第三章 海水的物理性质
物理海洋--整理
....... 第四章 水团分析
第一节 水团的基本概念和术语 水团：是在一定的时期中形成于同一源地的、一定体积的水体，在同一水团内，主要海 洋学特征（温度、盐度等）在空间上具有相对的均一性，在时间上具有大体一致的变化 趋势，与其周围海水的物理、化学性质及其变化规律存在明显差异。 核心，边界，强度，形成和变性，运动和海流
可从纬向，经向，区域，垂向各个方面讨论。 大洋密度的时间变化 密度跃层（温度跃层）：春季形成，夏季强盛，秋冬衰亡。
第六节 海洋温度、盐度、密度的细微结构 双扩散对流：当高温高盐水和低温低盐水重叠且呈稳定层结时，若上下密度差异小，由 于分子热传导效应比盐度扩散效应强得多，则上层海水因失热较快而冷却下沉，下层则 因受热较快而增温上升，于是形成双扩散对流。 盐指：由于双扩散对流，而在界面上出现的簇状小长柱结构。 多层阶梯状结构：界面上下的水层，因升降盐指的搅拌而趋于均匀，逐渐形成多层阶梯 状结构。
小。 渗透压：渗透作用达到平衡状态时，膜两侧的压力之差。 粘度：相邻水层之间存在相对运动，由于分子不规则运动，产生动量传递，从而形成切 应力。
第一节 海洋热平衡分量
第三章 海洋表面热平衡和水平衡
穿过海表面热交换的四个过程：
来自太阳的短波辐射 ——太阳辐射能
大气与海洋之间的长波（红外光部分）辐射热交换 ——有效回辐射
混合层（从海面向下到几十米水层）， 风使该层海水充分混合，维持同温度
温跃层（混合层下温度骤变区），因季节 而异
位温：海水微团从海洋某一深处（压强为 p）绝热上升到海面（压强为一个标准大气压） 时所具有的温度。（为了便于大洋环流研究，需用某些保守量来标记水块，即其特性不 涉及能量交换，因此引入位温。） 第四节 盐度 绝对盐度：海水中溶解物质质量与海水质量的比值。 1978 年实用盐标：在 1 标准大气压下，15℃的环境温度下，海水样品与标准 KCL 溶液
第三章 地球上的水 第二节 海水的性质
影响海洋渔业活动
概念
分布规律 影响因素 海水温度的主要影响
人类的渔业活动要考虑各海域的水温状况和海洋生物对 水温的要求。
海水的温度
Sea temperature
概念
分布规律 影响因素
影响海洋运输
考察北极月份：7月 考察南极月份：1月 原因：为当地夏季，温度高，暖和； 冰川融化，利于通航； 有极昼。
海水温度的主要影响
纬度较高的海域，海水有结冰期，通航时间较短，在 冰封海域航行需要装备破冰设施
“雪龙”号是我国的极地科学考察船和极地破冰船图为“雪龙”号正在破冰前行
海水的温度
Sea temperature
影响大气温度及沿海地区的气温
概念
分布规律 影响因素 海水温度的主要影响
大尺度：海洋对大气温度起着调节作用，使温差变小。
时令河
3、分析红海、波罗的海与外海连通状况对盐度的影响
狭窄
狭窄
狭窄
红海、波罗的海都比较封闭，与外海海水交换弱，盐度受外海影响小
活动探究
分析红海盐度高、波罗的海盐度低的原因
原因
位于副热带海区，以热带沙漠气候为主， 气候炎热，降水稀少，蒸发旺盛
两岸多干燥的沙漠，几乎没有淡水汇入
海域较为封闭，与低盐度的海水交换少
纬度高，以温带海洋气候为主，气温较 低，降水丰富，蒸发弱 四周陆地河流众多，有大量淡水汇入
海域较为封闭，与高盐度的海水交换少
海水的盐度
Sea salinity
概念
人类对海水的开发利用
人类利用海水晒盐具有悠久的历史，日照充足、降水 较少的沿海地区适宜建造晒盐场。
分布规律 影响因素 海水盐度的开发利用
第三章海水的物理性质和世界大洋的层化结构
第三章：海水的物理特性和世界大洋的层化结构一、海水的主要热学和力学性质（一）水的密度水结冰时，密度减小，体积增大，所以冰总是浮在水面上，这与一般物质的性质“热胀冷缩”不同，是一种反常膨胀。
水的密度随温度的这种不正常的变化，是由水分子的缔合造成的。
（二）水的热性质特殊水的熔点、沸点、比热、蒸发潜热和表面引力值都比氧的同族氢化物高。
其原因就在于熔化和汽化时，缔合分子的溶解需要消耗较多的能量。
（三）海水的盐度海水是含有多种无机盐类的溶液，盐度是其浓度的一种量度，它是描述海水特征的基本物理量之一。
海洋中发生的许多现象都与盐度的分布和变化密切相关。
长期以来，人们对盐度的定义、计算标准和测量技术进行了广泛的研究和讨论，先后有1902年盐度、氯度定义；1969年的电导盐度定义；1978年的实用盐标。
