物理海洋学考试复习课件讲课教案
物理海洋学复习2012
第2章 复习要点
1、水的特性？
第2章 复习要点
2、海水的组成
80多种化学元素
三类：常量元素（>100毫克）、微量元素（1-100毫克）和 痕量元素（<100毫克）
第1章 复习要点
3、海洋与周围环境是如何进行相互作用的？ ✦1）海面
海水与大气的交界面，是海洋与外界沟通的窗口 通过海面，接收太阳的辐射能 同时进行物质、动量和能量的交换
✦2）海底
海洋与岩石圈的交界面 同样进行物质、动量和能量的交换－海底热流
第1章 复习要点
3、海洋与周围环境是如何进行相互作用的？ ✦3）沿岸带
其他力
第3章 复习要点
2、层流海水运动有哪些基本方 程组？
或者：描述海水的动力-热力学 方程有哪些？涉及哪些海洋物理 参量？
海水运动方层（3个）、海水连续方程（质量连续或体积连 续）、盐量扩散方程、海水热传导方程、海水热膨胀方程
第3章 复习要点
4、何为海水的质量守恒？海水的
质量连续方程和体积连续方程有何
6、海水的热性质
基本概念： 热容？比热容？ 体积热膨胀系量（热膨胀率）？位温？
根据海水的热膨胀系量和压缩系量分析海水运动速度小于空 气的主要原因？
热膨胀系量小－－当海水温度升高时， 单位体积海水的体 积的增量小...... 压缩系量小－－压强升高1pa时，单位体积海水的体积的 增量小......
根据海水的热性质解释海水温度变化缓慢的原因？饱和蒸汽 压大，物质越容易挥发；海水的饱和蒸汽压小，蒸发损失的 水量、热量减小，水温变化不大。
物理海洋学期末复习资料
代替。
第五章
1.梯度流、倾斜流的表达式（������������������������）
A．海流是海洋中发生的一种有相对稳定速度的大规模的非周期性流动。 其发生的原因有两种：a.受海面风力的作用（动力学）；b.海面受热冷却不均匀、蒸发降水不均匀所产生的温 度、盐度从而引起密度分布不均匀（热力学）。
M：融冰 ������������：海流及混合使海域失去的水量
第四章
1.运动方程：
���������⃗��� ������������
=
������
+
������������
−
1 ������
∇������
+
������
−
2������
×
���⃗ ���
−
������
×
(������
×
������)
A．建立了一个考虑海底摩擦效应，封闭的矩形大洋中的漂流模式，即考虑西边界区域；
B．结果指出 f 随维度变化，即β效应是产生海流西向强化的基本原因。
（4）Munk 理论
A．整个大洋环流呈现西部强化现象
①以纬度向为主
②都随着 x 增大而衰减
B．大洋西边界质量输运特点：
③在西边界区域有一强烈的北向流动，近岸处质量运输很大，随着离岸距
3.风生大洋环流的几个理论成果（������������������������）
（1）边界层技术：作为整个大洋，其中的运动应该有个统一解。这个统一解是一个衔接方法，它将边界层内的 解与大洋内部区域的解，适当衔接起来，组成一个大洋环流解。重要的问题是选择合适的、具有边界层厚度的长 度尺度。按这个尺度去简化边界层内的方程，使解相对容易求得并满足边界条件。而当把边界层坐标系延长时，
物理海洋学课程教学大纲
物理海洋学课程教学大纲课程代码：74120330课程中文名称：物理海洋学课程英文名称：Physical Oceanography学分：3.0 周学时：3.0-0.0面向对象：预修要求：具备较扎实的数理基础，已修读和学习过物理海洋学基础、流体力学、海洋科学导论或类似的课程将对该课程的学习有帮助，但不是必须的。
