newc第三章海水物理性质-haibing-revise

1、第三章 海水物理性质第一节海水组成第二节海水的物理性质 （淡水和海水）第三节温、盐、密概念及之间关系第四节海冰1第一节海水组成成一、海水水组成：11种主要无无机盐，99.99%2阳离子：主要基基岩溶解解阴离子：主要火火山喷发发二、海水水组成恒恒定性原原理（Marcet原理）：海水水的总含含盐量或或盐度是是可变的的，但常常量成分分浓度之之间的比比值几乎乎保持恒恒定。成因混合作用用大洋海水水通过环环流、潮潮流、垂垂直流等等运动，连续不不断地进进行混合合。体积巨大大海水体积积极大，它所拥拥有的多多种成分分的总量量也十分分巨大，外界的的影响（如大陆陆径流等等）很难难使其相相对组成成发生明明显的变变化。

2、3三、盐的的循环事实1：河流将将岩石风风化产生生的盐带带到大海海每年1015克/年事实2：海洋盐盐度在过过去15亿年中保保持不变变稳定状态态盐的输入率等于输出率4第二节海水的物物理性质质一、淡水水分子结构构：极性，分子缔缔合力5H2O:唯一一种种能在地地球表面面以固态态、液态态、气态态同时存存在的物物质。三种相下下的分子子状态见见下图：分子缔合合6溶解力强强（极性）水合作用用:溶质的分分子或离离子与溶溶剂的分分子相结结合的作作用对于于水溶液液来讲称称为水合合作用SodiumChloride氯化钠离子键CationAnion阳离子 阴离子 7密度变化化异常：“热胀胀冷缩”？密度随温温度变化化-分

3、段函数数最大密度度温度8沸点和融融点、比比热、蒸蒸发潜热热等热性性质比氧氧的同族族化合物物高9二、海水水的热力力学性质质热容、比比热容：热容：海海水温度度升高1K所吸收的的热量。单位：（J/K）比热容：单位质质量海水水的热容容。单位位：J/(K kg)海水的比比热容比比空气的的比热容容大。10计算：单单位面积积上，1m深海水水水柱温度度降低1oC所放出的的热量可可以使多多高的空空气柱温温度升高高1oC？比热：水水：3890J/kg.K，空气：1000J/kg.K;密度：水水：1025kg/m3，空气：1.29kg/m3）。定压比热热Cp：在一定定压力下下测定的的比热容容。是温温、盐、压的函函数

4、，随随盐度的的增大而而降低，随压力力的增加加而减小小。定容比热热Cv:在一定体体积下测测定的比比热容。其值略略小于定定压比热热Cp。11热膨胀：热膨胀胀系数(温度升高高1K单位体积积海水的的增量)，是T、S、P的函数。由正转负负对应的的密度最最大。12压缩系数数：在研研究中通通常视为为不可压压流体。单位体体积海水水，压力力增加1Pa体积的负负增量。是T、S、P函数，随随T、S、P的增大而而减小。分等温、绝热过过程。（声波）绝热变化化：绝热热下沉位温：某某一深度度海水绝绝热上升升到海面面时温度度称该深深度海水水的位温温。比现场场深度低低。微团团此时相相应的密密度，称称为位密密，记为为压缩性、绝热

5、变变化，位位温13蒸发潜热和饱和水水气压比蒸发潜潜热：单位质量量的海水水变成同同温度汽汽所吸收收的热量量。饱和水气气压：水变汽和和汽变水水过程达达动态平平衡时具具有的水水汽压。热传导：相邻海海水温度度不同时时，热量量由高温温向低温温转移。分子热热传导，湍动热热传导沸点升高高、冰点点降低：冰点温度随盐盐度的增增加而降降低。14三、海水水的其他他物理性性质粘滞性：摩擦渗透压：表面张力力：液体体的自由由面上，由于分分子之间间的吸引引力所形形成的合合力使自自由表面面趋向最最小。15第三节温、盐、密概念念及之间间关系温度描述物质质分子热热运动的的量度。T的单位是是Celsius, Kelvin,and

