第三章-海水的物理特性和世界大洋的層化結(jié)構(gòu)

第三章海水的物理特性和世界大洋的層化結(jié)構(gòu)第三章海水的物理特性和世界大洋的

層化結(jié)構(gòu)§3.1海水的主要熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)

§3.2海冰

§3.3世界大洋的熱量與水量平衡§3.4世界大洋溫度、鹽度、密度的分布和水團(tuán)§3.1海水的主要熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)§3.1.1純水的特性海水：是一種溶解有多種無機(jī)鹽、有機(jī)物和氣體，并含有許多懸浮物質(zhì)的混合液體。因測定出海水中含有80多種元素，溶解無機(jī)鹽總量約3.5%，而不同于純水。純水：不包含任何溶解物和懸浮物的純粹的水，當(dāng)然也不包括氣體。它有特殊的水分子結(jié)構(gòu)，強(qiáng)溶解性和反常的密度變化，作為海水的主體部分，純水的這些性質(zhì)勢必要影響到海水特性?！?.1.1純水的特性水分子結(jié)構(gòu)：由于水分子中兩個H原子之間的角度不是180°而是如圖中的“V”字，形成不對稱性，其正、負(fù)極性不能相互抵消，所以水分子為極性分子。水分子極性：水分子內(nèi)部的H和O之間以共價鍵結(jié)合，雖然每個“V”形的水分子呈電中性，但是由于它內(nèi)部的不均衡性，使得有H的一側(cè)呈略微的正電性，而另一側(cè)則呈略微的負(fù)電性§3.1.1純水的特性水分子締合：由于水分子的極性，使得一個水分子有H的一側(cè)與別的水分子有O的一側(cè)之間產(chǎn)生吸引力，從而由氫鍵結(jié)合。一個水分子能夠這樣與周圍的4個水分子建立氫鍵。這樣許許多多水分子就被連成了一片。§3.1.1純水的特性水的強(qiáng)溶解性：由于水的強(qiáng)極性可以吸引溶質(zhì)表面的分子或離子，使其脫離溶質(zhì)的表面進(jìn)入水中。海水的溶解性強(qiáng)于純水?！?.1.1純水的特性水的反常密度變化：現(xiàn)象——純水在大氣壓力下

4℃時密度最大，為1000千克每立方米。t>4℃—熱脹冷縮，t↘

V↘

ρ↗t<4℃—反常膨脹，t↘V↗

ρ↘§3.1.1純水的特性反常膨脹原因——水分子的締合。水分子締合成分子晶體，其晶格排列松散，體積增大，故密度減小。t<4℃時有利于分子的締合。0℃水結(jié)冰時，水分子全部締合成一個巨大的分子晶體，體積增大，密度減小，所以冰總是浮在水面上。0℃—4℃升溫過程中，較大的締合分子離解為較小的締合分子，體積收縮，密度增大。

§3.1.1純水的特性水的熱性質(zhì)特殊：水的熔點、沸點、比熱、蒸發(fā)潛熱和表面張力值等都比氧的同族化合物高。原因在于：締合分子的離解需要消耗較多的能量?！?.1.2海水的鹽度海水溫度：物質(zhì)內(nèi)部分子熱運動激烈的程度。表征物體冷熱程度的物理量，建立在熱平衡定律基礎(chǔ)上。?海溫，就是海水的溫度。絕對鹽度—海水中溶解物質(zhì)質(zhì)量與海水質(zhì)量的比值。

