newc第三章海水物理性质haibingrevise课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,第三章,海水物理性质,第一节,海水组成,第二节,海水的物理性质,（淡水和海水）,第三节,温、盐、密概念及之间关系,第四节,海冰,1,第三章 海水物理性质第一节海水组成1,第一节,海水组成,一、海水组成：,11,种主要无机盐，,99.99%,2,阳离子：主要基岩溶解,阴离子：主要火山喷发,第一节 海水组成一、海水组成：2阳离子：主要基岩溶,二、海水组成恒定性原理（,Marcet,原理,）：海水的总含盐量或盐度是可变的，但常量成分浓度之间的比值几乎保持恒定,。,成因,混合作用,大洋海水通过环流、潮流、垂直流等运动，连续不断地进行混合。,体积巨大,海水体积极大，它所拥有的多种成分的总量也十分巨大，外界的影响（如大陆径流等）很难使其相对组成发生明显的变化。,3,二、海水组成恒定性原理（Marcet原理）：海水的总含盐量,三、盐的循环,事实,1,：河流将岩石风化产生的盐带到大海每年,10,15,克,/,年,事实,2,：海洋盐度在过去,15,亿年中保持不变,稳定状态,盐的,输入率,等于,输出率,4,三、盐的循环事实1：河流将岩石风化产生的盐带到大海每年101,第二节,海水的物理性质,一、淡水,分子结构,：极性，分子缔合力,5,第二节海水的物理性质一、淡水5,H,2,O:,唯一一种能在地球表面以固态、液态、气态同时存在的物质。,三种相下的分子状态见下图：,分子缔合,6,H2O:唯一一种能在地球表面以固态、液态、气态同时存在的物,溶解力强,（极性）,水合作用,:,溶质的分子或离子与溶剂的分子相结合的作用对于水溶液来讲称为水合作用,Sodium Chloride,氯化钠,离子键,Cation,Anion,阳离子,阴离子,7,溶解力强（极性）水合作用:溶质的分子或离子与溶剂的分子相结,密度变化异常,：“热胀冷缩”？,密度随温度变化,-,分段函数,最大密度温度,8,密度变化异常：“热胀冷缩”？密度随温度变化-分段函数,沸点和融点、比热、蒸发潜热等热性质比氧的同族化合物高,9,沸点和融点、比热、蒸发潜热等热性质比氧的同族化合物高9,二、海水的热力学性质,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/(K kg),海水的比热容比空气的比热容大。,10,计算：单位面积上，,1m,深海水水柱温度降低,1,o,C,所放出的热量可以使多高的空气柱温度升高,1,o,C,？,比热：水：,3890J/kg.K,，空气：,1000J/kg.K;,密度：水：,1025kg/m3,，空气：,1.29kg/m3,）。,二、海水的热力学性质热容、比热容：10计算：单位面积上，1m,定压比热,C,p,：在一定压力下测定的比热容。是温、盐、压的函数，随盐度的增大而降低，随压力的增加而减小。,定容比热,C,v,:,在一定体积下测定的比热容。其值略小于定压比热,C,p,。,11,定压比热Cp：在一定压力下测定的比热容。是温、盐、压的函数,热膨胀,：热膨胀系数,(,温度升高,1K,单位体积海水的增量,),，是,T,、,S,、,P,的函数。,由正转负对应的密度最大。,12,热膨胀：热膨胀系数(温度升高1K单位体积海水的增量)，是T、,压缩系数：在研究中通常视为不可压流体。单位体积海水，压力增加,1Pa,体积的负增量。,是,T,、,S,、,P,函数，随,T,、,S,、,P,的增大而减小。,分等温、绝热过程。（声波）,绝热变化：绝热下沉,位温：某一深度海水绝热上升到海面时温度称该深度海水的位温,。比现场深度低。微团此时相应的密度，称为位密，记为,压缩性、绝热变化，位温,13,压缩系数：在研究中通常视为不可压流体。单位体积海水，压力增加,蒸发,潜热,和饱和水气压,比蒸发潜热,：,单位质量的海水变成同温度汽所吸收的热量。,饱和水气压,：,水变汽和汽变水过程达动态平衡时具有的水汽压。