第三章 海水的物理性质.pdf

1 1 第三章第三章第三章第三章 海水的物理性质海水的物理性质海水的物理性质海水的物理性质 海水的构成是什么 海水的构成是什么 海水中水大约占96 5 溶解有多种无机盐 有机物质和气体和悬浮物质等 有机盐的 含量约为3 5 海水中水大约占96 5 溶解有多种无机盐 有机物质和气体和悬浮物质等 有机盐的 含量约为3 5 迄今已测定海水中含有80余种元素迄今已测定海水中含有80余种元素 2 2 纯水的特性纯水的特性纯水的特性纯水的特性 水分子结构特殊水分子结构特殊 极性分子极性分子 易发生分子缔合易发生分子缔合 3 3 纯水的特性纯水的特性纯水的特性纯水的特性 水的溶解力很强水的溶解力很强 水分子有很强的极性 容易吸引 溶质表面的分子或离子 使其脱 离溶质的表面进入水中 水分子有很强的极性 容易吸引 溶质表面的分子或离子 使其脱 离溶质的表面进入水中 水可轻易将盐分解为离子状态水可轻易将盐分解为离子状态 4 4 纯水的特性纯水的特性纯水的特性纯水的特性 热胀冷缩 热胀冷缩 水在温度4 C时密度最大 水在温度4 C时密度最大 温度低于4温度低于40 0C时 有利于分子 的缔合 C时 有利于分子 的缔合 冻结为冰时 水分子全部缔 合成一个巨大的分子缔合 体 称为分子晶体 结构排 列松散 密度减小 冻结为冰时 水分子全部缔 合成一个巨大的分子缔合 体 称为分子晶体 结构排 列松散 密度减小 水温从0水温从00 0C到4C到40 0C时 主要过程 是较大缔合分子离解成较小 的缔合分子 C时 主要过程 是较大缔合分子离解成较小 的缔合分子 温度进一步升高时 分子热 运动增强 导致体积膨胀 密度减小 温度进一步升高时 分子热 运动增强 导致体积膨胀 密度减小 水密度随温度的变化水密度随温度的变化 5 5 纯水的热性质纯水的热性质纯水的热性质纯水的热性质 与其它氧族氢化物相 比 其溶点和沸点要 高得多 其理论上分 别为 与其它氧族氢化物相 比 其溶点和沸点要 高得多 其理论上分 别为 900C和和 800C 而实际上为 而实际上为00C和和 1000C 水的比热 蒸发潜热 和表面张力都比氧的 同族化合物高 水的比热 蒸发潜热 和表面张力都比氧的 同族化合物高 6 6 海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质 海水的溶解性非常强 可将大部分物质溶解为极 小颗粒 海水的溶解性非常强 可将大部分物质溶解为极 小颗粒 从化学上可将这些溶质分为5类 主要成份 营养 盐 气体 痕量元素和有机化合物 从化学上可将这些溶质分为5类 主要成份 营养 盐 气体 痕量元素和有机化合物 主要成份主要成份即海水中的阳离子和阴离子 占所有溶 质的99 99 是不随时间变化的保守量 即海水中的阳离子和阴离子 占所有溶 质的99 99 是不随时间变化的保守量 7 7 海水组成恒定性海水组成恒定性海水组成恒定性海水组成恒定性 海水组成恒定性 海水组成恒定性 尽管不同样品的主要成分绝 对量不同 但它们的比值不变 即任何两种溶 于海水中的主要成分比值不变 如CI 尽管不同样品的主要成分绝 对量不同 但它们的比值不变 即任何两种溶 于海水中的主要成分比值不变 如CI 1 1 SO SO42 42 Na Na K K 8 8 海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质 营养盐 对植物生长至关重要 主要包括氮 N 磷 P 和硅 Si 的化合物 营养盐 对植物生长至关重要 主要包括氮 N 磷 P 和硅 Si 的化合物 三者在海水中的含量分别为0 5ppm 0 07ppm和3ppm ppm parts per million 三者在海水中的含量分别为0 5ppm 0 07ppm和3ppm ppm parts per million 由于生物吸收和释放 海水中的营养盐随地点和时间而 变 是非保守量 由于生物吸收和释放 海水中的营养盐随地点和时间而 变 是非保守量 植物不能直接吸收N和P元素 而是吸收可溶解的PO植物不能直接吸收N和P元素 