一、课程介绍（一）中文简介该课程主要讲授内容包括：概述（物理海洋学主要研究内容、研究方法以及为什么要学习物理海洋学）、海水基本特性和主要运动形式、海水运动方程、海洋环流特征、海流理论、海浪、潮波、内波和风暴潮等，除介绍这些过程的产生机制和演变规律外，重点讲授相关的研究方法和相关理论。
课程将采用讲授与讨论相结合的方法。
（二）英文简介Contents of this course include: an overview (main research contents and research methods of physical oceanography, and why to learn physical oceanography), basic characteristics and main movement form of seawater, equations of motion, ocean circulation characteristics, ocean current theory, wave, tidal wave, internal wave and storm tide. In addition to the introduction of the formation mechanism and evolution laws of these process, and it will focus on the related research method and related theory. The course will be a combination of teaching and discussion.二、教学目标(一)学习目标了解物理海洋重要观测事实，掌握物理海洋的基本概念及发展概况，掌握海洋动力过程（海流、海浪、潮波、内波和风暴潮等）的基本概念和基本规律及其相关的理论，学会分析研究海洋动力现象的基本思路和方法。
第二章——海洋物理基础知识
W 999.842594 6.793952102 t 9.095290103 t 2
1.001685104 t 3 1.120083106 t 4 6.536332109 t 5
该方程适用范围是： 2 t 40 C, 0 S 42
§2.6 海洋光学
反射和折射：
太阳光线到达海面的总辐射能，一部分将被反射，另 一部分则折射进入水中。当太阳高度增大时，反射率为减 小，而折射率为增大。此外，风浪也会影响海面对太阳光 的反射率和折射率。
散射和吸收：
折射进入水中的太阳光线因水分子和各种悬浮粒子作 用不断改变方向而产生散射，散射后光强度 取决于海面总 辐射能，并随深度z按指数变化。大致规律：可见光中的短 波吸收系数较小，长波吸收系数较大；大洋水吸收系数较 小，沿岸海水长波吸收系数较大
光的衰减：
折射进入水中的太阳光线同时受到散射和吸收作用 而形成衰减 ，衰减后光强度I取决于海面总辐射能，并 随深度z按指数变化。
可见光中的短波衰减系数较小、长波衰减系数较大； 大洋水衰减系数较小，沿岸海水长波衰减系数较大。
§2.7 海洋声学
声波传播特征：
海水、海面和海底构成了一个复杂的声波传播空间， 声波通过这个空间时， 一方面要受到海水介质的吸收，海水中气泡、浮游
§2.4 海水密度
海水密度也影响着海水中声速的传播。 密度(Kgm-3)、比容a(mKg-1)，其关系为：a=1/ 。和 a均是海水温度t、盐度S及压力p的函数，即=(S，t，p)、 a=a(S，t，p)，分别称为现场密度和现场比容。
Knudsen 参数
815物理海洋学
南京信息工程大学硕士研究生招生入学考试《物理海洋学》考试大纲科目代码：815科目名称：物理海洋学第一部分课程目标与基本要求一、课程目标物理海洋学主要介绍海洋物理特征和海洋动力学理论。
重点是海洋动力系统包括海流、海浪、海潮、风暴潮、内波、陆架自由波、温盐环流以及海洋涡旋等系统的动力学描述。