§3.1.2海水的鹽度鹽度的首次定義（1902）1kg海水中將(Br-,I-)以氯置換，碳酸鹽分解為氧化物,有機(jī)物全部氧化,所余固體物質(zhì)的總克數(shù)。利用“海水組成恒定性”性質(zhì)—不同地域，海水中主要成分的絕對含量不同，但各含量間的比值近似恒定。測定出其中某一主要成分的含量，便可推算出海水鹽度?！?.1.2海水的鹽度Knudsen鹽度公式——S‰=0.030+1.8050Cl‰其中Cl‰為氯度，1kg海水中的溴和碘以氯當(dāng)量置換，氯離子的總克數(shù)。用硝酸銀滴定法測定。標(biāo)準(zhǔn)海水—國際上統(tǒng)一用一種氯度值為19.374‰，對應(yīng)鹽度值為35.000‰的大洋水作為標(biāo)準(zhǔn)，該大洋水為標(biāo)準(zhǔn)海水?！?.1.2海水的鹽度電導(dǎo)鹽度(1969)：式中R15為15℃，"一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓"(101325Pa)下,水樣的電導(dǎo)率C(S,15,0)與鹽度精確為35.000‰(Cl‰=19.374‰)的標(biāo)準(zhǔn)海水電導(dǎo)率C(35,15,0)之比值。

§3.1.2海水的鹽度鹽度的重新定義：上式由大洋和不同海區(qū)不深于100m水層內(nèi)采集的135個水樣，準(zhǔn)確地測定其氯度值計算鹽度，同時測定水樣的電導(dǎo)比，得出鹽度S‰與電導(dǎo)比R15的關(guān)系。依此方法測定鹽度的精度高且速度快。國際"海洋學(xué)常用表和標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合專家小組"(JPOTS)于1969年推薦該式為海水鹽度的新定義。

§3.1.2海水的鹽度1978年實用鹽標(biāo)(PSS78)基本思想—重新選擇一個電導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，再用海水相對新標(biāo)準(zhǔn)的電導(dǎo)比來確定海水的鹽度值。?選擇標(biāo)準(zhǔn)—保持鹽度歷史資料與實用鹽度資料的連續(xù)性?實用鹽度的固定參考點—濃度為32.4356‰的高純度KCl溶液K15=C(35,15,0)/C(32.4356,15,0)=1，即在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下，溫度15℃時，海水樣品的電導(dǎo)率與標(biāo)準(zhǔn)KCl溶液的電導(dǎo)率之比。K15=1時，標(biāo)準(zhǔn)KCl溶液的電導(dǎo)率，對應(yīng)鹽度為35.000‰§3.1.2海水的鹽度實用鹽度的計算公式：其中實用鹽度S=1000S‰，且無量綱。適用范圍：T∈[-2℃，35℃]，S∈[2，42]。§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)熱容：海水溫度升高一度時所吸收的熱量，單位：J/℃。比熱容：單位質(zhì)量的海水溫度升高一度時所吸收的熱量。即單位質(zhì)量海水的熱容。單位：J/kg/℃；海水值：約3890J/kg/℃P.S.單位質(zhì)量的某種物質(zhì)屬性稱“比~~”定壓比熱容Cp：一定壓力下測定的比熱容。定容比熱容Cv：一定體積下測定的比熱容。Cv<Cp；均是S、T、P的函數(shù)；海洋學(xué)眾多用Cp§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)體積熱膨脹

海水熱膨脹系數(shù)定義——溫度升高1℃時，單位體積海水的增量。公式：定壓定鹽情況下海水熱膨脹系數(shù)性質(zhì)：比純水大；隨T、S、P的增大而增大；最大密度溫度tρ(max)—熱膨脹系數(shù)由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值時所對應(yīng)的溫度。它也是鹽度的函數(shù)，隨海水鹽度的增大而降低。§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)壓縮性海水壓縮系數(shù)定義：當(dāng)壓力增加1Pa時，單位體積海水體積的負(fù)增量。等溫壓縮：海水微團(tuán)被壓縮時，與周圍海水有熱量交換而維持水溫不變。定鹽等溫壓縮系數(shù)公式：§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)絕熱變化

絕熱壓縮：當(dāng)一海水微團(tuán)在被壓縮過程中，與外界沒有熱量交換，稱為絕熱壓縮。絕熱變化：絕熱下沉，P↗，V↘，外力做功，內(nèi)能增加，T↗；絕熱上升，P↘，V↗，對外做功，消耗內(nèi)能，T↘。絕熱溫度梯度Г：–海水絕熱溫度變化隨壓力的變化率。即絕熱變化中各層海水之間的溫度梯度。單位：℃/m§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)位溫