而是吸收可溶解的PO43 43 和 NO 和 NO3 3 虽然Si不直接参与细胞植物生长 但它对SiO虽然Si不直接参与细胞植物生长 但它对SiO2 2沉降至关重 要 SiO 沉降至关重 要 SiO2 2是硅藻和散线虫类动物的骨骼成份 是硅藻和散线虫类动物的骨骼成份 9 9 海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质 痕量元素 海洋中极小量的无机成分 痕量元素 海洋中极小量的无机成分 痕量元素主要包括Li I Mo Zn Fe Al等痕量元素主要包括Li I Mo Zn Fe Al等 上述痕量元素的含量分别为170 60 10 10 10 10ppb ppb parts per billion 上述痕量元素的含量分别为170 60 10 10 10 10ppb ppb parts per billion 痕量元素的含量虽然少 但对某些生物化学反应 至关重要 痕量元素的含量虽然少 但对某些生物化学反应 至关重要 1010 海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质 气体 主要包括N气体 主要包括N2 2 O O2 2 CO CO2 2 H H2 2 Ar Ne He Ar Ne He 前三者分别占总气体的47 5 36 0 和15 1 其 余占1 4 前三者分别占总气体的47 5 36 0 和15 1 其 余占1 4 海洋酸化 海洋酸化 N N2 2和惰性气体很少参与生物活动 而O和惰性气体很少参与生物活动 而O2 2和CO和CO2 2很大 程度上受控于生物的光合和呼吸作用 所以它们 不是保守量 取决于植物和动物的丰富性和活动 很大 程度上受控于生物的光合和呼吸作用 所以它们 不是保守量 取决于植物和动物的丰富性和活动 1111 海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质海水中的溶质 有机化合物 包括各种复杂的有机分子 如油脂 蛋白质 醣类 荷尔 蒙和维生素复合物 有机化合物 包括各种复杂的有机分子 如油脂 蛋白质 醣类 荷尔 蒙和维生素复合物 有机化合物的含量一般非常低 来源于生物的新陈代谢和腐烂过程有机化合物的含量一般非常低 来源于生物的新陈代谢和腐烂过程 维生素复合物对促进细菌 植物和动物的生长非常重要 维生素复合物对促进细菌 植物和动物的生长非常重要 全球海洋油污染形势图全球海洋油污染形势图 1212 海水的盐度海水的盐度海水的盐度海水的盐度 最初的盐度定义 最初的盐度定义 1kg海水中所包含的溶质 的总质量 海水中所包含的溶质 的总质量 基于化学方法的盐度定义基于化学方法的盐度定义 1kg海水中的碳酸盐全部转换成氧化物 溴和碘以氯当量置换 有机物全部氧化后 所剩固体物质的总克数 海水中的碳酸盐全部转换成氧化物 溴和碘以氯当量置换 有机物全部氧化后 所剩固体物质的总克数 单位是 单位是g kg 用 符号 用 符号 表示表示 Kundsen 1902 该方法测定盐度非常繁琐该方法测定盐度非常繁琐 1313 海水的盐度海水的盐度海水的盐度海水的盐度 Knudsen公式 化学方法 公式 化学方法 基于海水组成恒定性规律 用测定海水氯 含量的方法来计算盐度 基于海水组成恒定性规律 用测定海水氯 含量的方法来计算盐度 S 0 03 1 805 CI CI 为氯度 即为氯度 即1kg海水中的溴和碘以氯当量置换 氯离子的总克数海水中的溴和碘以氯当量置换 氯离子的总克数 用用AgNO3滴定法测定海水的氯度时 需要 知道 滴定法测定海水的氯度时 需要 知道AgNO3的浓度 国际上统一使用一种 其氯度值精确为 的浓度 国际上统一使用一种 其氯度值精确为19 374 的大洋水作为标 准 对应的盐度值为 的大洋水作为标 准 对应的盐度值为35 000 称为标准海 水 称为标准海 水 1966年修改为年修改为 S 1 80655 CI 1414 海水的盐度 电导方法 海水的盐度 电导方法 海水的盐度 电导方法 海水的盐度 电导方法 化学方法一直沿用到化学方法一直沿用到20世纪世纪60年代年代 