1、1902年盐度、氯度定义大量海水分析结果表明，不论海水中含盐量的大小如何，各主要成分之间的浓度比基本上是恒定的，这种规律称为“海水组成恒定性”又称为马赛特原则。
海水组成恒定性规律的发现，为测定海水的盐度提供了方便条件。
1902年，克努森（Knudsen）等人建立了盐度、氯度定义。
1)盐度：1千克海水中的碳酸盐全部转换成氯化物，溴和碘以氯当量置换，有机物全部氧化之后所剩固体物质的总克数，单位：克每千克，用符号S‰表示。
2)氯度：1千克海水中的溴和碘以氯当量置换，氯离子的总克数，单位是克每千克。
（氯度量稍大于海水中实际氯含量）用硝酸银滴定法测定海水的氯度时，需要知道硝酸银的浓度，为此，配置一种标准的知道其氯度值的标准海水，作为国际统一标准硝酸银溶液的浓度。
国际上统一使用氯度值精确为19.374‰的大洋水作为标准，称为标准海水，其盐度值对应为35.000‰。
2、1969年的电导盐度定义考克斯等1976年对由大洋和不同海区不深于100米的水层内采集的135个水样，准确的测定其氯度值计算盐度，同时测定水样的电导比R15，得除了盐度S‰与电导比之间的关系式：但此种盐度测定仍然未脱离对氯度测定的依赖，直至1978年实用盐标的建立，才使得盐度测定脱离了对氯度测定的依据。
海水的性质
海水的性质
2021-02-20
海水的性质主要包括海水温度、海水密度、海水的颜色和透明度、海水成分、海水的盐度、营养盐类等。
海水的密度比纯水大，约为1.022~1.028g/cm3它随温度、盐度和气压而变化。
海水的性质
1海水的性质
海水的物理性质主要包括温度、密度、透明度、海冰等。
海水温度是度量海水热量的一个重要指标，也是海洋热能的一种表现形式。
海洋热能不仅驱动大部分的大洋环流，而且还制约着海洋生物系统运转的速率。
海洋热量的收入，主要是来自太阳辐射的热量。
有研究表明，到达海面的太阳总辐射的年总量达12.6*1020～
13.6*1020kJ。
其中8%的热量被反射回大气，其他的全部被海水所吸收。
海洋表面年平均温度在－2℃～30℃，全球海洋年平均水温为17.4℃，相比全球年平均气温，要高出3.1℃。
第三章 海水的物理特性
第三章海水的物理特性和世界大洋的层化结构§ 3.1海水的主要热学和力学性质一、海水与纯水研究对象为海水，海水是一种溶解有多种无机盐、有机物和气体，并含有许多悬浮物质的混合液体。
因测定出海水中含有80多种元素，溶解无机盐总量约3.5%，而不同于纯水。
纯水——不包含任何溶解物和悬浮物的纯粹的水，当然也不包括气体。
它有特殊的水分子结构，强溶解性和反常的密度变化，作为海水的主体部分，纯水的这些性质是必要影响到海水特性。
水的强溶解性：由于水的强极性可以吸引溶质表面的分子或离子，使其脱离溶质的表面进入水中。
海水的溶解性强于纯水。
水的反常密度变化：•现象——纯水在大气压力下4℃时密度最大，为1000千克每立方米t > 4 ℃—热胀冷缩，t↘V ↘ρ↗t < 4 ℃—反常膨胀，t ↘ V ↗ρ↘•反常膨胀原因——水分子的缔合水分子缔合成分子晶体，其晶格排列松散，体积增大，故密度减小。
t < 4 ℃时有利于分子的缔合。
0 ℃水结冰时，水分子全部缔合成一个巨大的分子晶体，体积增大，密度减小，所以冰总是浮在水面上。
0 ℃—4 ℃升温过程中，较大的缔合分子离解为较小的缔合分子，体积收缩，密度增大。
二、海水的温度、盐度、密度1、海水温度：物质内部分子热运动激烈的程度。
表征物体冷热程度的物理量，建立在热平衡定律基础上。
•海温，就是海水的温度。
2、海水盐度a、绝对盐度——海水中溶解物质质量与海水质量的比值。
b、盐度的首次定义（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）利用海水组成恒定性性质——不同地域，海水中主要成分的绝对含量不同，但各含量间的比值近似恒定。
测定出其中某一主要成分的含量，便可推算出海水盐度。
Knudsen盐度公式——S‟ = 0.030 + 1.8050Cl‟，其中Cl‟为氯度，1kg海水中的溴和碘以氯当量置换，氯离子的总克数。
《海水的性质》PPT课件
03
