研究海水的物理特性及其表征

研究海水的物理特性及其表征
§3.1 海水的物理特性
海水及Leabharlann Baidu盐度
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(practical salinity unit)表示之。
第三章 海水的物理特性及其表征
海洋科学导论
§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*
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研究海水的物理特性及其表征
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
研究海水的物理特性及其表征
海水的热性质
§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。
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§3.1 海水的物理特性
研究海水的物理特性及其表征
§3.1 海水的物理特性
海水的热性质 ← 热传导
相邻海水温度不同时，由于海水分子或海水块体的交换，会使热量 由高温处向低温处转移，这就是热传导。 单位时间内通过某一截面的热量，称为热流率，单位W。单位面积 的热流率称为热流率密度，单位W·m-2。其量值大小与海水本身的热 传导性能密切相关，也与传热面垂直温度梯度有关，即Q=-l·(∂T/∂n)， n为热传导面法线方向，l为热传导系数，单位记W·m-1·℃-1。 仅由分子随机运动引起的热传导，称分子热传导，热传导系数lT为 10-1量级。由海水块体随机运动所引起的热传导，称为涡动热传导或湍 流热传导，热传导系数lA与海水运动状况有关，故不同季节、不同海 域的lA差别较大，量级为102~103。 因此，涡动热传导在海洋热量传输过程中起主要作用，而分子热传 导占次要地位。但在“双扩散”对流时，分子热传导作用不可忽视。
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§3.1 海水的物理特性
海水的热性质 ← 位温
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。
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§3.1 海水的物理特性
海水的热性质 ← 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， 但因海水热容很大，从海面至3m 深的薄薄一层海水的热容就相当 于地球上大气的总热容，故水温变化比大气缓慢得多。
海水的热性质 ← 热容和比热容
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。
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。
研究海水的物理特性及其表征
海水的热性质 ← 压缩性
§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。
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§3.1 海水的物理特性
海水的热性质 ← 体积热膨胀
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)|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。
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。
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§3.1 海水的物理特性
海水的热性质 ← 绝热变化
海水的压缩性导致其微团在铅直位移时，深度变化→压力变化 →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。
研究海水的物理特性及其表征
海水及其盐度
§3.1 海水的物理特性
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。