以数学物理的方式讨论海洋动力系统的结构特征、热动力配置、演变规律、发展机制、影响作用等。
本课程旨在使学生系统地掌握物理海洋学的基本概念,主要理论,了解概念和理论的发展过程与趋势、应用领域与方法。
通过本课程的学习要求学生掌握海洋的动力系统的基本特征和运动变化的基本规律，学会对海洋动力系统进行研究和分析的基本思路和方法。
为系统性地学习后续课程打下必要基础。
二、基本要求要求学生掌握基本概念、基本理论和基本方法，理解海洋动力系统及其演变过程的物理特征；理解海洋动力学理论的意义。
掌握基本运算的方法并应用于对海洋动力系统的定性定量描述。
培养学生专业分析思路, 提高综合分析及解决问题的能力。
第二部分内容与考核目标第一章至第三章海洋基本特征背景知识（1）熟悉世界大洋温、盐、密度场主要分布特征包括水平分布与垂直剖面分布 (2) 熟悉世界大洋的热量、水量平衡；世界大洋的水团和环流,以及海洋中尺度涡旋；（3）理解其他海水物理要素特征与分布；第四章．海水运动基本方程（1）掌握向量形式的运动学基本方程的推导；球坐标系和局地直角坐标系中的运动方程；海水层流运动的基本方程组；铅直向平均基本方程及基本方程的尺度分析与简化(2) 掌握海洋边界条件的概念及边界条件的方程；（3）熟悉旋转坐标系中的加速度及作用于海水微团的力；（4）理解时间平均的基本方程和边界条件；第五章海流（1）掌握不考虑摩擦的定常流动--地转流；（2）掌握考虑摩擦的定常流动尤其是Ekman 流；(3) 熟悉非定常漂流、惯性流等；(4) 熟悉风生大洋环流, 掌握Sverdrup 理论；(5) 熟悉热盐环流；(6) 理解大洋风生--热盐环流,朗缪尔环流；第六章．海浪（1）掌握线性波动理论；线性波动的合成；(2) 掌握波动的折射和绕射；有限振幅波动；（3）熟悉海浪谱基本理论；（4）理解海浪的统计性质；第七章潮波（1）掌握潮汐基本概念、主要天体引潮力.(2) 掌握潮汐平衡潮理论,；(3) 掌握潮汐动力潮理论（4）熟悉等深广阔水域中的潮波系统；海峡中和矩形海湾中的潮波；（5）潮波变截面海湾和河口中的潮波、浅水潮波；第八章内波（1）掌握小振幅内波的一般特性,以及浮频率；(2) 掌握内波与表面波的区别；两层流体中的界面波（3）熟悉界面波和考虑地转效应的界面波的特性（4）理解内波对自由海面的影响(5) 熟悉潮成内波及孤立波表现,与大洋潮波的区别第九章风暴潮（1）掌握狭长矩形浅水海域中的定常风暴潮；(2) 掌握狭长矩形浅水海域中的非定常风暴潮；考虑地转效应的风暴潮；（3）熟悉大洋风暴潮的生成与传播；大陆架上的风暴潮第三部分有关说明与实施要求1.考试目标的能力层次的表述本课程对各考核点的能力要求一般分为三个层次用相关词语描述: 较低要求——了解一般要求——理解、熟悉、会较高要求——掌握、应用一般来说,对概念、原理、理论知识等,可用“了解”、“理解”、“掌握”等词表述；对应用方面，可用“会”、“应用”、“掌握”等词。
物理海洋学期中考试复习要点
Lecture0 地球、大气和海洋概述1.海洋在水循环中起着关键作用。
海洋持有地球上的97%的水；78%的全球降水发生在海洋之上，它是86%的全球蒸发源。
2.Why Study Ocean?✧超过62%的人口居住在离海岸线100km范围内，并且这部分人口增长率最快✧超过50%的海岸线处于危险之中✧海洋提供了人类大量的食物及矿产资源✧人类活动产生大量的有毒或未经处理的污水及生活垃圾，对海洋造成严重污染，从而威胁海洋生态系统✧海洋调节全球气候，海洋状态的变化将给人类难以预料的后果3.反常膨胀：水在4 C时密度最大，由水分子结构决定。
因此水在密度最大时仍然为液态。
水的特殊性质对海洋环流形成，以及对海洋所有生命的生存极其重要。
