newc第三章海水物理性质_haibing_revise

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一、海水组成：11种主要无机盐，99.99%2阳离子：主要基岩溶解阴离子：主要火山喷发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。•成因混合作用——大洋海水通过环流、潮流、垂直流等运动，连续不断地进行混合。•体积巨大——海水体积极大，它所拥有的多种成分的总量也十分巨大，外界的影响（如大陆径流等）很难使其相对组成发生明显的变化。3•三、盐的循环事实1：河流将岩石风化产生的盐带到大海每年1015克/年事实2：海洋盐度在过去15亿年中保持不变稳定状态盐的输入率等于输出率4第二节海水的物理性质一、淡水分子结构：极性，分子缔合力5H2O:唯一一种能在地球表面以固态、液态、气态同时存在的物质。三种相下的分子状态见下图：分子缔合6溶解力强（极性）水合作用:溶质的分子或离子与溶剂的分子相结合的作用对于水溶液来讲称为水合作用SodiumChloride氯化钠NaClNaCl离子键CationAnion阳离子阴离子7密度变化异常：“热胀冷缩”？密度随温度变化-----分段函数最大密度温度8•沸点和融点、比热、蒸发潜热等热性质比氧的同族化合物高9二、海水的热力学性质热容、比热容：热容：海水温度升高1K所吸收的热量。单位：（J/K）比热容：单位质量海水的热容。单位：J/(Kkg)海水的比热容比空气的比热容大。10计算：单位面积上，1m深海水水柱温度降低1oC所放出的热量可以使多高的空气柱温度升高1oC？比热：水：3890J/kg.K，空气：1000J/kg.K;密度：水：1025kg/m3，空气：1.29kg/m3）。定压比热Cp：在一定压力下测定的比热容。是温、盐、压的函数，随盐度的增大而降低，随压力的增加而减小。定容比热Cv:在一定体积下测定的比热容。其值略小于定压比热Cp。11热膨胀：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。由正转负对应的密度最大。SPtVV,112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。是T、S、P函数，随T、S、P的增大而减小。分等温、绝热过程。（声波）绝热变化：绝热下沉位温：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。微团此时相应的密度，称为位密，记为压缩性、绝热变化，位温tStPVV,113蒸发潜热和饱和水气压比蒸发潜热：单位质量的海水变成同温度汽所吸收的热量。饱和水气压：水变汽和汽变水过程达动态平衡时具有的水汽压。热传导：相邻海水温度不同时，热量由高温向低温转移。分子热传导，湍动热传导沸点升高、冰点降低：冰点温度随盐度的增加而降低。14三、海水的其他物理性质粘滞性：摩擦渗透压：表面张力：液体的自由面上，由于分子之间的吸引力所形成的合力使自由表面趋向最小。15第三节温、盐、密概念及之间关系温度描述物质分子热运动的量度。T的单位是Celsius,Kelvin,andFahrenheitBoltzmann常数16盐度盐度(1902)：1kg海水中将(Br-,I-)以氯置换，碳酸盐分解为氧化物,有机物全部氧化,所余固体物质的总克数。(480度加热48小时）氯度:1kg海水中将(Br-,I-)以氯代替，所含氯的总克数。（AgNO3滴定）电导盐度(1969):C~S(不深于100m水层内采集的135个水样)R15:为15ºC,一个标准大气压下，水样的电导率与盐度精确为35%0的标准海水电导率的比值。实用盐标PSS78：008050.1030.0Cl%S%iiiRaS%155002/1550iiiKaS0.3550iia0.3550iia1)0,15,4356.32()0,15,35(15CCK)0,15,35()0,15,(15CSCR固定参考点标准海水盐度、氯度35.000%0~19.374%017•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？密度密度和比容:单位体积物体的质量是密度；单位质量物体的体积是比容；他们都是温盐压函数。pts,,pts,,18条件密度：kg/m3在海面P=0时的密度与纯水密度的差密度超量：kg/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。310)1(t100019经验公式！现场密度位密•海冰定义：•广义：在海洋中所见到的冰统称为海冰。•狭义：由海水冻结而成的冰称为海冰。13%-4%海洋面积被海冰覆盖第四节海冰海冰的形成：•Tf、Tmax与盐度关系均是盐度的函数，随盐度的增加而降低，盐度为24.695时二者均是-1.33ºC.•结冰条件：到达冰点温度，结晶核2淡水结冰：表层开始结冰。海水结冰当盐度大于24.695时，海冰冰点高于最大密度温度，只有当对流混合层的温度同时达到冰点时，海水才会结冰海水结冰的特点：主要是纯水的冻结，盐分大部排出冰外，增大了冰下海水的盐度，加强了冰下海水的对流和进一步降低了冰点；同时冰层阻碍了其下海水热量的散失，从而大大减缓了冰下海水继续冻结的速度；海冰表面比较粗糙。海水结冰的过程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晶体作为结晶核，形成针状冰(frazilice)，继而形成海绵状（雪泥slush），当温度继续下降的情况下，冰片增厚，面积扩大。什么地方的海水最先结冰？浅水区如海岸、海湾、海峡等处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3FraziliceSlushPancakeice海冰的分裂和消融灰尘、杂质和盐包是溶化的中心形成水坑，由于其反射率低，更多的吸收太阳热量，于是加速融化SurfaceAlbedovalue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表反射率数值4海冰分类–初生冰•针状或薄片状的细小冰晶（Frazilice）；•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；–尼罗冰（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（Pancakeice）•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。5•(一)按发展阶段：海冰生成过程Frazilice片冰粗糙海面平静海面Pancakeice饼状冰Greaseice油脂状冰Nilas尼罗冰Sheetice片状冰6–初期冰•由尼罗冰或饼状冰直接冻结一起而形成厚约(10～30)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。其特征是，表面比一年冰平滑。7–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。8•(二)按运动状态划分–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。•密度：–流冰面积小于海面1/10～1/8者，可以自由航行的海区称为开阔水面；–密度4/10～6/10者称为稀疏流冰，流冰一般不连接；–密度7/10以上称为密集流冰。。9•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。10海冰的分布•北冰洋–北冰洋终年被海冰覆盖；•3～4月覆盖面积最大，约占北半球面积的5%；•8～9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3～4m；•流冰主要绕洋盆边缘流动，其冰界线的平均位置约在58°N；•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，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48°N，0.5%可达42°N。冰山的平均界限为40°N。个别冰山曾穿过湾流抵31°N海域。11•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(3～4月)为(2～4)×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(1～2)m；–南大洋流冰界：太平洋在50º～55ºS；印度洋在45º～55ºS；大西洋在43º～55ºS；–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；–冰层厚度平均为1700m，最厚达4000m，12海冰的物理性质每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。131、海冰的盐度–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，ρ=0.918–海冰：•新冰：0.915－0.914•夏末：0.86142、海冰的密度•1、对水文要素垂直分布的影响–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。海冰海冰与海况15•2、对海水运动的影响–降低波高–阻尼了潮汐和潮流，减小潮差和流速海冰海冰与海况16