第一章地球上水的性质与分布剖析
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水温的分布 湖水温度的变化
白 洋 淀
1
水温的分布
水温垂直梯度方程
式中，Qz为深度z处单位时间通过1平方厘米水平面垂直紊动 热流通量；
C
的水温垂直梯度
1
如果，C=1，ρ=1时，上式可记为：
此式说明垂直梯度与热流通量成正比， 与紊动扩散系数成反比。
西 湖
当湖水温度随水深的增加而降低时，即水温梯 度成负值时，将出现上层水温高，下层水温低， 但不低于4℃，这种水温的垂直分布，称为正 温层（图1－10）
1
1
第一节：地球上水的物理性质
水具有不同于一般物质的物理性质，这些异常 的物理性质使水在自然界和生物体内，表现出 某些独特的效应与作用。
水的形态及其转化 水的热学性质 水温 水的密度 水色与透明度
1
水的形态及其转化
地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在， 在常温条件下三相可以互相转化。
水分子的结构 水的三态及其转化
1
水温的垂直分布
大洋水温的垂直分布，从海面向海底呈 不均匀递减的趋势。
表层扰动层 表层暖水对流层
深层冷水平流层
1
1
海水温度的时间变化
➢水温的日变 影响水温日变的因素 ：太阳辐射、季节 变化、天气状况（风、云）、潮汐和地 理位置等 大洋表面水温日变一般很小，日较差不 超过0.4℃。水温的日变随纬度的增加而 减小。
1
水分子的结构
水
分
子
的
极
性 结
O
构
每个水分子（H2O）都是由一个氧原子和二个氢原子组成。
1
水分子
1
由于水分子具有极性，在自然界，水不完全是单水分子H2O， 而更多的情况下是水分子的聚合体。水分子聚合体包括：单水 分子（H2O）、双水分子（H2O）2、三水分子（H2O）3，
1
水的三态及其转化
地球上的水以气态、液态、固态三种 形式存在，在常温条件下三相可以相 互转化。
力，而且需要用于双水分子（H2O）2和三水分子
（H2O）3聚合体的分解上。水的热容量与潜热特性， 对整个地球上的热量变化具有重要的调节作用，使 冬季不致过冷，夏季不致过热。
水温
水的温度是一个重要的物理特性，它影响到水中 生物，水体自净和人类对水的利用。天然水的温 度因其所得到的热量来源不同而异。
➢海水温度 ➢河水温度 ➢湖泊、水库水温 ➢地下水的水温
湖水温度的变化
水温的日变以表层最明显，随温度的增加日变
幅逐渐减小，最高水温一般出现在每天的14— 18时，最低水温出现在5—8时，水温日变幅在 阴天和晴天之间的差别也较大，
当湖温随水深的增加而升高时，即水温垂直梯 度成正值时，将出现上层水温低，下层水温高， 但不高于4℃。这种水温的垂直分布，称为逆 温层 （图1－10）
当湖温上下层一致，即水温垂直梯度等于零时， 将出现上下层水温完全相同，这种水温的垂直 分布，成同温状态。
当湖泊出现正温层时，在湖面以下一定深度常 常形成温跃层，即上下层水温有急剧变化的一 段。
只有当水温降到冰点以下，海水达到某种程度 的过冷以后，在有结晶核的条件下，海水才开 始结冰。 海水结冰时，首先形成的是含纯水的冰晶，这 些冰晶包围着未结冰的海水。冰晶析出后，剩 下的盐分使未结冰的海水变浓，结果进一步降 低了海水的冰点，这种海水就会下沉，并与下 面海水发生混合。
1
1
河水温度
受到太阳辐射、气温等地带性因素的控 制，因而水温和冰情的分布基本上体现 了地带性规律。 河流水温还受补给来源的影响：高山冰 雪融水补给的河流水温低；雨水补给的 河流水温较高；地下水补给的河流水温 变幅小。
1
河流水温在空间上、时间上都有变化。
冬季 夏季
我国河流水 温的年变幅 一般都较大。 这也是我国 气候大陆性 较强，各地 气温年变幅 一般很大的 反映。
长江
1
黄 河
河流中的水流是紊流， 一般情况下水温比较均匀
特别大而平静的河流，河水很难彻底混合， 垂线上水温的分布具有成层特性。
1
湖泊、水库水温
1
海水温度
海水热量的收支 海水温度的分布 海水温度的时间变化 海冰
1
对海水温度分布 与变化影响
海水热量的收支 仅对局
最为重要
部海区
收入
支 出温化度影变响
1．来自太阳和天空的短波辐射
1．海面辐射放出的较热大量
2．来自大气长波辐射