海水密度是指单位体积海水的质量；海水盐度是指海水中所含盐类物质与海水重量 之比，通常以每100克海水中所含的盐类物质克数表示，世界大洋的平均盐度为3.5%。 读图，完成1～2题。 1.图中显示，全球表层海水的温度 A.由赤道向两极逐渐升高 B.由南北纬30°分别向赤道和两极递增
√C.由低纬度向高纬度逐渐降低
D.由南北纬40°分别向赤道和两极递增
解析 表层海水受太阳辐射的影响，温度由低纬度向高纬度逐渐降低。
123456
2.由图可知，赤道附近的表层海水
√A.温度高、盐度低、密度小
B.温度高、盐度高、密度小 C.温度低、盐度低、密度大 D.温度低、盐度高、密度大
解析 由图可直接读出。
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读“海水温度和盐度与海水密度关系图”，回答3～4题。 3.以下关于海水密度的说法，正确的是 A.与海水温度呈正相关，与盐度呈负相关 B.与海水温度呈正相关，与盐度呈正相关
(1)台湾海峡冬夏季表层盐度分布特征的相同点有_由__东__南__向__西__北__递__减__，不同点有_冬__季_ _盐__度__较__低__，__南__北__盐__度__差__异__较__大__(_或__者__夏__季__盐__度__较__高__，__南__北__差__异__较__小__)_。 解析 从图中可知，台湾海峡冬夏季盐度都是从东南向西北递减；不同的是冬季盐 度低、等盐度线密集，南北盐度差异更大。
核心归纳
1.海水温度分布规律
水平分 布规律
海水温度分布规律 低纬海区水温高；
同一季节不同纬度 高纬海区水温低 夏季水温高；冬季
同一海区不同季节 水温低
影响因素 太阳辐射的纬度变化 太阳辐射的季节变化
垂直分 布规律
高一地理必修_第一册_《海水的性质》教学设计
第三章地球上的水第2节海水的性质【学习目标】1.理解温度、盐度和密度是海水重要的理化性质。
2.运用图表等资料，说出海水温度、盐度、密度的分布特点及其影响因素。
3.运用图表、实例等资料，说明海水温度、盐度、密度对人类活动的影响。
【素养目标】综合思维：运用图表等资料，归纳海水温度、盐度、密度的分布规律及影响因素。
区域认知：通过图表分析，不同海域海水温度、盐度、密度的差异，找出世界盐度最高和最低的海区，并解释原因。
地理实践力：以现实生活的事项为例，走近海洋，利用地图册和新闻影视资料，让学生更直观地理解有关海洋知识，海水的一些物理、化学性质，由浅入深，增强对知识的理解。
人地协调观：学生通过对海洋的认识，理解人类与海洋的相互关系，合理利用和保护海洋，促进可持续发展。
【教学重难点】本节教学的重点是“说明海水性质对人类活动的影响”，“盐度分布和密度分布”是难点。
【教学过程】课时建议2课时。
实施建议第一课时【导入】教科书以“长尾鲨”号核潜艇事件设计情境，既激发了学生探索海洋世界的兴趣，又巧妙地引出了海水理化性质的学习主题。
实际教学中可以海水的温度、盐度、密度等理化性质之一或者全部为主题，以实例或故事导入。
方式一：从海水的密度导入。
选择教科书案例或者选择类似的案例导入，如1968年以色列“达喀尔号”潜艇“失踪”事件、2014年中国372号潜艇遭遇“海中断崖”成功脱险的故事。
方式二：从海水的温度导入。
①可选择海水温度过低导致鱼群死亡的事件。
例如，2011年1月初，美国马里兰州持续低温，导致沿海地区大约200万条斑鱼死亡。
②可选择海水温度过高导致鱼群死亡的事件。
例如，2000年8月，科威特遭遇高温，海水温度最高达到34℃，造成浅水鱼大批死亡。
再如，秘鲁渔场以冷水性鱼类为主，海水急剧升温会导致鱼群数量锐减。
③介绍学生熟悉的海洋鱼类及其适宜的温度范围，如黄鱼、带鱼、大麻哈鱼、鳕鱼、罗非鱼、石斑鱼、小沙丁鱼、金枪鱼等。
方式三：从海水的盐度导入。
地球概观
第四节 风海流
一、无限深海风海流（亦称漂流）：南森
2、空间结构： 表层流速最大，流向偏向风向的右方45度； 随深度增加，流速逐渐减小，流向逐渐右偏； 至摩擦深度，流速是表面流速的4.3%，流向与表面流向相反，可忽略； 连接各层流速的矢量端点，构成艾克曼螺旋线。 风海流体积输运 垂直风向输送，北半球在风向的右边，南半球相反。 浅海风海流 四、风海流的附效应 升降流：顺岸风，气旋与反气旋，辐散、聚带等引起
太阳辐射、大洋环流、蒸发降水
深层南北差异减小。
第六章
第一节 第二节
大气环流
大气环流 天气系统
垂直分层、气象要素
气压带和风带分布