定義：海洋中某一深度的海水微團(tuán)，絕熱上升到海面時所具有的溫度稱為該深度海水的位溫，記為Θ。性質(zhì)：海水位溫低于現(xiàn)場溫度§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)比蒸發(fā)潛熱定義：單位質(zhì)量海水化為同溫度的蒸汽所需要的熱量，記為L，單位J/kg受鹽度影響很小，與純水接近，可只考慮溫度影響。迪特里希（Dietrich,1980)經(jīng)驗公式為：適用范圍為0～30℃?！?.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)液體物質(zhì)中，水的蒸發(fā)潛熱最大，海水亦然。“暖心”最重要的熱源：海水蒸發(fā)時所攜帶巨額熱量的水汽進(jìn)入大氣后凝結(jié)而釋放出來的。海水溫度變化較大氣緩慢：每年海水蒸發(fā)平均失去126cm厚的海水，從而導(dǎo)致氣溫發(fā)生劇烈變化，但是海水比熱容相對大氣要大得多，在熱量等同的情況下，海水溫度變化較小，大概從海面至3m深的薄薄一層海水的熱容就相當(dāng)于地球上大氣的總熱容。§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)水汽壓：水面上水汽具有的壓力。飽和水汽壓：逃出水面的水分子數(shù)和同時回到水中的水分子數(shù)相等時的水汽壓。海水的飽和水汽壓：由于鹽度的存在，飽和水汽壓降低。水汽飽和差：表面水溫的飽和水汽壓和現(xiàn)場實際的水汽壓之差。海水蒸發(fā)量取決于海面水汽飽和差。

§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)熱傳導(dǎo)：熱量由高溫處向低溫處轉(zhuǎn)移（海水分子或海水塊體的交換）。熱流率：單位時間內(nèi)通過某一截面的熱量(W)熱流率密度：單位面積的熱流率(W/m2)，大小與海水熱傳導(dǎo)性能、垂直于傳熱面的溫度梯度有關(guān)，即式中為熱傳導(dǎo)面的法線方向，為熱傳導(dǎo)系數(shù)，單位是瓦特每米每攝氏度，記為W·m-1·℃-1。§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)分子熱傳導(dǎo)：僅由分子的隨機(jī)運動引起的熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)系數(shù)為10-1量級。隨溫度的升高而增大。水的熱傳導(dǎo)系數(shù)在液體中除水銀之外是最大的。但由于水的比熱容很大，所以盡管熱傳導(dǎo)性好，但水溫變化相當(dāng)遲緩。海水的熱導(dǎo)系數(shù)比純水稍低，且隨鹽度的增大略有減小。主要與海水的性質(zhì)有關(guān)?！?.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)渦動（湍流）熱傳導(dǎo)：由海水塊體的隨機(jī)運動引起的熱傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)系數(shù)

主要和海水的運動狀況有關(guān)。因此，不同季節(jié)、不同海域中的系數(shù)差別較大。其量級一般為102～103。渦動熱傳導(dǎo)在海洋的熱量傳輸過程中起主要作用，分子熱傳導(dǎo)只占次要地位。但在“雙擴(kuò)散”對流時，分子熱傳導(dǎo)的作用是不可忽視的?！?.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)沸點升高和冰點下降隨著鹽度的增大，沸點升高而冰點下降。Doherty等（1974）給出了冰點關(guān)系式：Millero等（1976）在上述基礎(chǔ)上又提出了新的公式§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)海水最大密度溫度tρ(max)與冰點溫度tf