2．海水蒸发时所消耗的热量
3．地壳内热通过海底传给海水的热量
3．洋流带走的热量
1
➢水温的年变
• 影响因素 ：太阳辐射、洋流性质、季风 和海陆位置
• 地理分布 ：
➢
从赤道和热带海区向中纬海区增大，然后向高
纬海区减小；
➢
在同一热量带，大洋西侧较东侧变幅大，
靠近海岸地区更大；
➢
南北两半球相比，北半球各纬度带的年较
差大于南半球。
1
较 高
1
海冰
1
1
冰点温度、最大密度温度与盐度关系
1
1
1
世界大洋表面水温分布的总趋势是：水温从 低纬向高纬递减；在南北回归线之间的热带 海区水温最高；
大洋东西两侧，水温分布有明显差异；在寒 暖流交汇 处等温线特别密集，水温水平梯度 很大；
夏季大洋表面水温普遍高于冬季，而水温的 水平梯度则冬季大于夏季。
大洋表面水温分布的这些特点，主要是由太 阳辐射和洋流性质所决定的。
1
一个标准大气压下： 0℃以下为固体 0—100℃为液体 100℃以上为气体
1
随着水温的升高，水分子聚合体不断地减少，而单 水分子不断地增多。
随着温度的降低，水分子聚合体不断增多，单水分 子不断减少。
水温在3.98℃时，结合紧密的二水分子最多，所以此 时水的密度最大，比重为1。
1
水的热学性质
wk.baidu.com
4．海面水汽凝结时放出的热量
4．海水垂直交换中耗掉的热量
5．洋流带来的热量 6．海水垂直交换中所得热量 7．化学的、生物的和放射性物质放出的热量
8．海水运动产生的热量
1
海水温度的分布
三大洋表面年平均水温约为17.4℃，其中 太平洋最高，达19.1℃；印度洋17.0℃； 大西洋16.9℃。 三大洋表面年平均水温的分布特点是： 北半球高于南半球，在南北纬0°—30° 之间以印度洋水温最高，在南北纬 50°—60°之间大西洋水温相差悬殊。
水是所有固体和液体中热容量最大的物质之一， 能吸收相当多的热量而不损害其稳定性。 水变成水汽或冰融成水都要吸收热量。相反，
水汽凝结和水结成冰都要放出热量，而且吸收 或放出的热量是相等的,这种吸收或放出的热量
称为水的潜热。
1
冰的融解和水的蒸发，其潜热均较其它液体为大， 这与水分子结构有关。因为热量不仅用于克服分子
白 洋 淀
1
水温的分布
水温垂直梯度方程
式中，Qz为深度z处单位时间通过1平方厘米水平面垂直紊动 热流通量；
C
的水温垂直梯度
1
如果，C=1，ρ=1时，上式可记为：
此式说明垂直梯度与热流通量成正比， 与紊动扩散系数成反比。
西 湖
当湖水温度随水深的增加而降低时，即水温梯 度成负值时，将出现上层水温高，下层水温低， 但不低于4℃，这种水温的垂直分布，称为正 温层（图1－10）
1
1
第一节：地球上水的物理性质
水具有不同于一般物质的物理性质，这些异常 的物理性质使水在自然界和生物体内，表现出 某些独特的效应与作用。
水的形态及其转化 水的热学性质 水温 水的密度 水色与透明度
1
水的形态及其转化
地球上的水以气态、液态和固态三种形式存在， 在常温条件下三相可以互相转化。
水分子的结构 水的三态及其转化
1
水温的垂直分布
大洋水温的垂直分布，从海面向海底呈 不均匀递减的趋势。
表层扰动层 表层暖水对流层
深层冷水平流层
1
1
海水温度的时间变化
➢水温的日变 影响水温日变的因素 ：太阳辐射、季节 变化、天气状况（风、云）、潮汐和地 理位置等 大洋表面水温日变一般很小，日较差不 超过0.4℃。水温的日变随纬度的增加而 减小。
1
水分子的结构
水
分
子
的
极
性 结
O
构
每个水分子（H2O）都是由一个氧原子和二个氢原子组成。
1
水分子
1
由于水分子具有极性，在自然界，水不完全是单水分子H2O， 而更多的情况下是水分子的聚合体。水分子聚合体包括：单水 分子（H2O）、双水分子（H2O）2、三水分子（H2O）3，
1
水的三态及其转化
地球上的水以气态、液态、固态三种 形式存在，在常温条件下三相可以相 互转化。
力，而且需要用于双水分子（H2O）2和三水分子
（H2O）3聚合体的分解上。水的热容量与潜热特性， 对整个地球上的热量变化具有重要的调节作用，使 冬季不致过冷，夏季不致过热。
水温
水的温度是一个重要的物理特性，它影响到水中 生物，水体自净和人类对水的利用。天然水的温 度因其所得到的热量来源不同而异。
➢海水温度 ➢河水温度 ➢湖泊、水库水温 ➢地下水的水温