季风环流 热带天气系统：热带气旋 温带天气系统：锋面天气系统或温带气旋
第七章 大洋环流及水团结构
第一节 概述 第二节 海流成因 第三节 地转流 第四节 风海流 第五节 惯性流 第六节 大洋环流及水团结构 （一）大洋环流的成因 （二）海洋表层环流的地理分布 （三）大洋表层环流各流系的特征 （四）大洋水团及表层以下环流 第七节 中国海环流 第八节 观测手段、研究方法和应用
海洋中化学特性和生命现象 基本概念
赤潮 生态系统 生物多样性 海洋污染 海洋中化学污染物 海洋资源
三、波动叠加 1、驻波： 2、波群：
群速
风浪和涌浪
一、定义 风浪：当地风产生，且一直处在风的作用之下的海面波动 状态。 涌浪：海面上由其他海区传来的或当地风力减小、平息， 或风向改变后海面上遗留下的波动。 波面特征： 二、决定因素 “风大浪高”“无风不起浪”
风速：风力大小； 风时：状态相同的风持续作用在海面上的时间； 风区：状态相同的风作用的海域的范围。
海洋资料
第一章序言一、概念海洋学：海洋学是研究在海洋中的各种现象和过程发生、发展和演化及它们与环境相互作用、相互影响的规律的一门综合性科学。
研究的对象：地球上70.8%的海水，属地学分支。
二、海洋的特性1、海洋是环境的产物在地球上，通过能量、物质的相互传递与环境相互作用。
传递方式：通过边界：海面、海底和沿岸带。
不通过边界：辐射和地球及天体对海水的引力。
海水属于混合溶液：水、盐分、气体、悬浮有机物、悬浮无机物。
2、海洋形态的固有特性：1）广漠而有垠：面积广阔，占地球表面积70.8%，但有边2）深又浅：平均深度4000米，最深11034m（陆地高8848m)，但地球半径6371公里。
海洋只是地球上一薄层；与水平尺度比其量级很小。
3）连通又阻隔：各大洋水域连成一体，可充分进行物质和能量的交换。
三、海洋学研究意义1、海洋与人类生存环境关系密切1）是蛋白质主要来源；运输和贸易的中介—航运（密度大）；国际冲突的焦点。
2）影响气候环境:环流--向高纬输送热量；对气温起调节作用（海水热容量大）3）更好的研究海—气相互作用。
4）海洋灾害：风暴潮、赤潮、海冰、海水倒灌、海岸侵蚀、海底地震等5）污染：排污与海洋自净能力关系。
2、海洋蕴藏着丰富的资源海洋中蕴藏着丰富的矿产资源、化学资源、生物资源、动力资源１）矿产资源石油：半数以上在海底。
估计海洋石油储量为(1100－2500亿吨)，我国大约100亿吨。
锰结核：年再生1000万吨，可提炼锰、铁、铜、镭等。
此外,金刚石、重晶石、金、锡都在矿砂中找到。
２）化学资源大量无机盐：海水中含80多种元素。
1kg海水含35g无机盐。
全球海洋中共含5亿亿吨无机盐，其中：黄金：500万吨；铀：50亿吨；镁：2100亿吨；银：4亿吨；钴：7亿吨；碘：820亿吨；盐：1立方公里海水含27万吨。
３）生物资源海洋生物大约26万种，其中海洋动物16万、海洋植物约10万。
发展近岸养殖业。
我国近海15m 以内滩涂2.1亿亩，可供养殖2000万亩，89年以来634万亩。
海水的物理性质
Lehodey,P. et al., 2000. El Nino Southern Oscillation and tuna in the western Pacific. Science
Temperature distribution in California coastal area
长江水的扩展
热性质特殊
沸点(boiling point)和融点(melting point)、比热(specific heat)、蒸发潜热 (latent heat of vaporization)等热性质比氧的同族化合物高
2.2 温度、盐度和密度的概念及关系 Temperature, Salinity and Density
• Ocean and Sea
– Four Principle Ocean – Hydrological features of ocean, sea, fjord(bay), strait(channel)
§2 海水的物理性质 Physical Properties of Sea Water
2.1 Water
– ITS-90: the International Temperature Scale of 1990 – ITS-68: the International Temperature Scale of 1968
