一、海水的主要热学和力学性质腿腿刘洁
(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。
美女明星不雅照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(三国战纪2攻略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。
3、 1978年的实用盐标(PSS78,Practical Salinity Scale 1978)
实用盐度仍然是用电导率测定的。
朋友要搬家实用盐度是采用高纯度的KCL,配制成32.4356‰的溶液,作为测定盐度的参考标准,其大气压力下的温度为15℃时电导率刚好与同温同压下盐度为35.000‰的国际标准海水的电导率相同,他们的电导比K15=1。也就是说当K15=1时,标准氯化钾溶液对应的实用盐度值为35,把这一点作为实用盐度的参考点。
(四) 海水的主要热性质和力学性质
海水的热性质一般指海水的热容、比热容、绝热温度、位温、热膨胀及压缩性、热导率、比热蒸发潜热等,他们都是海水的固有性质,时温度、盐度、压力的函数,与纯水的热性质有差异。
1、 热容与比热容
2、 体积热膨胀
热膨胀系数由正值转为负值时的温度就是海水的最大密度温度,tρ(max)是盐度的函数,随海水的盐度的增大而降低。
3、 压缩性、绝热变化和位温
在绝热下沉时,压力增大使其体积变小,外力对海水微团做功使其内能增加,导致温度升高;反之,在绝热上升时,体积膨胀,克服外力做功,消耗内能,导致温度下降。
海洋中某深度(压力为p)的海水微团,绝热上升到海面(压力为大气压p0)时所具有的陈乔恩代言内衣
温度称为该深度海水的位温。海水的位温显然比其现场温度低。
4、 比蒸发潜热及饱和水汽压
比蒸发潜热受盐度的影响很小,与纯水非常接近。在所有物质中,水具有最大的蒸发潜热,因此,它对表层海水的热平衡和热状况有很大影响。
对于海水而言,由于盐度存在,则单位面积海面上平均水分子数目要少,减少了海面上水分子的数目,因而较纯水而言,其饱和水汽压降低,限制了海水的蒸发。
5、 热传导
6、 沸点升高和冰点下降
7、 海水的一些力学性质
海水的粘滞性(动力学粘滞系数随盐度的增大略有增大,随温度的升高迅速减小)
海水的渗透力(随S的增大而增大)
海水的表面张力(随温度的增高而减小,随S的增大而增大)。
二、海冰
(一) 海冰的形成条件及过程
1、 海冰的形成条件
海冰形成的必要条件是:海水水温降低至冰点冰继续失热,相对冰点稍有过冷却现象,并有凝结核存在。
凝结核:有机物质、无机悬浮颗粒、雪花晶体等。
2、 过程
海水的冰点和最大密度温度都随盐度的增加而减小,并且随着盐度的增加,海水最大密度温度较冰点温度下降的速度快。
当S=24.695时,二者的温度值相同,都为-1.33℃;
当S<24.695时,tρ(max)>tƒ,其结冰过程与淡水相同;
当S>24.695时,tρ(max)<tƒ,其结冰过程与纯水不同。
盐度大于24.695的海水(海水盐度通常如此),因其最大密度温度低于冰点,所以在结冰之前,随着温度不断降低,表面海水的密度将不断增大,由此引起对流混合,即使海面温度降至冰点,但由于增密所引起的对流混合仍不能停止。因此,只有当对流混合层的温度同时达到冰点时,海水才会结冰。所以,海水结冰可以从海面至对流可达到的深度内同时开始。也正因为如此,海冰一旦形成,便会浮上海面,形成很厚的冰层。
海水的结冰,主要是纯水的冻结,会将盐份大部分排出冰外,而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,再加上冰层阻碍了其下海水热量的散失,因而大大的减缓了冰下海水继续冻结的速度。
(二) 海冰的分类
1、 按结冰过程的发展阶段可将其分为:出生冰、泥罗冰、饼状冰、初期冰、一年冰和老年冰。
2、 按海冰的运动状态分为固定冰和流冰两类。
(三) 海冰的物理性质
1、 海冰的盐度是指其融化后海水的盐度,一般为3~7左右。
海冰实际上是淡水冰晶、卤汁(来不及流走的盐分以卤汁形式包围在冰晶之间,形成盐泡)、气泡(来不及溢出的大气)的混合物。
海冰盐度的高低取决于冻结前海水的盐度(海水的盐度大,海冰的盐度可能较高)、冻结的速度(冻结速度快,海冰的盐度高)、冰龄(冰龄越长,盐度越小)等因素。另外,随着冰层厚度的增加,盐度下降。
2、 海冰的密度
纯水冰0℃是的密度一般为917 Kg•m-3,海冰中因含有气泡,密度一般较低,冰龄越长,由于冰中卤汁渗出,密度则越小。
3、海冰的热性质及其它物理性质
(1)海冰的比热容比纯水冰大,且随盐度的增高而增大。
(2张惠妹 发福)海冰的溶解潜热也比纯水冰的大。
(3)海冰的热传导系数比纯水冰的小。
(4)海冰的热膨胀系数随海冰的温度和盐度而变化。
(5)海冰的抗压强度约为纯水冰的3/4。
(6)海冰对太阳辐射的反射率远比海水的大。
三、世界大洋的热量与水量平衡
(一)海面热收支
世界大洋中的热量来自太阳辐射能。
海面热收支的主要因子有:太阳辐射Qs、海面有效回辐射Qb、蒸发或凝结潜热Qe、海气之间的感热交换Qh。即:Qw=Qs-Qb±Qe±Qh
把世界大洋作为一个整体,长期而言,应有Qw=0,但对局部海区,在短时期内,则Qw≠0。Qw>0,则海水净得到热量,反之Qw<0,海洋失去热量。
(二)海洋内部的热交换
在铅直方向上的热输运QZ:主要是通过湍流进行的,它是通过海面上的风、浪和流等引起的涡动混合把海面的热量向下输送的。在水平方向上的热输送QA:主要是通过海流来完成的。
海洋中的全热平衡:Qt=QS-Qb±Qe±Qh±QZ±QA
(三)海洋中的水平衡
海洋中水的收入主要靠:降水、陆地径流、融冰;支出主要是:蒸发、结冰。其中降水是海洋水收入的最重要的因子。
对整个世界大洋,水量收支应该是平衡的。全水量平衡方程如下:q=P+R+M+Ui-E-F-Uo
对整个世界大洋而言,结冰F与融冰M是可逆过程,相互抵消,有海流混合带入的水量Ui
和带走的水量Uo也影响等,因此有q=P+R-E
四、世界大洋温度、盐度、密度的分布和水团
世界大洋的温度、盐度和密度的时空分布和变化,是海洋学研究的最基本的内容之一。从宏观上看,世界大洋中温、盐、密度场的基本特征是:
1、 在表层大致沿纬向呈带状分布,即东西方向上量值的差异相对很小;而在经向,即南北方向上的变化却十分显著。
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