第三讲海水物理性质和大洋层化结构文档格式.docx
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1.2.2
1969年定义:
与海水导电率建立关系:
S‰=f(R15)
式中R15为电导比:
(15℃,一个大气压)
1.2.3
1978年实用盐标(PSS78,PSU78)
①基本思想—与氯度脱钩,另选一个可再制的电导标准,再用海水相对新标准的电导比来确定海水的盐度值。
②选择标准—保持盐度历史资料与实用盐度资料的连续性。
(氯度19.374‰的国际标准海水,实用盐度为35.000‰)
③实用盐度的固定参考点—浓度为32.4356‰的高纯度KCl溶液。
它在15°
C,一个大气压下的电导率,与同温同压国际标准海水的电导率相同
K15=C(35,15,0)/C(32.4356,15,0)=1,即在一个标准大气压下,温度15℃时,标准海水的电导率与标准KCl溶液的电导率之比。
实用盐度的计算公式:
其中
,进一步用任意温度t的电导比Rt给出计算公式。
实用盐度为旧的盐度的1000倍;
废止‰,且无量纲。
1.2.4实用CTD测盐度
1.2.5广义的盐度定义——“密度盐标”
1.3海水的主要热学性质和力学性质
1.3.1热容和比热容:
很大。
1m3海水降温1℃,可使3100m3空气升温1℃。
1.3.2体积热膨胀:
远小于空气;
有反常膨胀;
tρ(max)随S增而降。
1.3.3压缩性、绝热变化和位温
①压缩性:
量值小——“不可压缩”假设
影响大——海面升30m
水声学
②绝热变化;
③位温、位密
1.3.4蒸发潜热及饱和水汽压
①比蒸发潜热:
所有物质的最大者。
蒸发一年使海洋失去126cm厚水层。
②饱和水汽压
1.3.5热传导:
性能强;
涡动热传导作用大,比分子热传导大103-104。
1.3.6沸点升高和冰点降低:
①冰点:
随盐度、压力(深度)增加而降低。
②海水最大密度的温度:
随S增而降低。
1.3.7海水的某些力学性质
①粘滞性:
较小,视为“理想流体”,但对浮游生物重要。
②渗透压:
海水淡化,仿生学。
③表面张力:
毛细波生成、水表生物。
1.4海水的密度和海水状态方程
1.4.1海水密度及其表示法
①密度:
ρ,千克/立方米,kg/m3
②比容:
α;
立方米/千克,m3/kg
③都是温、盐、压的函数ρ=ρ(s,t,p);
α=α(s,t,p)
④克努曾参数:
σ=(ρ-1)×
103;
α=(α-0.9)×
103
1.4.2密度超量(密度余量):
γ=ρ-1000kg/m3
1.4.3比容偏差(异常、距常)和热比容偏差
①比容偏差:
δ=α(s,t,p)-α(35,0,p)
②热(盐)比容偏差:
△(s,t)=α(s,t,0)-α(35,0,0),即在海面(p=0)处,二者之差。
1.4.4国际海水状态方程(EOS80)
①一个大气压国际海水状态方程:
ρ(s,t,0)=ρw+AS+BS3/2+CS2,P=0
②高压国际海水状态方程:
ρ(s,t,p)=ρ(s,t,0)·
[1-(np)/K(s,t,p)]-1
③实用温标的影响
t90=0.99976t68
沸点:
99.974℃,(t90);
tρ(max)=(3.984±
0.005)℃,(t90)
④EOS80的应用
⑤河口及某些海湾的密度计算问题
在同一温度下,密度随盐度的增大而增大对应某一特定盐度,有一最大密度时的温度点。
该最大密度点随着盐度的增大而降低。
密度随压强增大而增大,但增幅不大。
二、海水的声学与光学性质
2.1声波在海水中的传播
2.1.1传播速度
①衰减慢:
比光波、电磁波都小
②速度大:
(1450~1540)m/s;
淡水1436m/s;
大气320m/s
③影响因素比较:
水温增1℃——声速增大5m/s
盐度增1——声速增大1.14m/s
水深增100m——声速增大1.75m/s
④测量及计算:
测量用各种声速仪;
计算有公式和程序
2.1.2声速铅直分布
①一般随水深增加而降低:
因水温降得快。
中层以深,海压影响变显著。
②声速最小层:
大西洋1200~1300m,太平洋900~1000m
某些热带海域2000m,温带200~500m
③大洋声道、声道轴:
声能相对集中,传播距离超常
(可达数百倍)
④陆架浅海
⑴表面声道:
波导型传播。
冬季,上层水温均匀,下层压力大一些。
⑵反波导型传播:
夏季,特别在午后(午后效应)。
⑶跃层影响:
比较复杂
夏季,跃层强
秋季,跃层弱
2.2声学技术在海洋环境研究和开发中的应用
2.2.1深水声道:
海难救助系统,海啸预警系统,导弹溅落定位
2.2.2回声定位——声纳、声呐