都隨鹽度的增大而降低，但前者降得更快。當(dāng)S=24.695時，兩者溫度皆為-1.33℃，當(dāng)鹽度再增大，前者便低于后者。

§3.1.3海水的主要熱性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)海水的力學(xué)性質(zhì)海水的粘滯性海水的滲透壓海水的表面張力海水的粘滯性當(dāng)相鄰兩層海水作相對運動時，由于水分子的不規(guī)則運動或者海水塊體的隨機(jī)運動(湍流)，在兩層海水之間便有動量傳遞，從而產(chǎn)生切應(yīng)力。摩擦應(yīng)力的大小與兩層海水之間的速度梯度成比例。界面上單位面積的應(yīng)力為式中n為兩層海水界面的法線方向，v為流速，稱為動力學(xué)粘滯系數(shù)（粘度，Viscosity)，單位是帕秒。隨鹽度的增大略有增大，隨溫度的升高卻迅速減小。海水的粘滯性單純由分子運動引起的的量級很小。在討論大尺度湍流狀態(tài)下的海水運動時，其粘滯性可以忽略不計。但在描述海面、海底邊界的物理過程中以及研究很小尺度空間的動量轉(zhuǎn)換時，分子粘滯應(yīng)力卻起著重要作用。分子粘滯系數(shù)只取決于海水的性質(zhì)，而渦動粘滯系數(shù)則與海水的運動狀態(tài)有關(guān)。海水的滲透壓在海水與淡水之間放置一個半滲透膜，水分子可以透過，但鹽分子不能透過。那么，淡水一側(cè)的水會慢慢地滲向海水一側(cè)，使海水一側(cè)的壓力增大，直至達(dá)到平衡狀態(tài)。此時膜兩邊的壓力差，稱為滲透壓。隨海水鹽度的增高而增大。低鹽時隨溫度變化不大，而高鹽時隨溫度的升高增幅較大。對海洋生物影響很大。生物的細(xì)胞壁就是一種半滲透膜，不同生物細(xì)胞壁性質(zhì)不同，對鹽度適用范圍也不同，這是海洋生物學(xué)家所關(guān)注的問題。海水的表面張力表面張力：在液體的自由表面上，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。海水的表面張力隨溫度的增高而減小，隨鹽度的增大而增大。海水雜質(zhì)的增多也會使海水表面張力減小。表面張力對水面毛細(xì)波的形成起著重要作用。

§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程

密度：單位體積物體的質(zhì)量；比容：單位質(zhì)量物體的體積是比容。海水密度定義——單位體積海水的質(zhì)量。符號：ρ單位：kg/m3海水比容定義——單位質(zhì)量海水的體積。符號：α單位：m3/kg，關(guān)系——α=1/ρ，ρα=1。海水的密度、比容都是S、T、P的函數(shù)，密度記作ρ(S,T,P)為現(xiàn)場密度，一定溫、鹽、壓下測得的密度為條件密度?！?.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程密度超量定義式：γ=ρ-1000kg/m3（3—19）海水密度變化范圍：1.02000<ρ<1.03000

g/cm3海水比容變化范圍：0.9000<α<1.0000

cm3/g比容偏差（異常，距常）和熱比容偏差海洋學(xué)中經(jīng)常用到的不是現(xiàn)場比容α(S，t，p)，而常使用δ=α(S，t，p)-α(35，0，p)(3-20)的差值。δ稱為比容偏差，也可將其記為δ(S，t，p)。式中α(35，0，p)是海水鹽度為35，溫度0℃，海壓為p時的比容。§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程海洋學(xué)中還常使用熱比容偏差，有人也稱為熱鹽比容偏差，用符號△或△(S，t)表示△(S，t)=α(S，t，0)-α(35，0，0)(3—21)它表示在海面上(海壓為0)的比容與鹽度為35，溫度為0℃時的比容偏差。已知α(35，0，0)=0.97266204×10-3m3.kg-1，由式(3－19)與(3－21)可得§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程海水密度隨溫、鹽、壓的變化§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程在同一溫度下，密度隨鹽度的增大而增大對應(yīng)某一特定鹽度，有一最大密度時的溫度點。該最大密度點溫度隨著鹽度的增大而降低。密度隨壓強(qiáng)增大而增大，但增幅不大?！?.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程狀態(tài)方程—聯(lián)系溫度﹑壓力和密度(或體積)三個物理量的關(guān)系式稱為狀態(tài)方程。海水狀態(tài)方程—描述海水狀態(tài)參數(shù)之間關(guān)系的方程式。最常用的是表達(dá)海水的現(xiàn)場密度(或現(xiàn)場比容)同溫度(T)﹑鹽度(S)和壓力(p)之間關(guān)系的經(jīng)驗公式。