• At 0℃ they are the same, and above ℃ its-90 is slightly cooler. • t90－t68 = -0.002 at 10 ℃; -0.005 at 20 ℃, -0.007 at
The effect of Temperature
The effect of Salinity
新教材高考地理一轮复习第三章地球上的水第8讲海水的性质课件新人教版
拓展 盐场的形成条件 (1)气候干旱，降水少，晴天多，利于晒盐。 (2)地处低纬，气温高，蒸发旺盛。 (3)广阔、平坦的泥质海滩利于晒盐。 (4)盐度较高、水质较好的海区。
点拨 海洋中深度越大，海水密度不一定越大 影响海水密度的因素主要有温度、盐度和深度(压力)，在垂直方向上，海 水密度随着深度的增加而增大。但是有时候随着深度的增加，海水密度会 突然变小，称为“海中断崖”。 点拨 海水密度对海洋航行的影响 同一艘船在不同密度的海洋上航行，船的吃水深度不同，海水密度越大， 浮力越大，船的吃水深度越小。
一、海水的温度 1．影响因素 (1)主要因素：海洋热量的___收__支_____情况。 ①热量收入：主要来自_太_阳__辐__射__。 ②热量支出：主要是_海__水__蒸_发__消耗热量。 (2)其他因素：海陆分布、大气运动、海水运动等。
2．分布规律
垂直 分布
总趋势
水平 分布
同一海区 相同纬度海区 不同纬度海区
[提示] 1.D 纬度带位于副热带海区附近，炎热少雨，蒸发量大于降水量， 所以盐度高。C 纬度带位于赤道附近，附近海域虽然温度高，蒸发量大， 但降水丰沛，降水量大于蒸发量，所以盐度低。 2．A 纬度带位于北纬 60°附近，陆地面积大，四周有众多河流注入海洋， 因此该纬度带海洋表层盐度较低；E 纬度带位于南半球，大部分区域为海 洋，缺少河流注入，盐度较高。 3．我国北方地区降水少，晴天多，有利于海水蒸发；南方降水较多，不 利于海水蒸发。
海水的盐度
【命题情景】 材料一 下图是年降水量与海洋表层盐度纬度分布图。
材料二 这里可见一望无垠的银白色盐海，渠道纵横有序，盐田银光闪闪， 景象十分美丽。6－9 月是太阳光线最强、气温最高的时候，同样也是晒盐 的黄金季节。
海水的物理特性和世界大洋的层化结构
混合溶液=淡水+无机盐+有机物+悬浮质+……
5、海冰漂流的影响因素：风，海流 2、水平衡对盐度的影响
❖ 格陵兰岛是北半球主要冰山发源地
1盐度：1kg海冰融化后海水的盐度。
6、海冰物理性质 ❖ 印度洋次之，太平洋最少。
此时膜两边的压力差，称为渗透压。 3比热：比纯水冰大，且随盐度增高而增大。
6.2密度：与S有关，与冰内的气泡有关。浮在海面 ❖ 绝热下沉时，压力增加，体积减小，对力对海水微团做功，增加其内能使温度增加。
3）低纬度海区：降水大于蒸发,P-E>0,S低。
上 热容：海水温度升高1K所吸收的热量。
高纬度海区小（温度低，水汽含量少）；
❖ 2、海水的热力学性质 ❖ 1)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) ❖ 定压比热容Cp:在一定压力下测定的比热容。 ❖ 定容比热容C体和液体物质中是名列前茅的：对气候
的运动速度小于大气
❖ 3)压缩性绝热变化，位温 ❖ 压缩系数：单位体积海水，压力增加1Pa体积的负
增量。随温度、盐度和压力的增大而减小。 ❖ 若海水微团在被压缩时，因和周围海水有热量交换
而得以维持其水温不变，则称为等温压缩。 ❖ 若海水微团在被压缩过程中，与外界没有热量交换，
则称为绝热压缩。
❖ 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，对力对海水微团做功，增加其 内能使温度增加。
❖ 4、海冰的分布： 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；
第三章 第二节 海水的性质 课件—人教版(2019)地理必修一(共47张PPT)
探究一
探究二
探究三
素养培优
当堂检测
课堂篇主题探究
图1 图2
探究一
探究二
探究三
素养培优
当堂检测
课堂篇主题探究