盐度的电导率定义 盐度的电导率定义 Cox et al 1967 s 为为15 C 一个标准大气压 一个标准大气压 101325 Pa 下 水样的电 导率 下 水样的电 导率C S 15 0 与盐度精确为与盐度精确为35 的标准海水电导率的标准海水电导率C 35 15 0 之比值 通过测定海水的电导率来推算盐度值之比值 通过测定海水的电导率来推算盐度值 国际国际 海洋学常用表和标准联合专家小组海洋学常用表和标准联合专家小组 JPOTS 于于 1969年推荐使用此新定义年推荐使用此新定义 有人认为这不是盐度的新定义 而只是给出了氯度是海水 电导率与标准海水电导率之比的函数 有人认为这不是盐度的新定义 而只是给出了氯度是海水 电导率与标准海水电导率之比的函数 5 15 4 15 3 15 2 1515 32311 198624 567869 10 80832 1229720 2808996 0 RRR RR 15 R 1515 实用盐度标度实用盐度标度实用盐度标度实用盐度标度 为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖 为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖 JPOTS 于 于 1978年提出实用盐度标度 年提出实用盐度标度 1982年年1月开始在国际上推行月开始在国际上推行 为使海水的盐度值与氯度脱钩 选择一种精确浓度的氯化 钾 为使海水的盐度值与氯度脱钩 选择一种精确浓度的氯化 钾 KCI 溶液作为可再制的电导标准 用海水相对于 溶液作为可再制的电导标准 用海水相对于 KCI溶液的电导比来确定海水的盐度溶液的电导比来确定海水的盐度 为保持盐度历史资料的一致性 仍用原来氯度为为保持盐度历史资料的一致性 仍用原来氯度为19 374 国际标准海水为实用盐度国际标准海水为实用盐度35 000 的参考点 配制精确 浓度 的参考点 配制精确 浓度 32 4356 的氯化钾溶液 它在 的氯化钾溶液 它在1个标准大气压 个标准大气压 150C下 与国际标准海水的电导率相等下 与国际标准海水的电导率相等 1 0 15 4356 32 0 15 35 15 C C K 1616 实用盐度计算公式实用盐度计算公式实用盐度计算公式实用盐度计算公式 温度为温度为150C海水盐度公式海水盐度公式 其中其中K15为一个大气压下 温度为一个大气压下 温度150C 海水样品的电导率 与标准 海水样品的电导率 与标准KCI溶液的电导率之比溶液的电导率之比 实用盐度不再使用符号实用盐度不再使用符号 1 2 151515 3 225 2 151515 15 0 00800 169225 3851 14 09417 02612 7081 15 0 15 0 242 SKK KKK KC SC KCI S 1717 实用盐度计算公式实用盐度计算公式实用盐度计算公式实用盐度计算公式 Lewis 1980 给出任意温度的盐度公式 给出任意温度的盐度公式 Kt为任意温度下的电导率之比为任意温度下的电导率之比 上面公式又进一步推广到任意压力 上面公式又进一步推广到任意压力 Millero 1996 1 2 3 225 2 1 23 2 25 2 0 00800 169225 3851 14 09417 02612 7081 15 0 00050 00560 00660 0375 1 0 0162 15 0 06360 0144 tt ttt ttt tt t SKK KKKS t SKKK t KK KC S 00 0 0 235 tC KCI t CtC 1818 关于实用盐度关于实用盐度关于实用盐度关于实用盐度 由电导率推算盐度可准确到 0 003 由电导率推算盐度可准确到 0 003 测盐度的仪器事先用标准海水来标定测盐度的仪器事先用标准海水来标定 盐度35的标准海水取自大西洋北部 封装在 275ml的玻璃瓶中 根据实用盐度标准标定其 电导率比和盐度 自1989年起 由设在英国 的Ocean Scientific International分发到 