(A)秋季的冷却空气(4C)导致湖水表面冷却，表层比底层暖水密度更大，此处显示为15摄氏度。
这造成对流翻转和混合湖水。
(B)在持续冷却和对流的情况下，湖水达到最高密度的均匀温度，约为4C。
(C)随着冬季的临近和气温的进一步降低，湖面出现冷却，但这种水的密度低于底层的4C水。
地面结冰，而底层水保持在4C。
Lecture1 IPO概况1.物理海洋学是海洋流体运动的研究。
其目标是了解所有时间和空间尺度上的过程，以模拟这些过程，并在可能时进行预测。
2.地球是70.8%的水覆盖。
在85-90°N和55-60°S之间没有土地。
在纬度为45-70°N时，陆地比水多。
在纬度为70-90°S的只有陆地（南极洲）。
珠峰8844.43米+3.5米冰盖。
陆地平均海拔840m，海洋平均深度3800m，平均海水覆盖3000m。
太平洋占地球表面51%。
3.Pacific: 179 x106 km2, 46%; 15,000 kmAtlantic: 106x106 km2, 23%; 5,000 kmIndian: 75 x106 km2, 20%; 5,000 km4.地球半径为6371公里。
物理海洋学考试复习课件
热量传播的三种方式
传导：没有宏观相对位移 对流：质点发生相对位移，仅发生在流体 辐射：电磁波传递能量，无需介质
传导 对流
辐射
热平衡方程
式中
Q Qs Qb Qe Qh Qv
Qs 为到达海面的太阳短波辐射 Qb 为大气与海洋之间的长波辐射热交换
辐射 传导
Qe 为海水蒸发热损耗或凝结热收入（潜热）
结冰与融冰：是海洋水平衡中的可逆过程。海冰被 海水冲击到陆地上使海洋失去水量，相反，陆地冻结冰 的融化会使海洋水量增加。若陆地冻结冰全部融化流入 海洋，将使全球海平面上升66m。 结冰与融冰量目前基本平衡，但个别海域的季节不平 衡情况仍存在。如南极大陆冰川以1m/d速度向海洋推进， 断裂入海后形成巨大冰山；北极海域格陵兰岛也是冰山 发源地，这些冰山终将融化，对局部海域水平衡影响不 容忽视。
蒸发耗热（潜热）Qe
蒸发和水汽凝结是可逆过程。蒸发使海水变成水汽进入大气，海 洋失去热量；水汽凝结又将热量释放出来，但这部分热量几乎全部 留在大气中。因此蒸发只能使海洋耗热。 世界大洋因蒸发而耗去的热量，可占入射到地球上的总辐射量的 23%。 海洋蒸发耗热的计算公式：
蒸发速率的空间分布：赤道小（空气相对湿度大，风速小）；高 纬海区小（气温低，大气容纳的水汽量小）；亚热带和信风带海区 大（空气干燥，气温高，风速大）；大西洋湾流和太平洋黑潮区出 现极值（暖流、冬季偏北风）。 蒸发速率的时间分布：冬季大于夏季（水温高于气温，风速大）。
水平衡方程
式中：P-降水、R-陆地径流、M-融冰、E-蒸发、F-结冰、Ui和Uo分别 为海流混合使海洋获得和失去的水量，q-研究海域在某时段内水量交 换之盈余(q＞0)或亏损(q＜0)。
物理海洋学 第二章 海水的物理性质
10
11
涡动
12
13
第三节 海水的力学性质
分子粘性对海-气界面物质交换过程非常重 要。
二、海水的渗透压 • 海水的渗透压（osmotic pressure）—
—被半渗透膜（水分子可通过，但盐分 子不能通过）分开的海水和淡水，由于 淡水一侧的水慢慢地渗向海水一侧，使 得海水一侧的压力增大，直到达到平衡 状态，此时膜两边的压力差。 海水渗透压随海水盐度的增高而增大。 海洋生物的细胞壁是一种半透膜。渗透压 对于海洋生物的生存十分重要。
小。
绝热温度梯度——海水绝热温度变化随压
海水压缩系数一般很小。海水被看做是不 力（深度）的变化率。海洋的绝热温度梯
可压缩流体。
度平均为0.11℃/km。
海水运动研究中重要的物理假设，使方程 在分析深海区的水温铅直结构时，不可忽
得到简化。
