海洋表面水热平衡

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1、第二章海洋表面热平衡与水平衡§2-1海洋热平衡一、海洋获得的热量1．由海底进入海洋的地热：每天0.1cal/2．海洋表层吸收的太阳辐射能：平均每天400cal／海洋垂直剖面温度曲线：随深度增加温度降低，在海底以下随深度增加温度升高。二、海水温度的变化变化很慢海水温度由于温室效应略有升高，变化很慢。在不严格的条件下，可以假定进入海洋的总热量和从海表面释放出的热量是近似相等的。将60多年前的深层海洋温度与当前测量结果相比较，发现温度的变化是很小的。三、太阳辐射能()1.大气上界太阳辐射能（1）辐射能

2、的数值地球的大气上界处：太阳辐射能约2（2）辐射能的变化辐射能随日-地间的距离、太阳黑子的多寡和太阳耀斑的变化而变化，变化范围仅有百分之几。Ø平均值叫做太阳常数1.96±0.01。Ø太阳辐射能在宇宙空间传递过程中，损耗可以忽略。Ø大气层外层相当于温度为6000℃的黑体辐射源。（3）辐射能的组成约49％的能量是可见光谱，其波长在0.4～0.7之间；9％是紫外光谱；42％是红外光谱。（4）地球获得的太阳能射达地球大气外界的太阳能量:等于太阳常数乘以地球的截面积理论上射达地球的太阳能平均约为0.49。

3、或者700。在假定没有云层或大气吸收的条件下，在两极:太阳能量的变化范围是0～1100在42o纬度处:变化范围大约为300～900。(5)在真实大气中太阳辐射能的分配以理论上射达地球的太阳能0.49为100%计算云层吸收：3%；水蒸气、烟雾和空气分子吸收：16%；19反射或散射回到太空：30%加热陆地、海洋和冰原：51%(6)云量和反射率对射达海面太阳辐射的影响低层云密集覆盖:把80％的太阳能吸收或反射回太空中，只有20％～25％的能量可以到达海面。其经验公式为式中，为未经散射和吸收的太阳辐射量

4、，C为云量，为反射率(反射量与入射量之比)。反射率：3％～30％海面反射率平均值：6％海冰的反射率：大约30％～40％清洁雪面反射率：可能高达90％。(7)海水对太阳辐射能的吸收在清澈海水中：99％的太阳能都被100m以上水层所吸收55％的太阳能都在最初1m深度内被吸收掉。在沿岸、河口附近，超过63％(最多82％)的太阳能都在最初1m深度内被吸收掉。（8）大洋中吸收的太阳能分布平均到达海面并被吸收的太阳辐射能(W／m2)，如图所示。四、有效回辐射()(1)海洋表面温度：太平洋：平均292.1K大

5、西洋：平均289.9K印度洋：平均290.0K(2)辐射热量与温度的关系辐射的热量与绝对温度的四次方成正比(斯蒂芬一玻耳兹曼定律)：19式中：是海水绝对温度；是斯蒂芬-玻耳兹曼常数，；F是水面辐射特性常数。绝对透明体F=0，绝对黑体F=1。a.水面向大气辐射F近似于1b.大气向海面辐射F小于1,F的量值取决于空气中的水汽含量，水汽含量越多，F越大。辐射的最大波长与绝对温度成反比(维恩定律)：式中，（3）海面辐射与太阳表面辐射的比较16000oC的太阳表面的辐射功率约是10oC海面辐射功率的200

6、000倍。太阳辐射最多能量的波长：0.5m海面辐射能量最多的波长：10m左右（4）净辐射值有效回辐射：海面向大气的长波辐射与低层大气向海面的回辐射之差，即净长波辐射耗损。有效回辐射随着空气中水汽的含量而变化。晴朗的夜晚，海水温度降低大；有云或相对湿度较高的夜晚:海面温度降低少。根据卫星资料算出的海面的有效回辐射。海面有效回辐射(w／m2)五、蒸发耗损的热量()液态水变为同温度下的气态水所需要的热量称蒸发耗损热量，又称潜热通量蒸发1g海水所需要的热量：平均值为590cal／g19海洋每年通过蒸发要

7、失去126cm厚的水层。200计算蒸发量的经验公式：式中：-是水面上方一定距离处的水汽压-是水面上贴水层空气的饱和水汽压-是蒸发系数W-风速L-蒸发潜热。如果风速以海上8m高处风速来计算，单位为，水汽压以Pa为单位，则。2010-9-9全球每天平均海面潜热通量(w／m2)由图可知Ø最大的潜热通量位于信风区，因为那里海气湿度差最大；Ø其次，是湾流和黑潮区，那里湿度差大，风速也大；Ø冬季，强冷空气吹过海面，使蒸发量显著增加；Ø潜热通量向高纬度海域渐次减少，这是因为那里海气温差减少，从而导致海气湿度差

8、减少之故。六、显热耗损(Qh)显热耗损是接触热交换。靠空气与海面接触、借助于两者温度差产生对流作用来传递热量。与水气温差和风速密切相关显热耗损最大值只有潜热耗损最大值的6％。平均海面显热通量(W／m2)七、海洋的净热量平衡方程1．净热量平衡方程19（1）海洋整体在总体上海洋热能是平衡的Q=0，在局部情况下Q≠0（2）海洋局部局部夏季：海洋表层吸热使水温增高Q＞0局部冬季:失去同等的热量Q＜0低纬度热带海区：Q＞0极地海区：Q＜0，缺少的热量由低纬度海区通过海流向高纬度进行输送。2．平流热传输()