厦门大学海洋科学导论课件水文部分lect5-1010

1、The oceanic heat budget Major terms and equation,QS 太阳辐射能 Qb 海面有效回辐射 Qe 蒸发或凝结潜热 Qh 感热交换 QV（Qz,QA)海洋内部交换 Qt 海洋与外界交换后的净热量,Review,海面热收支各项随纬度的变化规律 海洋热平衡的分布与变化规律,The ocean water budget,The relationship between salinity and (E-P),Highest ocean salinity is between 20-30o north and south Low salinity at the

2、 equator and poleward of 30o results because evaporation decreases and precipitation increases.,1月,7月,大洋表层水温的平面分布特征,5）北半球的平均水温大于南半球,大洋表层以下水温的水平分布,500m：水温的经向梯度分布明显减少，高温中心移向大洋的西部,1000m：水温的经线方向变化更小，来自地中海、红海和波斯湾的高温水对北大西洋的热带和亚热带海域以及印度洋西北部海区的水温有明显的影响，成为两个大洋的高温中心。,4000m：温度分布趋于均匀，整个大洋的水温温差不过3度左右,暖水区：上层，T高，垂

3、直梯度大 其厚度随而，亚北/南极消失 冷水区：下层，T低，垂直梯度小,45S-45N：,混合层：暖水区表面，垂直梯度小，温度均匀，其厚度随纬度而变化 温跃层：随纬度而变化；副热带及中纬度海区-季节性跃层 恒温层：跃层以下温度变化很小,高纬度：垂直均匀；可能出现“冷中间水”,Low latitudes: no winter cooling, “permanent” High latitudes (60o), no permanent thermocline, although seasonal thermoclines can still develop in the summer,How do

4、es the thermocline vary with latitude?,Tropical and subtropical oceans are permanently layered with warm, less dense surface water separated from the cold, dense deep water by a thermocline, a layer in which water temperature and density change rapidly. Temperate regions have a seasonal thermocline

5、and polar regions have none.,5-5,上均匀层的厚度在不同海域或不同季节是有差别的。,夏季 秋季 冬季 春季,5.1.4水温的变化(Changes of water temperature),日变化(diurnal change) 很小，变幅不超过0.3C。 日较差：最高温与最低温之差。1. 影响因素：主要因子是太阳辐射(solar radiation)、内波(internal wave)等。2. 表层： 相比之下，晴天比多云大；无风比有风大；低纬比高纬大；夏季比冬季大；近岸比外海大。 主要受 云(cloud)、风(wind)、潮流(tidal currents)影

6、响。3. 深层： 表层水温的日变化，通过海水内部的热交换(heat exchange)向深层传播。变幅随深度增加而减小，位相则落后。,年变化(annual change) ： 表层受制太阳辐射(solar radiation)年变化。最高温与最低温差为年较差，赤道和极地海域年变幅小于1C，最大值出现副热带海域8-9C，寒暖流交汇处可达14、15C。北半球(the Northern Hemisphere)变幅大。近海大于大洋。 表层以下水温的年变化，主要靠混合(mixing)和海流(ocean currents)等因子施加影响。 非规则变化(irregular change)：西班牙圣婴EL N

7、ino现象。,5.2 Distribution of Salinity,表层盐度(Sea Surface Salinity)的特征数据： 年均35.00；大西洋34.90，印度洋34.76，太平洋34.62,5）大洋表层盐度冬、夏季的分布，不像水温那样差异明显，只是在季风影响特别显著的海域才有较明显的差异。,1-3月,7-9月,蒸发-降水,1）基本具有纬线方向的带状分布特征,5.2.1 表层盐度分布特征,几个特征值： 世界大洋表层平均盐度为35 世界盐度最高的地方是死海（表层盐度为231)，最小的是波罗的海北部的彼得尼亚湾，盐度最低时只有3,表层以下盐度的分布，因蒸发、降水和径流等影响逐渐减弱

8、甚至消失，区域性的差异也逐渐变小，层次逾深，差异也越小。,500m层,500m depth: S2.3, High salinity center moves to the western side of basin,1000m depth: S1.7, High salinity extended from mediterranean sea, Red Sea and Po gulf,2000m depth:S0.6,S0,5.2.2 海洋表层以下盐度的平面分布,在500m深度上，S大洋约为2.3,高盐中心移往大洋西部。 1000m深层,S大洋约1.7，地中海、红海和波斯湾的高盐水扩展特别明

9、显 2000m深度上， S大洋只有0.6 大洋深处的盐度分布几近均匀,S大洋0,5.2.3 Vertical Distribution of Salinity,Relatively constant with depth Surface salinity is determined by Evap/Precip balance Halocline(盐跃层) exists around 1000 m Below 1000m, relatively little variation: 34.5 to 35.0,盐跃层,5.2.4 盐度的变化(Changes of salinity)1. 日变化(d

