直接凍結(jié)一起而形成厚約(1030)cm的冰層。多呈灰白色。 一年冰一年冰 由初期冰發(fā)展而成的厚冰，厚度為30cm至3m。時(shí)間不超過一個(gè)冬季。 多年冰多年冰 至少經(jīng)過一個(gè)夏季而未融化的冰。其特征是，表面比一年冰平滑。 7 固定冰 與海岸、島嶼或海底凍結(jié)在一起的冰。 隨潮位而

15、運(yùn)動(dòng)。 其寬度可從海岸向外延伸數(shù)米甚至數(shù)百千米。 冰架：海面以上高于2m的固定冰稱為冰架； 冰腳：附在海岸上狹窄的固定冰帶，不能隨潮汐升降，是固定冰流走的殘留部分,稱為冰腳。 擱淺冰：也是固定冰的一種。8(二)按運(yùn)動(dòng)狀態(tài)劃分 流冰（浮冰） 自由浮在海面上，能隨風(fēng)、流漂移的冰稱為流冰。 特點(diǎn)：大小不一、厚度各異； 例外：由大陸冰川或冰架斷裂后滑入海洋且高出海面5m以上的巨大冰體冰山，不在其列。 密度：流冰面積小于海面1/101/8者，可以自由航行的海區(qū)稱為開闊水面；密度4/106/10者稱為稀疏流冰，流冰一般不連接；密度7/10以上稱為密集流冰。 9 空間分布：高緯海區(qū)特有的海洋水文現(xiàn)象。北冰洋

16、和南極洲是地球上海冰最集中的地區(qū)。在北冰洋邊緣的附屬海,以及白令海、鄂霍茨克海、日本海、波羅的海以及中國的渤海和黃海每年冬季都有海冰出現(xiàn)。 10海冰的分布 北冰洋北冰洋終年被海冰覆蓋； 34月覆蓋面積最大，約占北半球面積的5%； 89月覆蓋面積最小，約為最大覆冰面積的3/4 ； 多年冰的厚度一般為34m； 流冰主要繞洋盆邊緣流動(dòng)，其冰界線的平均位置約在58N ； 格陵蘭是北半球主要的冰山發(fā)源地，每年約有7500座冰山由此進(jìn)入海洋，僅隨拉布拉多寒流進(jìn)入大西洋的就有388座/年，其中約5%到達(dá)48N，0.5%可達(dá)42N。冰山的平均界限為40N。個(gè)別冰山曾穿過灣流抵31N海域。 11南極洲 南極大陸

17、是世界上最大的天然冰庫，周圍海域終年被冰覆蓋； 覆冰面積：暖季(34月) 為(24)106km2，寒季(9月)達(dá)(1820)106km2； 南極大陸周圍為固定冰架，一年冰的厚度多為(12)m； 南大洋流冰界：太平洋在5055S；印度洋在4555S；大西洋在4355S； 南大洋海域經(jīng)常有22萬座冰山在海上游弋，曾觀測(cè)到長(zhǎng)335km，寬97km的大冰山； 南大洋中冰山的平均壽命為13年，是北半球冰山平均壽命的4倍多； 冰層厚度平均為1700m，最厚達(dá)4000m，12海冰的物理性質(zhì) 每每1Kg1Kg海冰中所含鹽分的克數(shù)為海冰的鹽度。海冰中所含鹽分的克數(shù)為海冰的鹽度。3-73-7左左右右海冰鹽度與海冰

18、鹽度與結(jié)冰速度結(jié)冰速度、結(jié)冰前海水鹽度結(jié)冰前海水鹽度、冰齡冰齡有關(guān)。有關(guān)。（1 1） 在結(jié)冰過程中，大部分鹽析出冰晶之外。所以，海冰在結(jié)冰過程中，大部分鹽析出冰晶之外。所以，海冰鹽度小于其海水的鹽度；鹽度小于其海水的鹽度；（2 2） 在結(jié)冰的過程中，在結(jié)冰的過程中，T T氣氣越低，結(jié)冰速度越快，冰層厚度越低，結(jié)冰速度越快，冰層厚度發(fā)展越厚，被包圍在其中的鹵水越多，海冰的鹽分越高；發(fā)展越厚，被包圍在其中的鹵水越多，海冰的鹽分越高；（3 3） 在海冰中，上層結(jié)冰速度快，鹽度高；下層結(jié)冰速度在海冰中，上層結(jié)冰速度快，鹽度高；下層結(jié)冰速度慢，鹽度小；慢，鹽度??；（4 4） 冰的鹽度隨冰齡增大而減小冰的鹽度隨冰齡增大而減小。131 1、海冰的鹽度、海冰的鹽度海冰的密度小于海水的密度，其大小在很大程度上取決于其中的空氣量和鹽量。純水冰：00C，