世界各地 盐度35的标准海水取自大西洋北部 封装在 275ml的玻璃瓶中 根据实用盐度标准标定其 电导率比和盐度 自1989年起 由设在英国 的Ocean Scientific International分发到 世界各地 1919 海水盐度的测定海水盐度的测定海水盐度的测定海水盐度的测定 实际利用实际利用CTD测量得 到的电导率是任意盐 度 温度和压力情况 下获得的 需要对压 力进行修正 测量得 到的电导率是任意盐 度 温度和压力情况 下获得的 需要对压 力进行修正 盐度是物理海洋学的 一个重要参数 盐度是物理海洋学的 一个重要参数 2020 盐量的循环盐量的循环盐量的循环盐量的循环 由于海浪破碎或被风撕裂 形成海盐气溶 胶进入大气中 饱和水汽以它为凝结核 形成雨滴落到陆地上 最后归聚河流又回 到海洋 由于海浪破碎或被风撕裂 形成海盐气溶 胶进入大气中 饱和水汽以它为凝结核 形成雨滴落到陆地上 最后归聚河流又回 到海洋 海洋海洋 大气 海洋 波浪降雨波浪降雨 2121 海水的热容和比热容海水的热容和比热容海水的热容和比热容海水的热容和比热容 海水温度升高 降低 海水温度升高 降低 1K 或 或1 C 时所吸收 放出 的热量称为热容 单位是焦尔每开尔文 时所吸收 放出 的热量称为热容 单位是焦尔每开尔文 J K 单位质量海水的热容称为比热容 比热容又分为 定压比热容 单位质量海水的热容称为比热容 比热容又分为 定压比热容 cp 和定容比热容 和定容比热容 cv 一般而言 一般而言 cp cv 1 1 02 比热容是海水温度 盐度和压力的函数 一般而 言 比热容是海水温度 盐度和压力的函数 一般而 言 cp 随盐度的增大而减小 低温 低盐时 随盐度的增大而减小 低温 低盐时 cp 随温度升高而减小 高温 高盐时 随温度升高而减小 高温 高盐时 cp随温度升 高而增大 随温度升 高而增大 2222 海水的比热容海水的比热容海水的比热容海水的比热容 海水的比热容约为海水的比热容约为3 89X103J kg 1 C 1 密 度约为 密 度约为1025kg m 3 而空气的比热容约为 而空气的比热容约为 1 0X103J kg 1 C 1 密度为 密度为1 29kg m 3 海水和大气的比热容相差不大 而热容量 相差巨大 海水和大气的比热容相差不大 而热容量 相差巨大 1m1m3 3海水降低1 C放出的热量可使3100m海水降低1 C放出的热量可使3100m3 3的空 气升高1 C 的空 气升高1 C 2323 海水的膨胀海水的膨胀海水的膨胀海水的膨胀 体积热膨胀系数 为单位质量海水的体积 在海洋学上称 为比容 体积热膨胀系数 为单位质量海水的体积 在海洋学上称 为比容 Sp Sp t t V V 1 1 2424 海水的膨胀海水的膨胀海水的膨胀海水的膨胀 海水的热膨胀系数比纯水 大 且随温度 盐度和压 力的增大而增大 海水的热膨胀系数比纯水 大 且随温度 盐度和压 力的增大而增大 低温低盐时 海水的热膨 胀系数为负值 说明当温 度升高时海水收缩 低温低盐时 海水的热膨 胀系数为负值 说明当温 度升高时海水收缩 最大海水密度所对应的温 度为 最大海水密度所对应的温 度为 34231 102 0101 1100 295 3 max SSSt 2525 海水的压缩性海水的压缩性海水的压缩性海水的压缩性 单位体积的海水 当压力增大单位体积的海水 当压力增大1Pa时 其体 积的负增量称为压缩系数 时 其体 积的负增量称为压缩系数 定盐等温压缩系数定盐等温压缩系数 海水的压缩系数随温度 盐度和压力的增 大而减小 海水压缩系数一般很小 海水的压缩系数随温度 盐度和压力的增 大而减小 海水压缩系数一般很小 海水的压缩性是声波传播的关键海水的压缩性是声波传播的关键 tS t p 1 2626 海水的绝热变化海水的绝热变化海水的绝热变化海水的绝热变化 什么叫绝热变化 什么叫绝热变化 海水绝热下沉时 压力增大使体积缩小 温度升高 绝热上升时 压力减小使体积 膨胀 导致温度降低 海水绝热下沉时 压力增大使体积缩小 温度升高 绝热上升时 压力减小使体积 膨胀 导致温度降低 海水绝热温度变化随压力 