①军事:
水下通讯、探测潜艇、海洋战场保障
②渔业:
探鱼器、渔场探测
③航运交通:
声导航、冰山探测
④海洋环境研究调查:
测深、地质剖面、声浮标、ADCP海洋声学层析、全球大洋声学监测网(ATOC)
2.2.3海洋环境噪声:
A.对声纳的干扰:
设计水声仪器须考虑信噪比。
B.利用价值:
水下音响集鱼器、驯海豚作“牧犬”、联络、通讯。
2.3光学技术在海洋环境研究和开发中的应用
2.3.1散射:
①水分子散射,主要在短波段
②粒子散射,影响复杂:
表面反射、绕射、折射
③体积散射系数(b)
2.3.2吸收:
①对光的衰减作用比散射大得多,且有质的不同:
转化热能可升温;
化学能光合作用。
②规律:
吸收有选择性,短波、长波部分均较大。
洁净大洋水,蓝光吸收小;
浑浊近岸水,黄光吸收小。
③黄色物质:
水生或陆源有机体腐败分解形成的可溶解性有机物质,多呈黄色。
使吸收系数最小值向黄光波段推移
2.3.3衰减
①线性衰减系数:
c=a+b,通过单位厚度的水层后,辐射通量的损耗率,单位是每米(m-1)
②衰减系数随波长的变化有极小值:
洁净大洋水,λ=0.45μm(蓝光)浑浊近岸水,向黄光波段推移。
③透射能量:
洁净大洋水:
蓝光透射多,1m近100﹪,50m近50﹪,(实线)
浑浊近岸水:
黄光透射多,1m近50﹪,10m已很少(虚线)
④环境效应:
⑴光合作用
⑵水色、透明度
⑶污染物光降解
⑷海洋景观
2.4透明度、水色、海色
2.4.1透明度
①定义:
透明度板——相对透明度
新定义——光的衰减系数的倒数——衰减长度
②测量仪器:
透明度板、透明度仪、浊度计
2.4.2水中能见度:
水平视程,仅为大气的千分之一。
环境效应
2.4.3海色
①含义
②组成:
两部分
海面反射光谱;
与天空反射光有关
海洋内部的向上辐照度光谱
③以彩色命名的海:
黄海、红海——能部分地反映海洋的光学状况
黑海、白海——因天气变化而变
2.4.4水色
①水色及水色号比“海色”更能反映海水本身的光学性质
②分布规律及原因
大洋水色:
深蓝色;
近岸水色:
绿色或黄绿色、黄褐色;
红海、赤潮;
2.4.5海发光(海火)
海洋生物发光——夜间、扰动更甚“荧光海”现象:
庞大的细菌群落发光,持续时间长
中国近海的温度分布
中国近海分度表层冬季与夏季明显的差别。
冬季:
北方海区的温度比较低,甚至能够降到0度和-1度。
渤海大部分是0-2度,北黄海是0-6度,南黄海是6-12度。
东海是14-22度,南海是18-27度。
夏季:
南海本应温度高,但是在广东东部沿海,因为有沿岸流和上升流,特别是上升流把下面的低温水带上来,所以琼东沿岸出现了南海的最度温度,夏季可以到18度。
整个夏季全海区的温度都非常高,都高于24、25度。
在朝鲜沿岸的地方出现一些低温水,就是低于20度,山东半岛的成山头沿岸,以及琼东沿岸都能出现低温水。
冬季还有一个特点,高温的暖流使得等温线往北突出来。
温度表层分布,一年的变化是有高有低,但是下面的各个层的分布就表现出非常复杂的变化,所以下层水文的年变化就不仅仅是靠太阳辐射的年变化来影响了,下面的变化就比较复杂了。
中国近海盐度的分布也有明显的特征,最明显就是夏季长江口、黄河口、珠江口有非常显著的低盐水蛇,秋冬季以后就向南转了。
珠江口在春季、夏季的时候向动,到了秋季以后向西。
黑潮水对暖暖流水和黄海暖流水,盐度都是比较高的。
在北方海区,沿岸流也比较明显,盐度也比较低。
就是低温低盐的沿岸流使水温盐度也出现一些分布特征。
盐度终年的变化可以看出来,黄海的盐度终年都比较低,特别是表层,盐度可以降到31以下,东海变化更厉害,可以从34。
5一直降到31以下。
而南海的盐度表层始终是在34度左右,不会低于33度以下。
表层是有这个特征,但是下层变化非常复杂。
水色和透明度,对于中国海来说,它分布的季节性变化看的很清楚。
最大的透明度在黑潮流域,这里可以到20多米,实际上还可以超过这个,因为它受到各种因素的影响会有变化,是平均起来的。
南海整个的透明度都在25米以上,甚至可以到30米。
南海的水色大部分地区都是2上下,在中沙群岛附近,稍微低一些。
这个地方往往出现蓝绿色,因为受到珊瑚礁的影响。
关于中国近海的水团分布,北部海区冬季、夏季水团的分布差别很大,特别是夏季,上层温度很高,是一些暖的水团,但是下层有冷水团,水文很低,上层是26的度,下层深的只有6度左右。
海水的物理性质非常特殊,看起来很平常。
海水的环境要素的分布,形势变化也是很复杂,形成原因也是多方面的。
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