§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程1980年國際海水狀態(tài)方程（EOS80），JPOTS推薦從1982年1月1日啟用。（一）“一個大氣壓國際海水狀態(tài)方程”在“一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓”(海壓為0)下，海水密度ρ(S，t，0)與實用鹽度S和溫度t(℃)的關(guān)系式為§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程而式3-23的適用范圍是：溫度-2～40℃，實用鹽度0～42。§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程（二）高壓國際海水狀態(tài)方程高壓下海水密度ρ(S，t，p)與實用鹽度S，溫度t(℃)和海壓p(Pa)的關(guān)系式為式中ρ(S，t，0)如式(3－23)所示；K(S，t，p)為割線體積模量，由下式給出：§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程割線體積模量中的純水項由下式給出：§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程該方程的適應(yīng)范圍是：溫度-2～40℃，實用鹽度0～42，海壓0～108Pa，壓力匹配因數(shù)n=10-5。式(3—24)也可寫成比容的計算形式高壓狀態(tài)方程的一個優(yōu)點是，比原有的其它形式的狀態(tài)方程更為精確，用于計算海水的體積熱膨脹系數(shù)或壓縮系數(shù)等，精度也很高。另外，方程清楚地給出海水體積模量的“純水項”，“標(biāo)準(zhǔn)大氣壓項”和“高壓項”，給理論研究和實驗、計算帶來很大方便。§3.1.4海水的密度和海水狀態(tài)方程在式(3—24)或(3—25)中的溫度皆采用1968年國際實用溫標(biāo)(IPTS-68)，1990年國際溫標(biāo)(ITS—90)與其有如下關(guān)系

t90=0.99976t68或

t68=1.00024t90t68與t90除在0℃之外，是有差別的。如以上所提到的純水的冰點為0℃，嚴(yán)格說應(yīng)是0.010℃(IPTS-68或ITS-90)，沸點為100℃(IPTS-68)，但用ITS-90時則為99.974℃；相應(yīng)地，其最大密度時的溫度變?yōu)?3.984±0.005)℃(t90)?！?.2海冰§3.2.1海冰的形成、類型和分布§3.2.2海冰的物理性質(zhì)§3.2.3海冰與海況

§3.2.1海冰的形成、類型和分布

海冰定義狹義：海水凍結(jié)而成的冰廣義：在海洋中見到的冰，包括大陸冰川、河流及湖泊流滑入海中的淡水冰。世界大洋中約有3%-4%的面積被海冰覆蓋著。§3.2.1海冰的形成、類型和分布海冰的形成形成條件：海水溫度降至冰點；相對冰點稍有過冷現(xiàn)象；有凝結(jié)核存在。形成過程原理：tρ(max)隨鹽度的增大而降低的速度比tf快。當(dāng)S﹤24.695時，結(jié)冰情況與淡水相同；當(dāng)S﹥24.695時，海水冰點高于最大密度溫度，海面溫度降低到冰點，但海水仍在增密過程，使海水呈對流混合狀態(tài)而無法結(jié)冰。只有當(dāng)對流混合層的溫度同時到達(dá)冰點，海水才會在整個對流混合層同時結(jié)冰?！?.2.1海冰的形成、類型和分布海冰的分類按結(jié)冰過程的發(fā)展階段：初生冰；尼羅冰；餅狀冰；初期冰；一年冰；老年冰。初生冰：最初形成的海冰，都是針狀或薄片狀的細(xì)小冰晶；大量冰晶凝結(jié)，聚集形成粘糊狀或海綿狀冰，在溫度接近冰點的海面上降雪，可不融化而直接形成粘糊狀冰。在波動的海面上，結(jié)冰過程比較緩慢，但形成的冰比較堅韌，凍結(jié)成所謂蓮葉冰。

