中国海洋大学海洋学课件第四章

1、中国海洋大学海洋学课件第四章 第一节?海水组成2一、海水组成： 11 种主要无机盐，99.99% 阴离子：主要火山喷发阳离子：主要基岩溶解 二、海水组成恒定性原理（Marcet原理）：海水的总含盐量或盐度是可变的，但常量成分浓度之间的比值几乎保持恒定。? ? ? ? ? ?比热容：单位质量海水的热容。单位：J/(K kg)热膨胀系数(温度升高1K单位体积海水的增量)，是T、S、P的函数。压缩系数：在研究中通常视为不可压流体。单位体积海水，压力增加1Pa体积的负增量。比蒸发潜热：单位质量的海水变成同温度汽所吸收的热量。位温：某一深度海水绝热上升到海面时温度称该深度海水的位温?。比现场深度低。微团

2、此时相应的密度，称为位密，记为? ?状态方程（p-V-t关系）:描述海水密度与温、盐、压等理化特征参量之间关系的数学表达式。 ? 理解淡水结冰和海水结冰的差异 ? 理解正反馈和负反馈 ?思考题：假如海水没有盐度（纯水），海水的物理性质会发生哪些变化，从而导致海洋要素的分布和海洋中的动力现象与现在会有什么差异？ 19 现场密度 ? ? ?位密3条件密度：?t?(?1)?10kg/m3在海面P=0时的密度与纯水密度的差密度超量：?1000kg/m3?状态方程（p-V-t关系）:描述海水密度与温、盐、压等理化特征参量之间关系的数学表达式。经验公式！ 1 3%-4%海洋面积被海冰覆盖 海水结冰的过程3

3、当海水温度降至冰点以下时，海水出现过冷状态，海水以有机物、无机物悬浮微粒或雪花Frazil iceSlush Pancake ice 晶体作为结晶核，形成针状冰(frazil ice)，继而形成海绵什么地方的海水最先结冰？状（雪泥slush），当温度继续下降的情况下，冰片增厚，浅水区如海岸、海湾、海峡等处面积扩大。低盐区如河口海冰的发展过程冰形成初期速度很快，以后 渐渐放缓 二、海冰分类 ?(一)按发展阶段： 初生冰 ?针状或薄片状的细小冰晶（Frazil ice）； ?大量冰晶凝结，聚集形成粘糊状或海绵状冰(slush)； ?在温度接近冰点的海面上降雪，可不融化而直接形成粘糊状冰；5尼罗冰（

4、Nilas） ?10cm左右有弹性的薄冰层，在外力的作用下，易弯曲，易被折碎成长方形冰块。 饼状冰（Pancake ice） ?在外力的作用下互相碰撞、挤压，边缘上升，形成直径为30cm至3m，厚度在10cm左右的园形冰盘。 海冰生成过程Frazil ice 片冰 粗糙海面 平静海面Pancake iceGrease ice饼状冰油脂状冰 Nilas 尼罗冰 Sheet ice 片状冰6 7 初期冰 ?由尼罗冰或饼状冰直接冻结一起而形成厚约(1030)cm的冰层。多呈灰白色。 一年冰 ?由初期冰发展而成的厚冰，厚度为30cm至3m。时间不超过一个冬季。 多年冰 ?至少经过一个夏季而未融化的冰。

5、其特征是，表面比一年冰平滑。 8 ?(二)按运动状态划分 固定冰 ?与海岸、岛屿或海底冻结在一起的冰。?随潮位而运动。 ?其宽度可从海岸向外延伸数米甚至数百千米。?冰架：海面以上高于2m的固定冰称为冰架；?冰脚：附在海岸上狭窄的固定冰带，不能随潮汐升降，是固定冰流走的残留部分,称为冰脚。?搁浅冰：也是固定冰的一种。 流冰（浮冰） ?自由浮在海面上，能随风、流漂移的冰称为流冰。 ?特点：大小不一、厚度各异；?例外：由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面5m以上的巨大冰体冰山，不在其列。 ?海冰密集度： 流冰面积小于海面1/101/8者，可以自由航行的海区称为开阔水面； 密度4/106/10者称