结合材料探究: (1)图1中显示出的海洋表层温度的分布特征是什么? (2)图2中显示出的海水温度垂直变化的规律是什么? (3)结合图1,判断图2中三个观测站纬度的高低,并说明理由。 提示:(1)海洋表层温度由低纬向高纬递减。 (2)海水温度随深度增加而递减,1 000米以下的深层海水温度变化 幅度较小。 (3)三个观测站中,③站的纬度最高,①站的纬度最低。因为海水温 度随纬度增高而递减。
动的影响,树立保护海洋环境的意识。(人地协调观)
知识建构
必备知识
自主检测
课前篇自主预习
一、海水的温度 1.影响因素 (1)主要因素:海洋
热量的收支情况
热量收入——太阳辐射 热量支出——海水蒸发
(2)其他因素:海水深度、纬度位置、季节、海陆分布、大气运动、 海水运动等。
必备知识
自主检测
课前篇自主预习
课堂篇主题探究
探究一
探究二
探究三
素养培优
当堂检测
3.世界特殊海域盐度的特征及原因 (1)世界上盐度最高的海域:红海,盐度超过40‰。红海盐度高的主 要原因:①位于副热带海域,降水少而蒸发旺盛,蒸发量大于降水量; ②红海两岸是干燥的沙漠地区,几乎没有陆地河流注入;③红海海 域较封闭,与低盐度的海域交换少。 (2)世界上盐度最低的海域:波罗的海,盐度不超过10‰。其盐度低 的主要原因:①波罗的海海域降水较多而蒸发量小,蒸发量小于降 水量;②四周陆地河流众多,有大量的淡水注入;③海域较封闭,高盐 度的海水流入少。 (3)南纬60°附近海域盐度比北纬60°附近海域盐度高,是因为南纬 60°附近为大面积的海洋,而北纬60°附近海域周围陆地广阔,陆地上 有河流注入海洋,起到稀释的作用。
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3
• 由于水分子的偶极子结构，使其 溶点和沸点大幅提高，否则只能 以气体形式存在，不能形成海洋 和生命！ • 水是地球上唯一可同时存在固、 液、气三态的物质 • 水的溶解力很强 • 水分子有很强的极性，容易吸引 溶质表面的分子或离子，使其脱 离溶质的表面进入水中 • 水可轻易将盐分解为离子状态 • 海水的溶解性和腐蚀性更强
• 海洋的平均盐度为34.7；红海最高36-38；波罗地海最低7-8 • 影响盐度的因素：
外海大洋：蒸发和降雨 沿岸海域：径流
• 低、高纬度海区的盐度，哪一个高？
18
盐量的循环
• 海浪破碎会产生大量气泡，气泡上升到海面破碎 形成小水滴，大风时风会直接将波峰撕裂而生成 水滴，水滴在空中蒸发而成为盐粒子，成为海盐 气溶胶进入大气中，饱和水汽以它为凝结核，形 成雨滴落到陆地上，最后汇聚到河流又回到海洋
3 4 5 10.67869 R15 5.98624 R15 1.32311R15
为15ºC，一个标准大气压（101325 Pa）下，水样的电 导率C(S,15,0)与盐度精确为35‰的标准海水电导率C(35,15,0) 之比值，通过测定海水的电导率来推算盐度值 • 国际“海洋学常用表和标准联合专家小组”（JPOTS）于 1969年推荐使用此新定义 • 缺点：
“1kg海水中的碳酸盐全部转换成氧化物，溴和碘以氯当 量置换，有机物全部氧化后所剩固体物质的总克数”。单 位是g/kg，用符号‰表示
• 该方法测定盐度非常繁琐，不适用于海洋调查
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海水的盐度
• Knudsen公式（化学方法） 基于海水组成恒定性规律，用测定海水氯 含量的方法来计算盐度 S ‰ = 0.03 + 1.805 CI ‰
盐度越大越容易结冰吗？
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海水的压缩性
• 在通常的研究中，海水被视为不可压缩的 • 单位体积的海水，当压力增大1Pa时，其体 积的负增量称为压缩系数 • 海水的压缩系数随温度、盐度和压力的增 大而减小，海水压缩系数一般很小 • 海水的压缩性是声波传播的关键 • 声波探测是反潜的关键技术
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海水的绝热变化
• 上面公式又进一步推广到任意压力（Millero， 1996）
关于实用盐度