§3.2.1海冰的形成、類型和分布尼羅冰初生冰繼續(xù)增長，凍結(jié)成厚度10cm左右有彈性的薄冰層，在外力的作用下，易彎曲，易被折碎成長方形冰塊。餅狀冰破碎的薄冰片，在外力的作用下互相碰撞、擠壓，邊緣上升，形成直徑為30cm至3m，厚度在10cm左右的圓形冰盤。在平靜的海面上，也可由初生冰直接形成。初期冰由尼羅冰或冰餅直接凍結(jié)一起而形成厚約10～30cm的冰層。多呈灰白色。一年冰由初期冰發(fā)展而成的厚冰，厚度為30cm至3m。時間不超過一個冬季。老年冰至少經(jīng)過一個夏季而未融化的冰。其特征是，表面比一年冰平滑?！?.2.1海冰的形成、類型和分布按海水的運動狀態(tài)固定冰：與海岸、島嶼或海底凍結(jié)在一起的冰。冰架，冰腳流（?。┍鹤杂筛≡谒嫔?，能隨風(fēng)、流漂移的冰。冰山：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§3.2.1海冰的形成、類型和分布海冰的分布北冰洋海冰分布：冬季夏季§3.2.1海冰的形成、類型和分布南極大陸海冰分布：冬季夏季§3.2.1海冰的形成、類型和分布北冰洋：3-4月，最大，約占北半球面積的5%；8-9月，最小，約占最大覆冰面的3/4；多年冰厚度3-4m–流冰：繞洋盆邊緣運動，冰界線58°N；冰山：發(fā)源地—格陵蘭；平均冰界線40°N南極大陸：世界最大的天然冰庫；終年被冰覆蓋–冰界線：南太平洋50-55°S；印度洋45-55°S；南大西洋43-55°S§3.2.2海冰的物理性質(zhì)鹽度定義：海冰融化后海水的鹽度，一般為3-7“鹽泡”和“氣泡”：結(jié)冰時來不及流走的鹽分以鹵汁的形式被包圍在冰晶之間的空隙里形成“鹽泡”；結(jié)冰時來不及逸出的氣體被包圍在冰晶之間的空隙里形成“氣泡”。影響鹽度因素（鹵汁）：凍結(jié)前海水的鹽度；凍結(jié)前海水鹽度越高海冰的鹽度也越高；凍結(jié)的速度（凍結(jié)越快，鹵汁越多，鹽度越高）；下層冰層比上層慢，鹽度隨深度的加大而降低；冰齡（冰齡越大，鹽度越?。?.2.2海冰的物理性質(zhì)海冰的密度純水冰0℃—917kg/m3海冰密度低于純水冰（含有氣泡）新冰—914-915kg/m3冰齡越長，密度越?。u汁滲出）由于海冰密度比海水小，所以它總是浮在海面上?！?.2.2海冰的物理性質(zhì)海冰的熱性質(zhì)和其他物理性質(zhì)