6、为稀疏流冰，流冰一般不连接； 密度7/10以上称为密集流冰。 。 9 千姿百态、鬼斧神工。 10 三、海冰的分布 ?空间分布： 高纬海区特有的海洋水文现象。 北冰洋和南极洲是地球上海冰最集中的地区。在北冰洋边缘的附属海,以及白令海、鄂霍茨克海、日本海、波罗的海以及中国的渤海和黄海每年冬季都有海冰出现。 ?北冰洋 北冰洋终年被海冰覆盖； ? ? ? ? ?1134月覆盖面积最大，约占北半球面积的5%；89月覆盖面积最小，约为最大覆冰面积的3/4 ；多年冰的厚度一般为34m；流冰主要绕洋盆边缘流动，其冰界线的平均位置约在58N ；格陵兰是北半球主要的冰山发源地，每年约有7500座冰山由此进入海洋，

7、仅随拉布拉多寒流进入大西洋的就有388座/年，其中约5%到达48N，0.5% 可达42N。冰山的平均界限为40N。个别冰山曾穿过湾流抵31N海域。 ?南极洲 南极大陆是世界上最大的天然冰库，周围海域终年被冰覆盖；覆冰面积：暖季(34月) 为(24)106km2，寒季(9月)达(18 20)106km2； 南极大陆周围为固定冰架，一年冰的厚度多为(12)m； 南大洋流冰界：太平洋在50o55oS；印度洋在45o55oS；大西洋在 43o55oS； 南大洋海域经常有22万座冰山在海上游弋，曾观测到长335km，宽97km 的大冰山； 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4倍多；

8、冰层厚度平均为1700m，最厚达4000m，12 四、海冰的物理性质13 1、海冰的盐度 每1Kg海冰中所含盐分的克数为海冰的盐度。3-7左右?海冰盐度与结冰速度、结冰前海水盐度、冰龄有关。?（1）在结冰过程中，大部分盐析出冰晶之外。所以，海冰盐度小于其海水的盐度； ?（2）在结冰的过程中，T气越低，结冰速度越快，冰层厚度发展越厚，被包围在其中的卤水越多，海冰的盐分越高；?（3）在海冰中，上层结冰速度快，盐度高；下层结冰速度慢，盐度小； ?（4）冰的盐度随冰龄增大而减小。 14 2、海冰的密度 海冰的密度小于海水的密度，其大小在很大程度上取决于其中的空气量和盐量。 纯水冰：00C，=0.918

9、 海冰： ?新冰：0.9150.914 ?夏末：0.86 五、海冰对海洋环境的影响 ?151、对水文要素铅直分布的影响 伴随着结冰过程，发生海水的垂直对流，有时达到几百米，少数海区可达几千米，其结果使得水文要素垂直分布（S.T.等）比较均匀。 表层高溶解氧的海水向下输送。 底层富营养盐类海水向上输送。 融冰时，表面出现低盐水，出现盐度跃层和由于表层增温及淡化，出现密度跃层； 形成大洋底层水：冬季，在南极因为大量结冰，使其冰下的海水有低温高盐高密的性质，沉降到深层，沿大陆架向下滑动，形成南极底层水。 16 ?2、对海水热状况的影响“皮袄”效应 蒸发湍流减弱；导热性差；制约海水温度变化 发射率大；

