海水的物理特性及其表征

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1、第三章海水的物理特性及其表征§3.1海水的物理特性§3.2海水的热量与水量平衡§3.3海洋温度、盐度和密度的分布§3.4海洋水团§3.5海洋湍流混合与细微结构*☼思考题?海洋科学导论第三章海水的物理特性及其表征§3.1海水的物理特性海水及其盐度海水的热性质海水的力学性质海水密度海水是一种溶解有多种无机盐、有机物质和气体以及含有许多悬浮物质的混合液体，迄今已测定海水中含有80余种元素。海水中的含盐量是海水浓度的标志，海洋中的许多现象和过程都与其分布和变化息息相关。但要精确地测定海水中的绝对盐量是一件十分困难的事情。长期以来人们对此

2、进行了广泛的研究和讨论，引进了“盐度”以近似地表示海水的含盐量。海水及其盐度§3.1海水的物理特性1982年联合国教科文组织定义实用盐度：“水温15℃、1个大气压状态下，与1kg水中含有氯化钾32.4356g的溶液具有相同电传导率的海水盐度作为35，其他盐度依据水温15℃、1个大气压状态下与氯化钾溶液的电传导率之比(k)由下式求出。”S=-0.080-0.1692k1/2+25.3851k+14.0941k3/2-7.0261k2+2.7081k5/2无单位、或用psu(practicalsalinityunit)表示之。海水及

3、其盐度§3.1海水的物理特性包括：海水的热容、比热容、绝热温度、位温、热膨胀及压缩性、热导率与比蒸发潜热等，是海水的固有性质，是温度、盐度、压力的函数。它们与纯水的热性质多有差异，这是造成海洋中诸多特异的原因之一。海水的热性质§3.1海水的物理特性海水温度升高1K(或1℃)时所吸收的热量称为热容，单位是J/K或J/℃；单位质量海水的热容称为比热容，单位为J·kg-1·℃-1。海水比热容约为3.89×103J·kg-1·℃-1，其密度为1025kg·m-3；空气比热容为1×103J·kg-1·℃-1，密度为1.29kg·m-3。即

4、1m3海水降低1℃放出的热量可使3100m3空气升高1℃。地球表面积近71％为海水，故海洋对气候的影响不可忽视。也正因为此，海水温度变化缓慢，而大气温度变化相对激烈。←热容和比热容海水的热性质§3.1海水的物理特性热膨胀系数：温度升高1K(1℃)时，单位体积海水的增量，以h表示，在恒压、定盐情况下h=1/V·(∂V/∂T)

5、P,S，h的单位为℃-1。海水热膨胀系数h随T、S和P的增大而增大。在大气压下，低温低盐海水的h<0，即T升高时海水收缩。海水的h比空气小得多，故海水T变化→海水密度变化，进而导致海水的运动速度远小于空气。←

6、体积热膨胀海水的热性质§3.1海水的物理特性压缩系数：压力增加1Pa时的单位体积海水的体积负增量。海水微团被压缩时，若因与周围海水有热量交换而维持其水温不变，则称为等温压缩。若海水微团被压缩过程中，未与外界交换热量，则称绝热压缩。与其它流体相比，海水的压缩系数很小，故在海洋动力学中，常把海水简化为不可压缩流体；但在海洋声学中，压缩系数却是重要参量。因海洋深度很大，受压缩的量实际上相当可观。若海水真正“不可压缩”，则海面将升高30m左右。←压缩性海水的热性质§3.1海水的物理特性海水的压缩性导致其微团在铅直位移时，深度变化→压力变

7、化→V变化。绝热下沉时，P增大→V缩小，外力对海水微团作功→内能增加→T升高；反之，绝热上升时，V膨胀→消耗内能→T降低。上述过程中海水微团内的温度变化称为绝热变化，海水绝热变化随压力的变化率称为绝热温度梯度，以G表示。海洋中的现场P与水深有关，故G单位用K/m或℃/m表示，也是T、S和P的函数，可通过海水状态方程和比热容计算或直接测量而得到。海洋的绝热温度梯度很小，平均约为0.11℃/km。←绝热变化海水的热性质§3.1海水的物理特性某深度(压力为P)的海水微团，绝热上升到海面(压力为大气压P0)时所具有的温度称为该深度海水的

8、位温，记为Q。海水微团此时的相应密度称为位密，记为rQ。海水的位温显然比其现场T低，若因绝热上升到海面微团水温降低了DT，则该深度海水的位温Q=T-DT。分析大洋底层水分布与运动时，各处水温差别甚小，但绝热变化效应往往明显，故用位温分析比用现场温度更能说明问题。←位温海水的热性质§3.1海水的物理特性使单位质量海水化为同温度的蒸汽所需的热量，称为比蒸发潜热，记L，单位J/kg或J/g。其量值受S影响很小，可只考虑T影响。液体物质中，(海)水的蒸发潜热最大，故蒸发不但使海洋失去水分，也失去巨额热量，并由水汽携带输向大气，这对海面热

9、平衡和海上大气状况影响很大。例如热带海洋上的热带气旋，其生成、维持和不断增强的机制之一，是“暖心”的生成和维持。“暖心”最重要的热源之一，是海水蒸发时水汽携带的巨额热量，进入大气后凝结而释放出来的。海洋蒸发每年失去约126cm厚的海水，使气温发生剧烈变化，但因海