1、比熱容：比純水冰大；S↗，↗；T↘，↘2、融解潛熱：比純水冰大3、熱傳導(dǎo)系數(shù)：比純水冰小；Z↗，↗；表層為純水冰的1/3，1m以下和純水冰近似4、熱膨脹系數(shù)（即密度隨溫鹽的變化）5、抗壓強(qiáng)度：約為純水冰的3/4（有空隙）6、對太陽輻射的反射率：遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于海水§3.2.3海冰與海況1、對海洋水文要素鉛直分布的影響a、海水鉛直對流混合使海洋水文要素鉛直均勻分布b、把表層高溶解氧的海水向下輸送c、把底層營養(yǎng)海水輸送到表層d、有利于生物大量繁殖，造就豐富的漁業(yè)資源e、融冰時，出現(xiàn)密度躍層–暖而淡的海水覆在高鹽的冷水上§3.2.3海冰與海況2、對海洋動力現(xiàn)象的影響：海冰減小潮差和流速，減小波高，阻礙波浪傳播3、對海洋熱狀況的影響：海冰阻礙海水與大氣的熱交換；制約海溫變化4、極地海區(qū)形成大洋底層水：高鹽、低溫的高密海水可行成南極底層水5、對人類活動的影響a、負(fù)面：封鎖港口和航道；影響航海；造成海難b、正面：未來可解決全球淡水問題§3.3世界大洋的熱量與水量平衡

§3.3.1海面熱收支§3.3.2海洋內(nèi)部的熱交換

§3.3.3海洋中的水平衡§3.3.1海面熱收支收入：世界大洋中的熱量幾乎全部是通過海氣界面到達(dá)海洋的太陽輻射能Qs

支出：海面有效回輻射Qb、蒸發(fā)Qe

加上：海氣間感熱交換Qh

從而得海面熱收支余項Qw：Qw=Qs-Qb±Qe±Qh

§3.3.1海面熱收支海面熱收支圖示整個大洋長期Qw=0，局部海區(qū)短期Qw大于零時，局部海區(qū)得到熱量；小于零時，失去熱量。

§3.3.1海面熱收支太陽輻射能Qs太陽輻射能量99.9%集中在0.2-10.0μm波段，其中可見光的能量占44%，紅外部分占47%，紫外線部分占9%。太陽常數(shù)：因太陽高度不同，太陽光行走距離長短有異，相同表面積的地表在不同緯度接收的太陽輻射量不同。太陽常數(shù)S0為在地日平均距離處，和太陽光線垂直的大氣上界的單位面積、單位時間接受的總輻射能，其值為：S0=1367±7W/㎡。全球平均接收到的太陽輻射能只有太陽常數(shù)的1/4；下圖為處于不同緯度的三地接受太陽輻射能之差異：太陽輻射能Qs太陽輻射能Qs太陽輻射能最強(qiáng)的波長為0.475μm，為短波輻射，對應(yīng)于可見光中的青光波段。影響太陽輻射到達(dá)海面的因素：云量、云狀和太陽高度Ｈ（太陽光線與地球觀測點的切線之間的夾角）。一年中，低緯海區(qū)所接受的太陽輻射要大于高緯海區(qū)；同一天內(nèi)，中午前后所接受的太陽輻射要大于早、晚。

太陽輻射能Qs太陽輻射總量在一年中的變化：6月的北半球夏季，太陽總輻射量隨緯度的分布變化梯度較小，因為太陽高度和日照時間對太陽輻射作用向反。12月的北半球冬季，太陽輻射隨緯度增高而陡降是太陽高度和日照時間共同作用的結(jié)果。北極圈內(nèi)出現(xiàn)極夜，無日照。

月總輻射量隨緯度的變化太陽輻射能Qs一年中不同緯度地區(qū)接受的平均太陽日輻射太陽輻射能Qs輻射量隨緯度的不均勻分布：低緯度有熱量盈余，中、高緯地區(qū)熱量虧損。