视绝热变化的影响。
在比较不同深处的海水温度时，不宜仅看 现场温度值来判断。
海冰限制了海洋向大气输送热量，使得海 洋的蒸发失热大为减少，从而形成海洋保 护层。
27
六、海冰的分布
南半球冰界以9月为最大，3月为最小，多为2-3米
海冰具有显著的季节和年际变化。
厚的“一冬冰”。
北半球冰界以3-4月为最大，8-9月为最小。流冰 群主要围绕洋盆边缘流动，多为3-4米厚的多年冰。
南极洲是世界上最大的天然冰库，占全球冰雪总 量的90%以上。
6
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三、海水的压缩系数
四、海水的绝热变化
• 压缩系数（compression coefficient）： 1、海水的绝热变化
单位体积的海水，当压力增加1MPa时， 其体积的负增量。
《物理海洋学基础》模块教学设计
一分钟评价表： 学到的关键词 有趣且有疑问的关键词 八、教学反思 课堂 12 问 设计 理念 方法 OMS？POP？TPS？ 过程
《物理海洋学基础》模块教学设计
课程名称 课程性质 物理海洋学基础 教学对象 非物理海洋专业学生、教师
专业必修课 水利工程、海洋技术与工程、留学生（全英文） 、 专业选修课 港口航道与海岸工程、船舶与海洋工程、海洋信息科学与技术 海洋科学基础课；物理海洋学科必修课；学科中可类比高等数学； 第☐ 1☐ 2☐ 3☐4 ☐ 5 6 ☐ 7☐8 周 具体内容 位势涡度 Potential Vorticity（PV）的概念、理论及应用 教学重点 教学难点 1.PV 要素及守恒 2.守恒应用 OMS 3. Sverdrup 平衡 位涡守恒定理 对策： 重复＋OMS 练习 1 ☐ 2☐ 3课 ☐ 2☐ 3 模块
课程地位 模块课时 模块名称 一、教学内容 一般内容 教材第七章 第二部分 二、教学目标
Sverdrup 平衡 对策： 融会贯通
一般目标 知识内容目标 平时 比赛 其它
认识到地转的重要性
具 体 目 标
Level2. 区分 Level1. 理解 行星涡度与 行星涡度 局地涡度
Level3. 应用 位涡守恒 分析 实际海洋现 象
线上资源
课堂重点图片 Fig7.12 Fig7.13
课堂短片 地球停转之日
教师行为 提问 描述性讲述 分析性讲述 分析性讲述 板书 描述性讲述
学生行为 出声、写 记录 建构新知 思考 迁移思考 评估与应用
PPT 页数 ５～７ ８
１；２～４３个例子（３）来自第二遍提高（６）９～１１ １２～１５ １６
七、教学评价
Level4. 结合 第五周内容 分析 风驱深水运动 评介 冷暖涡旋向近岸移动特征
物理与海洋科学教学教案
05
教学过程
导入新课
提问导入：通过 提问学生与海洋 科学相关的问题， 引起学生的兴趣 和思考
实验导入：通过 演示有趣的海洋 科学实验，让学 生观察和思考实 验现象，进而引 入新课
故事导入：通过 讲述与海洋科学 相关的故事或历 史事件，引导学 生了解海洋科学 的发展历程和重 要性
图片导入：通过 展示与海洋科学 相关的图片或视 频，让学生直观 地了解海洋的奥 秘和美丽，进而 引发学生对新课 的兴趣和好奇心
洋潮汐
波浪传播：波 浪在海洋中的 形成、传播和
消散过程
海洋环流：海 洋中大规模的 洋流运动，如 赤道流、湾流
等
海洋声学：声 音在海洋中的 传播和利用，
如声呐等
实验操作与演示
实验目的：通过实验 操作，使学生更好地 理解物理与海洋科学 的基本原理。
实验器材：介绍实验 所需的器材，如物理 测量仪器、海洋科学 实验器材等。
特点：讨论法能够激发学生的学习兴趣，培养学生的合作精神和沟通能力，促进学生对知 识的理解和掌握。
实施步骤：教师提出问题或话题，学生分组讨论，每组选出代表发言，教师总结评价。