深度 的变化 率称为绝热温度梯度 海洋的绝热温度梯 度平均为 海水绝热温度变化随压力 深度 的变化 率称为绝热温度梯度 海洋的绝热温度梯 度平均为 0 11 C km 2727 海水的位温海水的位温海水的位温海水的位温 位温和位密 海洋中某一深度的海水微团 绝热上升到 海面时所具有的温度称为该深度海水的位 温 海水微团此时相应的密度称为位密 位温和位密 海洋中某一深度的海水微团 绝热上升到 海面时所具有的温度称为该深度海水的位 温 海水微团此时相应的密度称为位密 海水的位温显然比其现场温度低 为什 么 海水的位温显然比其现场温度低 为什 么 2828 世界大洋深层水的位温和盐度柱状图世界大洋深层水的位温和盐度柱状图世界大洋深层水的位温和盐度柱状图世界大洋深层水的位温和盐度柱状图 盐度变化小 位温变化较大盐度变化小 位温变化较大 2929 海水的蒸发潜热海水的蒸发潜热海水的蒸发潜热海水的蒸发潜热 比蒸发潜热 使单位质量海水化为同温度的蒸汽所需的 热量 称为海水的比蒸发潜热 比蒸发潜热 使单位质量海水化为同温度的蒸汽所需的 热量 称为海水的比蒸发潜热 L L受盐度影响很小 可只考虑温度的影响受盐度影响很小 可只考虑温度的影响 Dietrich 1980 给出如下计算公式 给出如下计算公式 0 300C C300 J kg10 720 2 9 2502 3 ttL 3030 海水的饱和水汽压海水的饱和水汽压海水的饱和水汽压海水的饱和水汽压 饱和水汽压 对纯水而言 饱和水汽压是指水分子有水面逃出 和同时回到水中的过程达到平衡时 水面上水汽 所具有的压力 饱和水汽压 对纯水而言 饱和水汽压是指水分子有水面逃出 和同时回到水中的过程达到平衡时 水面上水汽 所具有的压力 对海水而言 由于盐度存在 则单位面积海面上 平均水分子数目要少 限制了海水蒸发 使饱和 水汽压降低 对海水而言 由于盐度存在 则单位面积海面上 平均水分子数目要少 限制了海水蒸发 使饱和 水汽压降低 海面的蒸发量与海面上水汽压与饱和水汽压的差 成正比 饱和水汽压小不利于蒸发 海面的蒸发量与海面上水汽压与饱和水汽压的差 成正比 饱和水汽压小不利于蒸发 3131 海水蒸发与天气海水蒸发与天气海水蒸发与天气海水蒸发与天气 由于海水蒸发 海洋平均 每年失去 由于海水蒸发 海洋平均 每年失去126cm厚的海水厚的海水 为何不见海面降低 为何不见海面降低 伴随海水蒸发 海洋不仅 失去水分 同时失去大量 热量 由水汽携带而输向 大气 伴随海水蒸发 海洋不仅 失去水分 同时失去大量 热量 由水汽携带而输向 大气 热带气旋 台风 飓风的 生成 热带气旋 台风 飓风的 生成 3232 海水的热传导海水的热传导海水的热传导海水的热传导 相邻海水温度不同时 由于海水分子或海水块体的交换 会使热量由高温向低温处转移 称为热传导 相邻海水温度不同时 由于海水分子或海水块体的交换 会使热量由高温向低温处转移 称为热传导 单位时间内通过某一截面的热量 称为热流率 单位时间内通过某一截面的热量 称为热流率 单位面积的热流率称为热流率密度 单位单位面积的热流率称为热流率密度 单位Wm 2 为热传导系数为热传导系数 n t q 3333 海水的传导性海水的传导性海水的传导性海水的传导性 由分子的随机运动引起的热传导 称为分子热传 导 海水分子热传导系数为 由分子的随机运动引起的热传导 称为分子热传 导 海水分子热传导系数为10 1量级量级 若海水的热传导是由海水块体运动的随机运动所 引起 称为涡动热传导或湍流热传导 其热传导 系数的量级为 若海水的热传导是由海水块体运动的随机运动所 引起 称为涡动热传导或湍流热传导 其热传导 系数的量级为102 103 涡动热传导与海水的运动状况有关涡动热传导与海水的运动状况有关 海水盐量扩散与上述情形类似 但分子盐扩散系 数仅为分子热传导系数的 海水盐量扩散与上述情形类似 但分子盐扩散系 数仅为分子热传导系数的0 01左右 左右 为什么为什么 3434 海水的沸点升高和冰点下降海水的沸点升高和冰点下降海水的沸点升高和冰点下降海水的沸点升高和冰点下降 海水最大密度温度随 盐度增加而降低 海水最大密度温度随 