10、溶解潜热?3、对海水运动的影响降低波高 阻尼了潮汐和潮流，减小潮差和流速 第四章海洋中的热收支和水平衡 ? ?（一）海面热收支第一节海洋热收支2 Qt?Qs?Qb?Qe?Qh太阳常数 1367W/m2 或 8.16J/(cm2*min) 电磁波谱 波长与频率的对应关系3 一、太阳辐射Qs： 1、辐射定律： 4?斯蒂芬波尔兹曼定律：E?F?TK 任何温度高于绝对零度的物体都能以辐射的形式向外释放能量，它与绝对温度Tk的4次方成正比。 ?维恩定律：?C/TK 辐射能量的最大波长与辐射体表面的绝对温度成反比。4 为什么海洋底部冷？ 随深度增加迅速递减 向海洋中传递的太阳辐射能量 二、海面有效回辐射Q

11、b：?定义： 海面向大气的长波辐射与大气向海洋的长波辐射之差 ?影响因素：A、海面水温 B、空气中的湿度 C、云量、云状 ?分布： 表面水温和海洋上层的相对湿度的日变化和年度变化相对较小，则Q纬度及季节变化小b随 Qs?Qb?0辐射平衡晴天时海面有效回辐射随温度和相对湿度的变化 复习第四章 海洋中的热收支和水平衡1 第一节海洋热收支 （一）海面热收支? ? Qt?Qs?Qb?Qe?Qh 总辐射能分布海面有效回辐射Qb蒸发潜热? （二）海洋内部热交换 第二节海洋中的水循环影响因子蒸发降水大陆径流结冰融冰对海气间热交换起重要作用影响因素：定义：A.水汽温差1)、全年总辐射能随纬度海面向大气的长波辐

12、射与升高而减小；大气向海洋的长波辐射之差B.大气中水汽垂直分布2)、除赤道地区外，夏影响因素：C.风速分布及变化：半年均高于冬半年，且差(a)经向（南北）：赤道蒸发量A、海面水温值随纬度升高而增大；小（相对湿度大，风速小）高纬B、空气中的湿度3)、经向梯度夏半年小度海区小（温度低，水汽含量少C、云量、云状于冬半年。）副热带和信风带海区大（气流下沉，空气干燥，气温高，风大） (b)季节变化：冬季最强（风速 大，水汽压差大，水温高于气温 ，空气层结不稳）? 8 三、蒸发潜热Qe ?对海气间热交换起重要作用 ?影响因素： A.水汽温差 B.大气中水汽垂直分布 C.风速 ?分布及变化： (a)经向（南

13、北）：赤道蒸发量小（相对湿度大，风速小）高纬度海区小（温度低，水汽含量少）副热带和信风带海区大（气流下沉，空气干燥，气温高，风大）(b)季节变化：冬季最强（风速大，水汽压差大，水温高于气温，空气层结不稳） 9 四、感热交换Qh ?海气温度不等，通过热传导也有热 量传递。 ?有两个影响因素： 海面风速和海气温差 ?分布： 寒暖流区较强 ?季节变化： 冬季强，夏季较小 10 五、世界大洋海面年平均热收支随 纬度变化 净热通量 13 （二）海洋内部热交换?一、铅直方向上的热输运Qz?二、水平方向热输送QA?三、海洋中全热量平衡Qt?Qs?Qb?Qe?Qh?Qz?QA 14 第二节海洋中的一、影响因子

14、： ?1、蒸发：热量、水量消耗的过程。44万km3. 124126cm/a?2、降水：41万km3,113.7cm/a.各大洋分布不均匀。与大气环流有关。 ?3、大陆径流、地下水：2.92万km3,大西洋最多，亚马逊(第一径流)，密西西比(第二大河)，刚果(第二大径流)，全部注入大西洋，可使海面上升23cm/a.印度洋次之，太平洋最少。长江(第三径流)只及亚马逊18.9%。全部注入，使太平洋海面上升7cm/a。 ?4、结冰与融冰: 局地影响 15 17 二、水平衡方程?1、方程 q?P?E?(M?F)?R?(Ui?Uo)?对整个世界大洋、全年或多年平均 q?P?E?R?0 18 2、水平衡对盐度的影响