6、FahrenheitBoltzmann常数16盐度盐度(1902)：1kg海水中将将(Br-,I-)以氯置换换，碳酸酸盐分解解为氧化化物,有机物全全部氧化化,所余固体体物质的的总克数数。(480度加热48小时）氯度:1kg海水中将将(Br-,I-)以氯代替替，所含含氯的总总克数。（AgNO3滴定）电导盐度度(1969): CS(不深于100m水层内采采集的135个水样)R15:为15C,一个标准准大气压压下，水水样的电电导率与与盐度精精确为35%0的标准海海水电导导率的比比值。实用盐标标PSS78：固定参考考点标准海水水盐度、氯度35.000%019.374%017思考题：假如海海水没有有盐度

7、（纯水），海水水的物理理性质会会发生哪哪些变化化，从而而导致海海洋要素素的分布布和海洋洋中的动动力现象象与现在在会有什什么差异异？密度密度和比比容:单位体积积物体的的质量是是密度；单位质量量物体的的体积是是比容；他们都是是温盐压函函数。18条件密度度：kg/m3在海面P=0时的密度度与纯水水密度的的差密度超量量：kg/m3状态方程程（p-V-t关系）:描述海水水密度与与温、盐盐、压等等理化特特征参量量之间关关系的数数学表达达式。19经验公式式！现场密度度位密海冰定义义：广义：在在海洋中中所见到到的冰统统称为海海冰。狭义：由由海水冻冻结而成成的冰称称为海冰冰。13%-4%海洋面积积被海冰冰覆盖第

8、四节海冰海冰的形形成：Tf、Tmax与盐度关关系均是盐度度的函数数，随盐盐度的增增加而降降低，盐盐度为24.695时二者均均是-1.33C.结冰条件件：到达达冰点温温度，结结晶核2淡水结冰冰：表层开开始结冰冰。海水结冰冰当盐度大大于24.695时，海冰冰冰点高高于最大大密度温温度，只只有当对对流混合合层的温温度同时时达到冰冰点时，海水才才会结冰冰海水结冰冰的特点点：主要要是纯水水的冻结结，盐分分大部排排出冰外外，增大大了冰下下海水的的盐度，加强了了冰下海海水的对对流和进进一步降降低了冰冰点；同同时冰层层阻碍了了其下海海水热量量的散失失，从而而大大减减缓了冰冰下海水水继续冻冻结的速速度；海海冰表

9、面面比较粗粗糙。海水结冰冰的过程程当海水温温度降至至冰点以以下时，海水出出现过冷冷状态，海水以以有机物物、无机机物悬浮浮微粒或或雪花晶晶体作为为结晶核核，形成成针状冰冰(frazil ice)，继而形形成海绵绵状（雪雪泥slush），当温温度继续续下降的的情况下下，冰片片增厚，面积扩扩大。什么地方方的海水水最先结结冰？浅水区如如海岸、海湾、海峡等等处低盐区如如河口海冰的发发展过程程冰形成初初期速度度很快，以后渐渐渐放缓缓3FraziliceSlushPancake ice海冰的分分裂和消消融灰尘、杂杂质和盐盐包是溶溶化的中中心形成水坑坑，由于于其反射射率低，更多的的吸收太太阳热量量，于是是加速

10、融融化SurfaceAlbedo value海水0.05-0.10耕地0.10-0.25无雪海冰0.30-0.40融化的雪0.40-0.50新雪0.80-0.90表反射率数数值4海冰分类类初生冰针状或薄薄片状的的细小冰冰晶（Frazilice）；大量冰晶晶凝结，聚集形形成粘糊糊状或海海绵状冰冰(slush)；在温度接接近冰点点的海面面上降雪雪，可不不融化而而直接形形成粘糊糊状冰；尼罗冰（Nilas）10cm左右有弹弹性的薄薄冰层，在外力力的作用用下，易易弯曲，易被折折碎成长长方形冰冰块。饼状冰（Pancake ice）在外力的的作用下下互相碰碰撞、挤挤压，边边缘上升升，形成成直径为为30cm至