盐度增加而降低 海水沸点和冰点与盐 度有关 海水沸点和冰点与盐 度有关 随着盐度增大 沸点 升高而冰点下降 随着盐度增大 沸点 升高而冰点下降 在海洋中更关心冰点 随温度的变化 如下 式 在海洋中更关心冰点 随温度的变化 如下 式 pSSSt f 8242 33 1053 710154996 210715023 10575 0 3535 海水的粘滞性海水的粘滞性海水的粘滞性海水的粘滞性 海水的粘滞性 当相邻两层海水做相对运动时 由于水分子的不规则运动 或海水块体的随机运动 湍流 在两层海水之间便有动 量传递 产生切应力 为动力学粘性系数 单位为 海水的粘滞性 当相邻两层海水做相对运动时 由于水分子的不规则运动 或海水块体的随机运动 湍流 在两层海水之间便有动 量传递 产生切应力 为动力学粘性系数 单位为Pa s 为运动学粘性系数 单位为为运动学粘性系数 单位为m2 s 单纯由分子运动引起的粘性系数非常小 一般可忽略 而 湍流引起的涡动粘性系数较大 单纯由分子运动引起的粘性系数非常小 一般可忽略 而 湍流引起的涡动粘性系数较大 分子粘性对海分子粘性对海 气界面物质交换过程非常重要气界面物质交换过程非常重要 n v 3636 海水的力学性质海水的力学性质海水的力学性质海水的力学性质 海水的渗透压 被半渗透膜 海水的渗透压 被半渗透膜 水分子可透过 但盐分子不能透过水分子可透过 但盐分子不能透过 分开的 海水和淡水 由于淡水一侧的水慢慢地渗向海水一侧 使 海水一侧的压力增大 直到达到平衡状态 此时膜两边的 压力差 称为渗透压 它随海水盐度的增高而增大 分开的 海水和淡水 由于淡水一侧的水慢慢地渗向海水一侧 使 海水一侧的压力增大 直到达到平衡状态 此时膜两边的 压力差 称为渗透压 它随海水盐度的增高而增大 海洋生物的细胞壁就是一种半渗透膜 渗透压对海洋生物 的生存十分重要 海洋生物的细胞壁就是一种半渗透膜 渗透压对海洋生物 的生存十分重要 海水的表面张力 在液体的自由表面上 由于分子之间的吸引力所形成的合 力 使自由表面趋向最小 这就是表面张力 海水的表面 张力随温度的升高而减小 随盐度的增大而增大 海水的表面张力 在液体的自由表面上 由于分子之间的吸引力所形成的合 力 使自由表面趋向最小 这就是表面张力 海水的表面 张力随温度的升高而减小 随盐度的增大而增大 表面张力对海面毛细波和海浪的生成至关重要 表面张力对海面毛细波和海浪的生成至关重要 3737 海水的密度海水的密度海水的密度海水的密度 海水密度海水密度 海水比容海水比容 上述二者均为海水温 度 盐度和压力的函 数 上述二者均为海水温 度 盐度和压力的函 数 密度超量密度超量 1 3 mkg1000 3838 海水的密度和状态方程海水的密度和状态方程海水的密度和状态方程海水的密度和状态方程 比容偏差比容偏差 热比容偏差热比容偏差 海水状态方程是海水状态参数温度 盐度 压力与密度或比容之间相互关系的数学表 达式 海水状态方程是海水状态参数温度 盐度 压力与密度或比容之间相互关系的数学表 达式 一个大气压下国际海水状态方程一个大气压下国际海水状态方程 高压国际海水状态方程高压国际海水状态方程 0 35 pptS 0 0 35 0 tStS 22 3 0 CSBSASwtS 1 1 0 ptSK np tSptS 3939 海冰海冰海冰海冰 定义 定义 海水冻结而成的咸水冰 广义指海 洋上所有的冰 包括咸水冰 河冰 冰山 等 海水冻结而成的咸水冰 广义指海 洋上所有的冰 包括咸水冰 河冰 冰山 等 海冰是淡水冰晶 卤水 和含有盐分的 气泡混合体 海冰是淡水冰晶 卤水 和含有盐分的 气泡混合体 按运动形态分为 固定冰和流冰两大类 按运动形态分为 固定冰和流冰两大类 4040 海冰的分类海冰的分类海冰的分类海冰的分类 固定冰 是与海岸 岛屿或海底冻结在一起的冰固定冰 是与海岸 岛屿或海底冻结在一起的冰 冰架 海面以上高于2米的固定冰冰架 海面以上高于2米的固定冰 冰山 由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面5米以上的 巨大冰体 