《海洋输运过程》PPT课件

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1、第13章海洋输运过程第13章内容海水中存在各种各样的流动过程，海水中的物质随着海水的流动而迁移，称为输运过程（transportationprocess），也称为输送过程。物质在海水中的存在状况是各种各样的，有的融解于海水，有的悬浮在海水之中，有的漂浮在海面之上，有的时而悬浮时而沉降。这些物质与海水运动相联系，形成了海水的输运能力。不同物质的输运过程可以很不相同，同一流场中也可以发生多种物质输运过程。广义的物质浓度变化都是用浓度方程来表达的，求解浓度方程的过程可以获得浓度的空间分布和时间变化，这些变化已

2、经体现了流动对浓度分布的贡献。然而，求解浓度方程并不能直接给出物质输运量，物质输运还是要用流场和浓度场的结果另行计算。本章将分析各种输运过程，明确输运过程的表达方法，介绍输运过程在物理海洋学中的作用。第13章内容§13-1融解物质输运§13-2淡水输运§13-3动力沉积§13-4中尺度涡输运§13-5物质输运对环境的影响§13-6物质输运的若干问题§13-1融解物质输运海水体积的输运如果把海水看做一种物质，则物质输运过程包括对海水的输运。描写海水输运的物理量就是海水通量，定义为通过某一断面的体积通量（流量

3、）或质量通量，体积通量质量通量（单位：m3/s）（单位：kg/s）其中，ρ为海水密度，vn为垂直于断面的流速分量，A为断面的面积。海水的流量非常大，例如，太平洋西边界流黑潮的流量达到50Sv以上，比长江的流量大1600倍。海水的流动形成的海水的输运能力，形成各种尺度的海水循环。如果不考虑海水密度的差异，对海水循环的描述主要用体积通量，因为从体积通量可以轻易地转换为质量通量。海水密度的变化主要发生在千分位，对估算海洋质量通量的影响很小。海水热量的输运具有一定温度的水体携带特定的热量，水体的输运过程导致了热量

4、的输运。热量的输运是海洋温度分布的基础运动形式，对全球海洋的水团结构及其对气候系统的形成发挥了重要作用。与体积输运的形式相似，用热通量来描述海水热量的输运，热通量（单位：J/s或者W）热量是一种特殊的物质，是以热形式存在于海水中的能量，本身没有质量，因此没有质量通量。热量是不保守的物质，在输运过程中会与周边海水和海气界面交换热量。海水盐度的输运另一个典型的融解物质是盐分，以离子形式存在于海水中。盐度的定义为每千克海水中溶解无机盐类的克数，盐度与密度的乘积表达了单位体积水体中无机盐类的公斤数。水体的输运过程

5、也形成了盐度通量，表达为盐度通量（单位：kg/s）可见，盐度通量是物质的质量通量。如果不用密度，则盐度通量为盐分体积的通量。由于无法知道盐分的密度，得到盐分的体积通量是没有意义的。因此，物质输运用单位时间通过的质量是很有应用价值的定义。其他融解物质的输运除了盐度之外，海水中各种溶解物质，其输运特性与盐度的表达方式一致，即需要知道物质的浓度。物质在溶液中的浓度有多种定义，物理海洋学中常用的有两类：“质量浓度（Cm）”是指溶质的质量占全部溶液质量的百分比，单位用%表示，盐度的表达方式就是盐分的质量浓度。“质量

6、-体积浓度（Cv）”指单位体积溶液中所含的溶质质量，单位为kg/m3。为了将物质通量表达为单位时间通过的质量，相对于这两种浓度定义，物质输运的质量通量定义为物质通量（单位：kg/s）融解物质的垂向输运海洋中的融解物质除了在水平方向上输运之外，还发生垂直方向的输运，融解物质的垂向输运由海洋的上升流和下降流来实现。上层海洋中的营养物质供养着海洋中庞大的生物系统，生物的繁殖导致营养物质的消耗，因而上层海洋的营养物质含量总是很低。而在深海，营养物质丰富。海洋上升流将深层海水带到海洋表面，同时将营养物质输送到海面，

7、增加了海洋中营养物质的丰度，供养更大的生物种群。因此，存在上升流的海域通常都是重要的渔场。营养盐垂向通量（单位：kg/s）其中，w为流速的垂向分量，A为水平范围的面积。§13-2淡水输运如果将入海淡水看做是一种特殊的物质，淡水输运是一种特殊的输运方式。在海洋中，淡水的密度小，往往只存在于海洋表面和次表层，受风浪的作用混合到一定的深度，又受风的输运作用向远处移动。世界上的淡水90%以上封闭于大陆冰川和地下水，只有不到10%的淡水资源成为江河湖海中可用的淡水源。进入海洋中的淡水主要有三个来源：径流、降雨和海冰

8、融化。其中，直接降到海面的降雨由海面进入海洋，河流的径流由海洋的边界进入海洋，而海冰的融化也增加了淡水的含量。在两级海域，冬季海面结冰，一部分淡水转化为固体，夏季又有部分海冰融解为淡水。另外，海面在夏季的蒸发将减少海洋的淡水含量，在中纬度海域，一个夏季海洋表面的蒸发量可以达到1m以上，对海洋的盐度影响很大。在热带，由于蒸发强烈，海表的盐度可以高达36以上。而在大陆附近，由于有河流径流注入，形成大范围的冲淡水，近岸海域海水的盐度