湖水温度的变化
水温的日变以表层最明显，随温度的增加日变
幅逐渐减小，最高水温一般出现在每天的14— 18时，最低水温出现在5—8时，水温日变幅在 阴天和晴天之间的差别也较大，
当湖温随水深的增加而升高时，即水温垂直梯 度成正值时，将出现上层水温低，下层水温高， 但不高于4℃。这种水温的垂直分布，称为逆 温层 （图1－10）
当湖温上下层一致，即水温垂直梯度等于零时， 将出现上下层水温完全相同，这种水温的垂直 分布，成同温状态。
当湖泊出现正温层时，在湖面以下一定深度常 常形成温跃层，即上下层水温有急剧变化的一 段。
只有当水温降到冰点以下，海水达到某种程度 的过冷以后，在有结晶核的条件下，海水才开 始结冰。 海水结冰时，首先形成的是含纯水的冰晶，这 些冰晶包围着未结冰的海水。冰晶析出后，剩 下的盐分使未结冰的海水变浓，结果进一步降 低了海水的冰点，这种海水就会下沉，并与下 面海水发生混合。
1
1
河水温度
受到太阳辐射、气温等地带性因素的控 制，因而水温和冰情的分布基本上体现 了地带性规律。 河流水温还受补给来源的影响：高山冰 雪融水补给的河流水温低；雨水补给的 河流水温较高；地下水补给的河流水温 变幅小。
1
河流水温在空间上、时间上都有变化。
冬季 夏季
我国河流水 温的年变幅 一般都较大。 这也是我国 气候大陆性 较强，各地 气温年变幅 一般很大的 反映。
长江
1
黄 河
河流中的水流是紊流， 一般情况下水温比较均匀
特别大而平静的河流，河水很难彻底混合， 垂线上水温的分布具有成层特性。
1
湖泊、水库水温
1
海水温度
海水热量的收支 海水温度的分布 海水温度的时间变化 海冰
1
对海水温度分布 与变化影响
海水热量的收支 仅对局
最为重要
部海区
收入
支 出温化度影变响
1．来自太阳和天空的短波辐射
1．海面辐射放出的较热大量
2．来自大气长波辐射
2．海水蒸发时所消耗的热量
3．地壳内热通过海底传给海水的热量
3．洋流带走的热量
1
➢水温的年变
• 影响因素 ：太阳辐射、洋流性质、季风 和海陆位置
• 地理分布 ：
➢
从赤道和热带海区向中纬海区增大，然后向高
纬海区减小；
➢
在同一热量带，大洋西侧较东侧变幅大，
靠近海岸地区更大；
➢
南北两半球相比，北半球各纬度带的年较
差大于南半球。
1
较 高
1
海冰
1
1
冰点温度、最大密度温度与盐度关系
1
1
1
世界大洋表面水温分布的总趋势是：水温从 低纬向高纬递减；在南北回归线之间的热带 海区水温最高；
大洋东西两侧，水温分布有明显差异；在寒 暖流交汇 处等温线特别密集，水温水平梯度 很大；
夏季大洋表面水温普遍高于冬季，而水温的 水平梯度则冬季大于夏季。
大洋表面水温分布的这些特点，主要是由太 阳辐射和洋流性质所决定的。
1
一个标准大气压下： 0℃以下为固体 0—100℃为液体 100℃以上为气体
1
随着水温的升高，水分子聚合体不断地减少，而单 水分子不断地增多。
随着温度的降低，水分子聚合体不断增多，单水分 子不断减少。
水温在3.98℃时，结合紧密的二水分子最多，所以此 时水的密度最大，比重为1。
1
水的热学性质
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4．海面水汽凝结时放出的热量
4．海水垂直交换中耗掉的热量
5．洋流带来的热量 6．海水垂直交换中所得热量 7．化学的、生物的和放射性物质放出的热量
8．海水运动产生的热量
1
海水温度的分布
三大洋表面年平均水温约为17.4℃，其中 太平洋最高，达19.1℃；印度洋17.0℃； 大西洋16.9℃。 三大洋表面年平均水温的分布特点是： 北半球高于南半球，在南北纬0°—30° 之间以印度洋水温最高，在南北纬 50°—60°之间大西洋水温相差悬殊。
水是所有固体和液体中热容量最大的物质之一， 能吸收相当多的热量而不损害其稳定性。 水变成水汽或冰融成水都要吸收热量。相反，
水汽凝结和水结成冰都要放出热量，而且吸收 或放出的热量是相等的,这种吸收或放出的热量
称为水的潜热。
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冰的融解和水的蒸发，其潜热均较其它液体为大， 这与水分子结构有关。因为热量不仅用于克服分子