冰山界于固定冰和流冰之间 冰山 由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面5米以上的 巨大冰体 冰山界于固定冰和流冰之间 流冰 自由浮在水面上 能随风 流漂移的冰流冰 自由浮在水面上 能随风 流漂移的冰 问题 一块流冰在北风吹送下 其漂移方向如何 问题 一块流冰在北风吹送下 其漂移方向如何 4141 海冰海冰海冰海冰 海冰的形成海冰的形成 当盐度大于24 695时 海 冰冰点高于最大密度温 度 只有当对流混合层的 温度同时达到冰点时 海 水才会结冰 当盐度大于24 695时 海 冰冰点高于最大密度温 度 只有当对流混合层的 温度同时达到冰点时 海 水才会结冰 为什么为什么 海水的结冰 纯水冻结 盐分排出 冰下海水密度 增大 对流增强 冰点降 低 同时冰层阻碍其下海 水热量的散失 减缓冰下 海水继续冻结的速度 海水的结冰 纯水冻结 盐分排出 冰下海水密度 增大 对流增强 冰点降 低 同时冰层阻碍其下海 水热量的散失 减缓冰下 海水继续冻结的速度 结冰时 一些海水被困在 冰中 结冰速度越快 俘 获的海水越多 结冰时 一些海水被困在 冰中 结冰速度越快 俘 获的海水越多 4242 海洋中的海冰海洋中的海冰海洋中的海冰海洋中的海冰 最初形成的海冰是针状的或薄片状的 随后聚集和凝结 并 在风力 海流 海浪和潮汐的作用下 互相堆叠而成重叠冰 和堆积冰 最初形成的海冰是针状的或薄片状的 随后聚集和凝结 并 在风力 海流 海浪和潮汐的作用下 互相堆叠而成重叠冰 和堆积冰 海水结冰时 会将部分来不及流走的盐分以卤汁的形式被包 围在冰晶之间的空隙里形成 盐泡 海水结冰时 会将部分来不及流走的盐分以卤汁的形式被包 围在冰晶之间的空隙里形成 盐泡 海水结冰时 将来不及逸出的气体包围在冰晶之间 形成 气泡 海水结冰时 将来不及逸出的气体包围在冰晶之间 形成 气泡 新冰的密度大致为 914 915kg m新冰的密度大致为 914 915kg m 3 3 由于海冰中含有气泡 比纯水冰0 时的密度917kg m 由于海冰中含有气泡 比纯水冰0 时的密度917kg m 3 3要小 要小 冰龄越长 由于冰中卤汁渗出 密度则越小 夏末时的海冰 密度可降至860kg m 冰龄越长 由于冰中卤汁渗出 密度则越小 夏末时的海冰 密度可降至860kg m 3 3 左右 左右 一般情况下海冰都浮于海面 形状规则的海冰露出水面的高 度为总厚度的1 7 1 10 尖顶冰露出的高度达总厚度的 1 4 1 3 一般情况下海冰都浮于海面 形状规则的海冰露出水面的高 度为总厚度的1 7 1 10 尖顶冰露出的高度达总厚度的 1 4 1 3 流冰会影响船舰航行和危害海上建筑物流冰会影响船舰航行和危害海上建筑物 4343 海冰的盐度海冰的盐度海冰的盐度海冰的盐度 海冰的盐度是指其融化后海水的盐度 一般为3 7左 右 海冰的盐度是指其融化后海水的盐度 一般为3 7左 右 海冰盐度取决于冻结前海水的盐度 冻结的速度和冰 龄等因素 海冰盐度取决于冻结前海水的盐度 冻结的速度和冰 龄等因素 冻结前海水的盐度越高 海冰的盐度可能也高 在南 极大陆附近海域测得的海冰盐度高达22 23 冻结前海水的盐度越高 海冰的盐度可能也高 在南 极大陆附近海域测得的海冰盐度高达22 23 结冰时气温越低 结冰速度越快 来不及流出而被包 围进冰晶中的卤汁就越多 海冰的盐度自然要大 结冰时气温越低 结冰速度越快 来不及流出而被包 围进冰晶中的卤汁就越多 海冰的盐度自然要大 在冰层中 由于下层结冰的速度比上层要慢 故盐度 随深度的加大而降低 在冰层中 由于下层结冰的速度比上层要慢 故盐度 随深度的加大而降低 当海冰经过夏季时 冰面融化也会使冰中卤汁流出 导致盐度降低 在极地的多年老冰中 盐度几乎为零 当海冰经过夏季时 冰面融化也会使冰中卤汁流出 导致盐度降低 在极地的多年老冰中 盐度几乎为零 4444 海冰的物理性质海冰的物理性质海冰的物理性质海冰的物理性质 海冰的比热容比纯水冰大 且随盐度的增高而增大 低盐时其比热容小 而高盐时其比热容将比纯水冰 大数倍 海冰的比热容比纯水冰大 