• 由电导率推算盐度可准确到±0.003 • 测盐度的仪器事先用标准海水来标定 • 盐度35的标准海水取自大西洋北部，封装在275ml的玻璃瓶中， 根据实用盐度标准标定其电导率比和盐度。自1989年起，由 设在英国的Ocean Scientific International分发到世界各 地
第三讲 海水的物理性质
• 海水是含有少量盐溶质的水溶液，平均而 言，海水密度为1025kg/m3,含盐量为3.5%
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海水的组成
• 海水中水大约占96.5%，溶解有多种无机盐、 有机物质和气体和悬浮物质等，有机盐的 含量约为3.5%。 • 迄今已测定海水中含有80余种元素
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纯水的特性
尽管水分子的化学构成非常简单，但非常独特，具有 非常特殊的物理性质 ，是地球上最普遍的液体和生命 必须品。 • 水分子结构特殊: H2O • 极性分子(偶极子) • 易发生分子缔合
CI ‰为氯度，即1kg海水中的溴和碘以氯当量置换，氯离子的总克数
• 国际上统一使用一种其氯度值精确为19.374 ‰的 大洋水作为标准，对应的盐度值为35.000 ‰，称为 标准海水
• 1966年修改为 S ‰ = 1.80655 CI ‰
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海水的盐度（电导方法）
• 化学方法一直沿用到20世纪60年代 • 盐度的电导率定义（Cox et al., 1967） 2 s ‰= 0.08996 28.29720 R15 12.80832 R15
• 什么叫绝热变化？
• 海水绝热下沉时，压力增大使体积缩小，温度升高， 绝热上升时，压力减小使体积膨胀，导致温度降低。
• 海水绝热温度变化随压力（深度）的变化率称 为绝热温度梯度。 • 海洋的绝热温度梯度平均为 0.11º C/km
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• 位温
海水的位温
海洋中某一深度的海水微团，绝热上升到海面时 所具有的温度称为该深度海水的位温，海水微团 此时相应的密度称为位密。 • 海水的位温显然比 其现场温度低。 为什么？
R15
• •
盐度电导率定义建立在海水组成恒定性基础上，不准确 校正盐度计时以标准海水的氯度值为标准，氯度不变时，电导率可能 会变化
实用盐度标度
• 为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖，JPOTS于1978 年提出实用盐度标度，1982年1月开始在国际上推行
• 为使海水的盐度值与氯度脱钩，选择一种精确浓度的氯化 钾（KCI）溶液作为可再制的电导标准，用海水相对于 KCI溶液的电导比来确定海水的盐度 • 为保持盐度历史资料的一致性，仍用原来氯度为19.374 ‰国际标准海水为实用盐度35.000‰的参考点。配制精确 浓度（32.4356‰）的氯化钾溶液，它在1个标准大气压 、150C下，与国际标准海水的电导率相等
C (35,15,0) K15 1 C (32.4356,15,0)
实用盐度计算公式
• 温度为150C海水盐度公式
1/ 2 S15 0.0080 0.1692 K15 25.3851K15 3/ 2 2 5/ 2 14.0941K15 7.0261K15 2.7081K15
• 虽然Si不直接参与细胞植物生长，但它对SiO2沉降至关重要，SiO2是 硅藻和散线虫类动物的骨骼成份。
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海水中的溶质
• 痕量元素：海洋中极小量的无机成分。
• 痕量元素主要包括Li、I、Mo、Zn、Fe、Al等
• 上述痕量元素的含量分别为170、60、10、10、10、 10ppb。（ppb=parts per billion）
S 0.0080 0.1692 K t1/ 2 25.3851K t 14.0941K t3/ 2 7.0261K t2 2.7081K t5 / 2 S t 15 S [0.0005 0.0056 K t1/ 2 0.0066 K t 0.0375 K t3/ 2 1 0.0162(t 15) 0.0636 K t2 0.0144 K t5 / 2 ] K t C ( S , t , 0) / C ( KCI , t , 0) 20 C t 350 C