,热传导,：相邻海水温度不同时，热量由高温向低温转移。分子热传导，湍动热传导,沸点升高、冰点降低,：,冰点,温度随盐度的增加而降低。,14,蒸发潜热和饱和水气压14,三、海水的其他物理性质,粘滞性：摩擦,渗透压：,表面张力：液体的自由面上，由于分子之间的吸引力所形成的合力使自由表面趋向最小,。,15,三、海水的其他物理性质粘滞性：摩擦15,第三节,温、盐、密概念及之间关系,温度,描述物质分子热运动的量度。,T,的单位是,Celsius,Kelvin,and Fahrenheit,Boltzmann,常数,16,第三节 温、盐、密概念及之间关系温度T的单位是,newc第三章海水物理性质haibingrevise课件,盐度,盐度,(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）,氯度,:,1kg,海水中将,(Br,-,I,-,),以氯代替，所含氯的总克数。（,AgNO3,滴定）,电导盐度,(1969):CS(,不深于,100m,水层内采集的,135,个水样,),R,15,:,为,15,C,一个标准大气压下，水样的电导率与盐度精确为,35%,0,的标准海水电导率的比值。,实用盐标,PSS78,：,固定参考点,标准海水盐度、氯度,35.000%,0,19.374%,0,17,盐度盐度(1902)：固定参考点标准海水盐度、氯度 35,思考题：假如海水没有盐度（纯水），海水的物理性质会发生哪些变化，从而导致海洋要素的分布和海洋中的动力现象与现在会有什么差异？,思考题：假如海水没有盐度（纯水），海水的物理性质会发生哪些变,密度,密度和比容,:,单位体积物体的质量是,密度,；,单位质量物体的体积是,比容,；,他们都是,温盐压函数,。,18,密度密度和比容:单位体积物体的质量是密度；18,条件密度：,kg/m,3,在海面,P=0,时的密度与纯水密度的差,密度超量：,kg/m,3,状态方程（,p-V-t,关系）,:,描述海水密度与温、盐、压等理化特征参量之间关系的数学表达式。,19,经验公式！,现场密度,位密,19经验公式！现场密度位密,海冰定义：,广义：在海洋中所见到的冰统称为海冰。,狭义：由海水冻结而成的冰称为海冰。,1,3%-4%,海洋面积被海冰覆盖,海冰定义：13%-4%海洋面积被海冰覆盖,第四节,海冰,海冰的形成：,Tf,、,Tmax,与盐度关系,均是盐度的函数，随盐度的增加而降低，盐度为,24.695,时二者均是,-1.33C.,结冰条件：到达冰点温度，结晶核,2,第四节 海冰海冰的形成：Tf、Tmax与盐度关系结,淡水结冰,：表层开始结冰。,海水结冰,当盐度大于,24.695,时，海冰冰点高于最大密度温度，只有当对流混合层的温度同时达到冰点时，海水才会结冰,海水结冰的特点：主要是纯水的冻结，盐分大部排出冰外，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；同时冰层阻碍了其下海水热量的散失，从而大大减缓了冰下海水继续冻结的速度；海冰表面比较粗糙。,淡水结冰：表层开始结冰。海水结冰当盐度大于24.695时，海,海水结冰的过程,当海水温度降至冰点以下时，海水出现过冷状态，海水以有机物、无机物悬浮微粒或雪花晶体作为结晶核，形成针状冰,(frazil ice),，继而形成海绵状（雪泥,slush,），当温度继续下降的情况下，冰片增厚，面积扩大。,什么地方的海水最先结冰？