应用范围：讨论法适用于各种学科的教学，特别是需要探究、思考和合作的课程。
案例分析法
案例选择：选择具有代表性的案例， 能够帮助学生理解物理与海洋科学的 基本原理和概念。
讲授新课
引入新课：通过提问或实验引 起学生兴趣，引导学生思考
知识讲解：讲解物理与海洋科 学的基本概念、原理和规律
实例分析：结合实例分析物理 与海洋科学的应用，加深学生 理解
课堂互动：引导学生提问、讨 论和回答问题，促进课堂互动
巩固练习
课堂练习：提供与教学内容相关的练习题，让学生现场练习并掌握知 识点。
《海洋学(第二版)》第二章 海水的物理和化学性质 PPT
在不同压力下纯水与海水的热膨胀系数随 温度的变化
8
（五）绝热变化
绝热提升时，压力减小，体积膨胀，对外做功， 消耗内能导致温度降低；绝热下沉时，压力增加， 体积减小，外力对海水微团做功，增加其内能使 温度增加。 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。比现场温度低。
9
第二节 海水盐度
12
四、实用盐标
为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖， JPOTS（海洋用表与标准联合专家小组 ） 又提出了1978年实用盐度标度（the Practical Salinity Scale， 1978），并建立 了计算公式，编制了查算表 。
13
实用盐度的固定参考点：
配制一种浓度为32.4356‰高纯度的KCl溶液， 它在“一个标准大气压力”下，温度为15℃时， 与氯度为19.374‰（盐度为35.000‰）的国际 标准海水在同压同温条件下的电导率恰好相同 ， 把这一点作为实用盐度的固定参考点。
第二章 海水的物理和 化学性质
主要内容
第一节 海水温度和热性质 第二节 海水盐度 第三节 海水密度 第四节 海洋光学现象 第五节 海洋声学现象 第六节 海水中的营养盐
2
第一节 海水温度和热性质
一、海水温度 表示海水冷热的物理量。
3
二、海水的热性质
（一）比热 热容：海水温度升高 （ 热容：海水温度升高1K（或1℃）时所吸收的热 ℃ 单位记为J/K或记为 ℃。 或记为J/℃ 量，单位记为 或记为 比热容：单位质量海水的热容，单位记为J·kg比热容：单位质量海水的热容，单位记为 1·℃-1 。 ℃ 1m3海水降低1℃放出的热量可使3100m3的空气升 高1℃。 海洋对气候的影响是不可忽视的。
18
物理海洋学10章
+ Ae [cos kx cos ωt − sin kx sin ωt ]
f y c
= A cos kx cos ωt[e + e ] − A sin kx sin ωt[−e +e ] f f = 2 Ach y cos kx cos ωt − 2 Ash y sin kx sin ωt c c f f ω ω = 2 Ach y cos x cos ωt − 2 Ash y sin x sin ωt (7.6-1) c c c c f ω ζ 1 = 2 Ach y cos x c c 令 (7.6-2) f ω ζ 2 = −2 Ash y sin x c c 则ζ = ζ 1 cos ωt + ζ 2 sin ωt
这种表达形式比较接近实际， 这种表达形式比较接近实际，但是给求解方程带来了很 大困难， 大困难，这是由于这个表达式是非线性的。 这是由于这个表达式是非线性的。因此， 因此，又引入一 次方关系： 次方关系：
τ bx = ρ k ′ub τ by = ρ k ′vb
−
f y c
f y c
−
f y c
f y c
ζ 1代表t = 0时刻的ζ 值; ζ 2 代表t = T / 4时刻的ζ 值.