10、iurnal change)： 表层很小，变幅通常小于0.05。下层，受内波(internal wave)的影响，常有大于表层的。 2. 季节变化(seasonal change)： 由蒸发(evaporation)、降水(precipitation)、径流(runoff)、融冰(ice melting)结冰(icing)及大洋环流(ocean circulation)等因素制约。有年变化的周期。但各海区不同，无普遍规律可循。 3. 不规则变化(irregular change)： （1）径流 (runoff)（2）地震(earthquake),Sea Surface Density (S,T

11、,0) S, T-1,1)大洋表层密度的分布主要受制于表层水温和盐度的变化。 2)密度随深度的增加而增大。 3)海水下沉运动所能达到的深度，取决于它本身的密度及其下方的层结和环流状况。 4)大洋表层密度的日变化、年变化主要受制于水温和盐度的变化。,5.3 Distribution of Density,1）热带海域密度跃层上方密度小而均匀，跃层的强度却很大；,2）温带表层密度已增大，而跃层的强度却大为减弱；,密度垂直分布,3）寒带表层密度更大，但垂向梯度却不大，除非夏季融冰使表面一薄层密度减小，能形成浅而弱的跃层，冬季则产生大规模的对流和下沉。,The water column in the

12、ocean can be divided into the surface layer, pycnocline and deep layer.,The surface layer is about 100m thick, comprises about 2% of the ocean volume and is the most variable part of the ocean because it is in contact with the atmosphere. The surface layer is less dense because of lower salinity or

13、higher temperature. The pycnocline is transitional between the surface and deep layers and comprises 18% of the ocean basin. In the low latitudes, the pycnocline coincides with the thermocline, but in the mid-latitudes it is the halocline.,The deep layer represents 80% of the ocean volume. Water in

14、the deep layer originates at the surface in high latitudes where it cools, becomes dense, sinks (convects) to the sea floor and flows outward (advects) across the ocean basin.,6. T-S curve and water mass,6.1 水团(Water Mass)的定义,水团，是在一定的时期中形成于同一源地的、一定体积的水体。在同一水团内，主要海洋学特征（温度、盐度等）在空间上具有相对的均一性，在时间上具有大体一致的

15、变化趋势，与其周围海水的物理、化学性质及其变化规律存在明显差异。,核心：在水团中，特征最明显的部分水体称为水团的核心。如暖水团有Tmax，而冷水团有Tmin。 边界：水团与水团之间的交界面（或交界区）称为水团的边界，或称之为“锋”。 强度：水团的强度一般是指该水体特征相对其他水团的差异性。其强度可从两方面来确定： 水团的空间范围大小水团的体积越大就越强，反之就弱； 水团的特征要素强弱表征水团的主要特征要素（如盐度、温度、密度）与周围水团差别越大，水团就越强，反之则弱。,6.2 水团的核心、边界、强度,水团的形成既有共性，也有各自的特殊性。 水团形成的共性就是水团都从海面获得其原始特征，主要受太

16、阳辐射、地理纬度、蒸发、降水、径流与大气的热交换等因子的影响，同时与海洋本身的条件，如海水稳定度、平流情况等有关。 水团的变性就是指该水团特征受到其他水团、地理或气象因子的影响，其高水平特征因子不断向低水平过渡，并逐渐丧失其原有特征的过程。 第一类变性过程：在外部因素诱导下而发生的变性过程。 第二类变性过程：由海水内部混合作用而引起的水团变性过程。,6.3 水团的形成和变性,6.4 水团的TS分析法,TS曲线：以温度为纵坐标、盐度为横坐标，将测站上不同层次的实测温盐值标在在温盐坐标系中，（注上深度值，）然后自表至底有序地把各点联接起来的曲线（或折线）。,其中,设有A、B两水团，其温盐分别为tA、tB、SA、SB，它们各以质量 mA和mB相混合。假设混合过程中，热量和盐量守恒，比热为常数，每一水团的温盐都完全一致。则根据质量和热量守恒原理，有：,式中t、S分别表示混合后的温度和盐度。由此可得：,多个水团之间的混合,在T-S曲线中，可根据拐点的数目来判断水团的数目，即 水团数=拐点数+2,一条直线代表两个水团,一条曲线上有2个拐点，共有4个水团,T-S曲线图是观察海水密度与温、盐度间关系最方便的工具。横轴为盐度，纵轴为温度。暖海水降温5度密度增加1.2，但冷海水降温5密度只增加