且随盐度的增高而增大 低盐时其比热容小 而高盐时其比热容将比纯水冰 大数倍 海冰的融解潜热也比纯水冰的大 海冰的融解潜热也比纯水冰的大 海冰的热传导系数比纯水冰小 因为海冰中含有气 泡 而空气的热传导系数很小 使得海冰的热传导 系数略大于海水的分子热传导系数 海冰的热传导系数比纯水冰小 因为海冰中含有气 泡 而空气的热传导系数很小 使得海冰的热传导 系数略大于海水的分子热传导系数 海冰限制了海洋向大气的热量输送 而且也使海洋 的蒸发失热大为减少 从而形成了海洋的保护层 海冰限制了海洋向大气的热量输送 而且也使海洋 的蒸发失热大为减少 从而形成了海洋的保护层 4545 海冰的物理性质海冰的物理性质海冰的物理性质海冰的物理性质 对低盐海冰 随着温度的降低 它开始是膨胀 继 之变为收缩 由膨胀变为收缩的临界温度值随海冰 盐度的增加而降低 对低盐海冰 随着温度的降低 它开始是膨胀 继 之变为收缩 由膨胀变为收缩的临界温度值随海冰 盐度的增加而降低 对于高盐海冰 随温度降低始终是膨胀的 但膨胀 系数越来越小 对于高盐海冰 随温度降低始终是膨胀的 但膨胀 系数越来越小 海冰的抗压强度约为纯水冰的3 4 这是因其存在许 多空隙造成的 海冰的抗压强度约为纯水冰的3 4 这是因其存在许 多空隙造成的 海冰对太阳辐射的反射率远比海水的大 海水的反 射率平均只有 0 07 而海冰可高达0 5 0 7 海冰对太阳辐射的反射率远比海水的大 海水的反 射率平均只有 0 07 而海冰可高达0 5 0 7 4646 海冰的漂移海冰的漂移海冰的漂移海冰的漂移 冰山和流冰的漂移方向主要受风和海流共同制约冰山和流冰的漂移方向主要受风和海流共同制约 无风时 漂移方向与速率大致与海流相同无风时 漂移方向与速率大致与海流相同 单纯由风引起的漂移速度约为风速的单纯由风引起的漂移速度约为风速的1 50 1 40 方向偏风矢量之右 北半球 或之左 南半球 方向偏风矢量之右 北半球 或之左 南半球 为什么为什么 1912年年4月月14日 日 269米长的米长的Titanic游轮在纽芬 兰岛南部被冰山撞沉 游轮在纽芬 兰岛南部被冰山撞沉 2224人中人中1513人遇难 人遇难 1985年年9月 月 Woods Hole海洋研究所的海洋研究所的Robert Ballard在在3844米水下发现沉船位置 米水下发现沉船位置 4747 海冰的分布海冰的分布海冰的分布海冰的分布 海冰具有显著的季节和年际变化 海冰具有显著的季节和年际变化 北半球冰界以3 4月最大 8 9月最小 流冰群 主要绕洋盆边缘流动 多为3 4米厚的多年冰 北半球冰界以3 4月最大 8 9月最小 流冰群 主要绕洋盆边缘流动 多为3 4米厚的多年冰 北冰洋几乎终年被冰覆盖 冬季约覆盖洋面的北冰洋几乎终年被冰覆盖 冬季约覆盖洋面的 84 夏季覆盖率 夏季覆盖率54 南半球冰区以9月最大 3月最小 多为2 3米厚 的 一冬冰 南半球冰区以9月最大 3月最小 多为2 3米厚 的 一冬冰 南极洲是世界上最大的天然冰库 占全球冰雪总 量的90 以上 南极洲是世界上最大的天然冰库 占全球冰雪总 量的90 以上 南极洲附近的冰山 是南极大陆周围的冰川断裂 入海而成的 出现在南半球水域里的冰山 长宽 可达有几百公里 高几百米 南极洲附近的冰山 是南极大陆周围的冰川断裂 入海而成的 出现在南半球水域里的冰山 长宽 可达有几百公里 高几百米 4848 海冰的分布海冰的分布海冰的分布海冰的分布卫星捕捉到的南极冰山滑落卫星捕捉到的南极冰山滑落卫星捕捉到的南极冰山滑落卫星捕捉到的南极冰山滑落 格陵兰岛是北半球冰山的 主要发源地 每年约有 格陵兰岛是北半球冰山的 主要发源地 每年约有 7500座冰山由此进入海洋座冰山由此进入海洋 北极冰山向南运动的平均 界限为 北极冰山向南运动的平均 界限为400N 南大洋海域经常有南大洋海域经常有22万座 冰山 太平洋 印度洋和 大西洋的流冰界限分别为 万座 冰山 太平洋 印度洋和 大西洋的流冰界限分别为 500S 450S 430S 南大洋中冰山的平均寿命 为 南大洋中冰山的平均寿命 为13年 是北半球冰山平 均寿命的 年 是北半球冰山平