再令ζ 1 = R cos θ , ζ 2 = R sin θ 于是R = ζ 12 + ζ 2 2 (7.6-5)
(7.6-4)
ζ2 (7.6-6) θ = arctan ζ1 ζ = R cos θ cos ωt + R sin θ sin ωt (7.6-7) = R cos (ωt − θ )
2n − 1 c π , (n = 0, ±1, ±2, ±3.......) 2 ω y0 = 0
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热容：单位体积海水温度升高1℃时所吸收的热量，单位记作 （J/m3K）或（J/m3℃）。
比热容：单位质量海水的热容，单位记作（J/kgK）或 （J/kg℃）。
比热容（J/kg℃）×海水密度（kg/m3）= 热容（J/m3℃）
海水的热容和海水的密度（质量）成正比，海水的比热容只与 海水自身的性质有关。
✓ 辐射能量最大的波长与辐射体表面绝对温度成反比(恩维定律)， 故太阳最强波长l=2898μm·K/6100K=0.475μm，属短波辐 射，对应于可见光的青光波段。
✓ 到达海面的太阳辐射与大气透明度和天空中的云量、云状以及 太阳高度H(太阳光线与地球表面观测点的切线之间的夹角)有关。 到达海面的太阳辐射又有部分被反射到大气中去。
✓ 大气均温13.7℃，比海面温度低，海面长波辐射量值大于大 气回辐射，交换结果恒为海洋失去热量。
✓ 适合于西北太平洋及我国近海的计算公式：
蒸发耗热（潜热）Qe
✓ 蒸发和水汽凝结是可逆过程。蒸发使海水变成水汽进入大气，海 洋失去热量；水汽凝结又将热量释放出来，但这部分热量几乎全部 留在大气中。因此蒸发只能使海洋耗热。
✓ 蒸发所耗热量Qe的量级与（QS-Qb）相当， 但在低纬热带海区，则由于海面上湿度大，蒸发量显著低于亚热带海区，
✓ 感热交换Qh随纬度变化不大，且量值较小。 ✓ 23°N～18°S的热带海域热平衡余项Qt为正，即海水有净的热收入，温度升高；
向两极方向的中、高纬海域Qt皆为负，即海水有净的热量支出，温度降低。
✓ 采用位温的概念使得不 同深度的海水温度不再 受压力的影响，而具有 可比性；
✓ 除了海表面以外，海洋 的位温总是小于现场温 度。
热量传播的三种方式
✓ 传导：没有宏观相对位移 ✓ 对流：质点发生相对位移，仅发生在流体 ✓ 辐射：电磁波传递能量，无需介质
传导 对流
辐射
热平衡方程 Q Qs Qb Qe Qh Qv
✓ 世界大洋因蒸发而耗去的热量，可占入射到地球上的总辐射量的 23%。
✓ 海洋蒸发耗热的计算公式：
✓ 蒸发速率的空间分布：赤道小（空气相对湿度大，风速小）；高 纬海区小（气温低，大气容纳的水汽量小）；亚热带和信风带海区 大（空气干燥，气温高，风速大）；大西洋湾流和太平洋黑潮区出 现极值（暖流、冬季偏北风）。
✓ 一年中，低纬海区的太阳辐射要大于高纬海区；在一天内，中 午前后的太阳辐射要大于早、晚。
海面有效回辐射 Qb
✓ 海洋在吸收太阳辐射的同时，也向大气辐射能量，世界大洋 海表温度平均为17.4℃，由恩维定律l=2898/(273+17.4)=10 μm， 故称长波辐射。