11、3m，厚度在在10cm左右的园园形冰盘盘。5(一)按发展阶阶段：海冰生成成过程Frazilice片冰粗糙海面面平静海面面Pancake ice饼状冰Greaseice油脂状冰冰Nilas尼罗冰Sheetice片状冰6初期冰由尼罗冰冰或饼状状冰直接接冻结一一起而形形成厚约约(1030)cm的冰层。多呈灰灰白色。一年冰由初期冰冰发展而而成的厚厚冰，厚厚度为30cm至3m。时间不不超过一一个冬季季。多年冰至少经过过一个夏夏季而未未融化的的冰。其其特征是是，表面面比一年年冰平滑滑。7固定冰与海岸、岛屿或或海底冻冻结在一一起的冰冰。随潮位而而运动。其宽度可可从海岸岸向外延延伸数米米甚至数数百千米米。冰架

12、：海海面以上上高于2m的固定冰冰称为冰冰架；冰脚：附附在海岸岸上狭窄窄的固定定冰带，不能随随潮汐升升降，是是固定冰冰流走的的残留部部分,称为冰脚脚。搁浅冰：也是固固定冰的的一种。8(二)按运动状状态划分分流冰（浮浮冰）自由浮在在海面上上，能随随风、流流漂移的的冰称为为流冰。特点：大大小不一一、厚度度各异；例外：由由大陆冰冰川或冰冰架断裂裂后滑入入海洋且且高出海海面5m以上的巨巨大冰体体冰山，不不在其列列。密度：流冰面积积小于海海面1/101/8者，可以以自由航航行的海海区称为为开阔水面面；密度4/106/10者称为稀疏流冰冰，流冰一一般不连连接；密度7/10以上称为为密集流冰冰。 9空间分布布

13、：高纬海区区特有的的海洋水水文现象象。北冰洋和和南极洲洲是地球球上海冰冰最集中中的地区区。在北冰洋洋边缘的的附属海海,以及白令令海、鄂鄂霍茨克克海、日日本海、波罗的的海以及及中国的的渤海和和黄海每每年冬季季都有海海冰出现现。10海冰的分分布北冰洋北冰洋终终年被海海冰覆盖盖；34月覆盖面面积最大大，约占占北半球球面积的的5%；89月覆盖面面积最小小，约为为最大覆覆冰面积积的3/4；多年冰的的厚度一一般为34m；流冰主要要绕洋盆盆边缘流流动，其其冰界线线的平均均位置约约在58N；格陵兰是是北半球球主要的的冰山发发源地，每年约约有7500座冰山由由此进入入海洋，仅随拉拉布拉多多寒流进进入大西西洋的就

14、就有388座/年，其中中约5%到达48N，0.5%可达42N。冰山的的平均界界限为40N。个别冰冰山曾穿穿过湾流流抵31N海域。11南极洲南极大陆陆是世界界上最大大的天然然冰库，周围海海域终年年被冰覆覆盖；覆冰面积积：暖季季(34月)为(24)106km2，寒季(9月)达(1820)106km2；南极大陆陆周围为为固定冰冰架，一一年冰的的厚度多多为(12)m；南大洋流冰界：太平洋洋在5055S；印度洋洋在4555S；大西洋洋在4355S；南大洋海海域经常常有22万座冰山山在海上上游弋，曾观测测到长335km，宽97km的大冰山山；南大洋中中冰山的的平均寿寿命为13年，是北北半球冰冰山平均均寿命

15、的的4倍多；冰层厚度度平均为为1700m，最厚达达4000m，12海冰的物物理性质质每1Kg海冰中所所含盐分分的克数数为海冰冰的盐度度。3-7左右海冰盐度度与结冰速度度、结冰前海海水盐度度、冰龄有关。（1）在结冰过过程中，大部分分盐析出出冰晶之之外。所所以，海海冰盐度度小于其其海水的的盐度；（2）在结冰的的过程中中，T气越低，结结冰速度度越快，冰层厚厚度发展展越厚，被包围围在其中中的卤水水越多，海冰的的盐分越越高；（3）在海冰中中，上层层结冰速速度快，盐度高高；下层层结冰速速度慢，盐度小小；（4）冰的盐度度随冰龄龄增大而而减小。131、海冰的的盐度海冰的密密度小于于海水的的密度，其大小小在很大大程度上上取决于于其中的的空气量量和盐量量。纯水冰：00C，=0.918海冰：新冰：0.9150.914夏末：0.86142、海冰的的密度1、对水文文要素垂垂直分布布的影响响伴随着结结冰过程程，发生生海水的的垂直对对流，有有时达到到几百米米，少数数海区可可达几千千米，其其结果使使得水文