,浅水区如海岸、海湾、海峡等处,低盐区如河口,海冰的发展过程,冰形成初期速度很快，以后渐渐放缓,3,Frazil ice,Slush,Pancake ice,海水结冰的过程当海水温度降至冰点以下时，海水出现过冷状态，海,海冰的分裂和消融,灰尘、杂质和盐包是溶化的中心,形成水坑，由于其反射率低，更多的吸收太阳热量，于是加速融化,Surface,Albedo value,海水,0.05-0.10,耕地,0.10-0.25,无雪海冰,0.30-0.40,融化的雪,0.40-0.50,新雪,0.80-0.90,表,反射率数值,4,海冰的分裂和消融灰尘、杂质和盐包是溶化的中心SurfaceA,海冰分类,初生冰,针状或薄片状的细小冰晶（,Frazil ice,）；,大量冰晶凝结，聚集形成粘糊状或海绵状冰,(,slush,),；,在温度接近冰点的海面上降雪，可不融化而直接形成粘糊状冰；,尼罗冰,（,Nilas,）,10cm,左右有弹性的薄冰层，在外力的作用下，易弯曲，易被折碎成长方形冰块。,饼状冰,（,Pancake ice,）,在外力的作用下互相碰撞、挤压，边缘上升，形成直径为,30cm,至,3m,，厚度在,10cm,左右的园形冰盘。,5,(,一,),按发展阶段：,海冰分类初生冰5(一)按发展阶段：,海冰生成过程,Frazil ice,片冰,粗糙海面,平静海面,Pancake ice,饼状冰,Grease ice,油脂状冰,Nilas,尼罗冰,Sheet ice,片状冰,6,海冰生成过程Frazil ice粗糙海面平静海面Pancak,初期冰,由尼罗冰或饼状冰直接冻结一起而形成厚约,(10,30)cm,的冰层。多呈灰白色。,一年冰,由初期冰发展而成的厚冰，厚度为,30cm,至,3m,。时间不超过一个冬季。,多年冰,至少经过一个夏季而未融化的冰。其特征是，表面比一年冰平滑。,7,7,固定冰,与海岸、岛屿或海底冻结在一起的冰。,随潮位而运动。,其宽度可从海岸向外延伸数米甚至数百千米。,冰架：海面以上高于,2m,的固定冰称为冰架；,冰脚：附在海岸上狭窄的固定冰带，不能随潮汐升降，是固定冰流走的残留部分,称为冰脚。,搁浅冰：也是固定冰的一种。,8,(,二,),按运动状态划分,固定冰8(二)按运动状态划分,流冰（浮冰）,自由浮在海面上，能随风、流漂移的冰称为流冰。,特点：大小不一、厚度各异；,例外：由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面,5m,以上的巨大冰体,冰山，不在其列。,密度：,流冰面积小于海面,1/10,1/8,者，可以自由航行的海区称为,开阔水面；,密度,4/10,6/10,者称为,稀疏流冰,，流冰一般不连接；,密度,7/10,以上称为,密集流冰,。,。,9,9,空间分布：,高纬海区特有的海洋水文现象。,北冰洋和南极洲是地球上海冰最集中的地区。,在北冰洋边缘的附属海,以及白令海、鄂霍茨克海、日本海、波罗的海以及中国的渤海和黄海每年冬季都有海冰出现。,10,海冰的分布,10海冰的分布,北冰洋,北冰洋终年被海冰覆盖；,3,4,月覆盖面积最大，约占北半球面积的,5%,；,8,9,月覆盖面积最小，约为最大覆冰面积的,3/4,；,多年冰的厚度一般为,3,4m,；,流冰主要绕洋盆边缘流动，其冰界线的平均位置约在,58N,；,格陵兰是北半球主要的冰山发源地,，每年约有,7500,座冰山由此进入海洋，仅随拉布拉多寒流进入大西洋的就有,388,座,/,年，其中约,5%,到达,48N,，,0.5%,可达,42N,。冰山的平均界限为,40N,。个别冰山曾穿过湾流抵,31N,海域。,11,北冰洋11,南极洲,南极大陆是世界上最大的天然冰库,，周围海域终年被冰覆盖；,覆冰面积：暖季,(3,4,月,),为,(2,4)10,6,km,2,，寒季,(9,月,),达,(18,20)10,6,km,2,；,南极大陆周围为固定冰架，一年冰的厚度多为,(1,2)m,；,南大洋,流冰界：太平洋在,50,55,S,；印度洋在,45,55,S,；大西洋在,43,55,S,；,南大洋海域经常有,22,万座冰山在海上游弋，曾观测到长,335km,，宽,97km,的大冰山；,南大洋中冰山的平均寿命为,13,年，是北半球冰山平均寿命的,4,倍多；,冰层厚度平均为,1700m,，最厚达,4000m,，,12,南极洲12,海冰的物理性质,每,1Kg,海冰中所含盐分的克数为海冰的盐度。,3-7,左右,海冰盐度与,结冰速度,、,结冰前海水盐