海面有效回輻射Qb

海面有效回輻射＝海面的長波輻射－大氣長波回輻射影響因素：海面水溫、海上水汽含量和云的特征晴天時海面有效回輻射隨溫度和相對濕度的變化（下圖）

海面有效回輻射Qb相對濕度一定，Qb隨溫度升高而減??；溫度一定，Qb隨濕度的增高而減小。（溫度、濕度變化對大氣回輻射的影響更大）海面有效回輻射Qb輻射平衡：由于海面水溫和海面上層的相對濕度的日變化和年度變化相對較小，因此海面有效回輻射的地理變化和季節(jié)變化比較小。全球的太陽輻射Qs大于海面有效回輻射Qb的那部分熱盈余，這部分熱盈余稱為輻射平衡。蒸發(fā)耗熱Qe海面蒸發(fā)，海水將部分熱量以潛熱形式帶入大氣，海洋失去熱量；大氣中水汽凝結(jié)時，又將熱量釋放出來，幾乎全部留在大氣中。蒸發(fā)只能使海洋耗熱。影響蒸發(fā)速率的因素：近海面空氣層中的水汽鉛直梯度；海面水溫ｔw與近海面氣溫ｔa；風(fēng)等ｔw＞ｔa有利于海面蒸發(fā)，ｔw＜ｔa不利于海面蒸發(fā)，產(chǎn)生穩(wěn)定層結(jié)。海氣間感熱交換Qh由于海洋表層水溫和氣溫一般是不相等的，所以兩者之間通過熱傳導(dǎo)也有熱量交換。這一交換過程主要受制于兩個因素：海面風(fēng)速和?！獨鉁夭睢Ｆ浣粨Q的物理機(jī)制同(三)中所述。不同海區(qū)和不同季節(jié)，海-氣的感熱交換有明顯差別。平均而言，世界大洋通過感熱交換向大氣輸送熱量，相當(dāng)于輻射平衡熱盈余的10％。在一些海洋學(xué)書刊中將感熱交換Qh與蒸發(fā)耗熱Qe之比稱為鮑恩比。它是計算海洋熱平衡的一個重要參數(shù)。年平均熱收支隨緯度的變化低緯度有熱量收入，中、高緯地區(qū)失去熱量，勢必?zé)崃繉⒂傻途曄蛑懈呔曓D(zhuǎn)移，形成海洋內(nèi)部熱交換。（點線為Qs－Qb，短線為Qe，點虛線為Qh，連續(xù)線為熱平衡余項）

§3.3.2海洋內(nèi)部的熱交換

在鉛直方向上的熱輸送Qz

在水平方向上的熱輸送QA

海洋中的全熱量平衡

在鉛直方向上的熱輸送Qz主要是通過湍流進(jìn)行的，它是通過海面上的風(fēng)、浪和流等引起的渦動混合，把海面的熱量向下輸送的。一般說來，它的作用多是將海水表層所吸收的輻射能向海洋深層輸送。在海面有凈熱量支出的海域，往往由于降溫增密作用引起對流，對流的結(jié)果卻使熱量向上輸送。抽吸或卷吸引起冷水上涌；升、降流在水平方向上的熱輸送QA

主要通過海流輸送來完成。主要影響因素：海流方向上的水溫梯度，即有式中負(fù)號說明熱量輸送方向與溫度梯度方向相反。整個世界大洋的海面熱平衡呈緯向帶狀分布，從而水溫分布亦相似。因此，海流在大洋中水平方向的熱輸送，沿徑向最為明顯。海洋中的全熱量平衡

在通過海面的熱平衡方程基礎(chǔ)上，再同時考慮到海洋內(nèi)部的熱交換，即有Qt=Qs-Qb±Qe±Qh±Qz±QA

該式稱為海洋全熱量平衡方程。適用于任何時段和局部海區(qū)的熱平衡計算。當(dāng)Qt＞0時，海水有凈的熱量收入，水溫將升高；反之，當(dāng)Qt＜0時，水溫將降低。Qt的絕對值越大時，則相應(yīng)地升溫或降溫的速率將越快。當(dāng)Qt由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值時，此Qt=0，對應(yīng)于溫度的極大值；反之當(dāng)Qt由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值，Qt=0時，則為水溫極小值。§3.3.3海洋中的水平衡海洋與外界還不斷地進(jìn)行水量交換。水循環(huán)，熱平衡影響水平衡的因子—收入：降水(Precipitation)、陸地徑流(Runoff)和融冰；支出：蒸發(fā)和結(jié)冰?！?.3.3海洋中的水平衡蒸發(fā)：分布不均勻。