✓ 海面长波辐射大部分被大气中的水汽和CO2吸收，大气在吸 收太阳长波的同时也以长波形式向四周辐射，向上部分进入太 空，向下部分称为大气回辐射，几乎全部被海洋吸收。所谓海 面有效回辐射，即指海面长波辐射与大气回辐射(长波)之差。
✓ 若假设Qv及ΔQ都近于零，热通量公式表示为 ✓ 除上Qh或Qe后代入R可得
✓ 这样只要知道Qs及Qb及R的值即可推算Qh及Qe。
海洋年平均热收支随纬度的变化
辐射 回辐射
蒸发
余项
感热交换
对流 Qv
✓（QS-Qb）为通过海面进入海水的净辐射量。 在25°N～20°S之间最大，然后随纬度的增高而急剧减少。
比热容可以是在压力一定的情况下测定，称为定压比热容Cp； 或者是在体积一定下的情况测定，称为定容比热容Cv。海洋学 常用前者。
压缩性、绝热变化和位温：
位温：相对于现场温度的概念。
✓ 现场温度是直接测量得到的海水温度； ✓ 位温是指海水微团从海洋某一深度（压强为ρ）绝热上升到海表
面（压强为1个标准大气压）时所具有的温度，记为θ=T-ΔT。
✓ 蒸发速率的时间分布：冬季大于夏季（水温高于气温，风速大）。
感热交换（显热）Qh
✓ 海洋表层水温和气温一般是不相等的，所以两者之间通过热传导
也有热量交换。这一交换过程主要受制于两个因素：海面风速和 海—气温差。
a)
T 0 z
, Qh Leabharlann 0Tw (低) 海水得到热量
Ta (高)
层结稳定 分子热传导
单位时间射达大气上界的单位面积上 的太阳辐射总能量。
高度降低 日照加长
高度大 云量少
高度降低 日照减少
进入海洋的太阳总辐射可表示为
Qs Qs0 (1 0.7C )(1 AS )
式中，C为云量（0~1）， AS为海面反射率（海洋平均： 0.07）
太阳短波辐射的特性
✓ 太阳辐射通过大气时，紫外线能量绝大部分被臭氧吸收，红外 线能量被大气中的水汽、CO2 等部分吸收；另外部分能量又被大 气中的分子、微粒等散射，而其中一部分也可到达海洋。故射达 海面的太阳总辐射是太阳直达辐射和散射辐射两部分之和。
式中 Qs 为到达海面的太阳短波辐射 Qb 为大气与海洋之间的长波辐射热交换 Qe 为海水蒸发热损耗或凝结热收入（潜热） Qh 为海、气温度差引起的感热（显热）交换 Qv 为平流热输送
Q 为海面热量收支平衡余项
辐射
传导 对流
各项单位均为 W m2
太阳短波辐射 Qs
99.9%的辐射能集中在0.2~4 m 可见光 （0.40~0.76 m ），占43% 红外部分（>0.76 m ），占49% 紫外部分（<0.40 m ），占7%。 太阳常数 Qs0 1376 7W m2 ，
海面
层结不稳定 空气：热力湍流和对流 水体：对流
Ta (低)
b)
T 0 z
,Qh 0
✓ 冬季：盛行寒冷气流，出现较大热 通量，尤其是湾流、黑潮；
✓ 夏季：感热交换小，寒流及上升流 区可出现向下热通量。
Tw (高) 海面 海水失去热量
蒸发Qe和感热交换Qh的简单估算
✓ 因Qh及Qe同受湍流影响，故取二者比值（Bowen ratio鲍恩比，R= Qh／Qe ）可粗略估算此二值，R值在 赤道低纬度区间约为0.1而后渐增，于70o时约为0.45。 其值可根据热量垂直梯度及大气含水量推知。
3.2 海洋内部的热交换
➢ 海面辐射的向下输送与透射辐射
➢ 埃克曼抽吸和大风卷吸
垂直输运
➢ 表层冷却对流与温跃层的消衰
➢ 升降流和平流热输送
水平输运
➢ 海洋的全热量平衡