纯水的特性
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纯水的特性
• 水在温度4ºC时密度最大？ • 温度低于40C时，有利于分子 的缔合 • 冻结为冰时，水分子全部缔 合成一个巨大的分子缔合体， 称为分子晶体。结构排列松 散，密度减小 • 水温从00C到40C时，主要过程 是较大缔合分子离解成较小 的缔合分子 • 温度进一步升高时，分子热 运动增强，导致体积膨胀， 密度减小
元素 氯离子 钠离子 constituent Chloride Sodium 符号 ClNa+ 含量g/kg 19.350 10.760 百分比 55.07 30.62
硫酸根
镁离子 钙离子 钾离子 碳酸氢根 溴离子 锶离子 硼离子 氟离子
sulfate
magnesium calcium potassium bicarbonate bromide strontium boron fluoride
温度和位温
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世界大洋深层水的位温和盐度柱状图
盐度变化小，位温变化较大
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海水的蒸发潜热
• 比蒸发潜热
使单位质量海水化为同温度的蒸汽所需的热量， 称为海水的比蒸发潜热 L。
• L受盐度影响很小，可只考虑温度的影响
• Dietrich(1980)给出如下计算公式（0~300C）
L (2502.9 2.720t ) 103 J/kg 0 t 30 C
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海Hale Waihona Puke 中的溶质• 有机化合物：包括各种复杂的有机分子，如油脂、蛋白质、醣类、荷尔 蒙和维生素复合物。 • 有机化合物的含量一般非常低，来源于生物的新陈代谢和腐烂过程 • 维生素复合物对促进细菌、植物和动物的生长非常重要。
全 球 海 洋 油 污 染 形 势 图
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海水的盐度
• 海水的盐度是海水含盐量的定量量度，是海水最 重要的理化特性之一 • 最初的盐度定义：1kg海水中所包含的溶质的总 质量。 • 基于化学方法的盐度定义(Kundsen,1902)
SO42Mg2+ Ca2+ K+ HCO3BrSr2+ B3+ F-
2.710
1.290 0.410 0.390 0.140 0.067 0.008 0.004 0.001
7.72
3.68 1.17 1.10 0.40 0.19 0.02 0.01 0.01
合计
total
99.99
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海水中的溶质
• 营养盐：对植物生长至关重要，主要包括氮（N）、磷（P）和硅（Si） 的化合物 • 三者在海水中的含量分别为0.5ppm、0.07ppm和3ppm。 （ppm = parts per million） • 由于生物吸收和释放，海水中的营养盐随地点和时间而变，是非保守 量 • 植物不能直接吸收N和P元素，而是吸收可溶解的PO43-和NO3-。
大气
波浪 降雨
海洋
海洋
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存储 式
直读式
海水盐度的测定
• 利用海水的电导性之城盐度计 测量盐度 • 实际应用中，将测量温度、盐 度和深度的传感器集成一体， 称为CTD温盐深测量仪，分为 存储式和直读式两种 • 利用CTD测量得到的电导率是 任意盐度、温度和压力情况下 获得的，需要对压力进行修正 • 盐度是物理海洋学的一个重要 参数。
• 痕量元素的含量虽然少，但对某些生物化学反应 至关重要。 例如大部分海域限制浮游植物生长的是铁元素
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海水中的溶质