第三章海水的物理性质和世界大洋的层化结构

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1、第三章：海水的物理特性和世界大洋的层化结构一、海水的主要热学和力学性质（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

2、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。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（Knudsen）等人建立了盐度、氯度定义。1)盐度：1千克海水中的碳

3、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‰。1、1969年的电导盐度定义考克斯等1976年

4、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。2、1978年的实用盐标（PSS78，PracticalSalinityScale1978）实用盐度仍然是用电导率测定的。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

5、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。（一）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

6、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

7、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。1、热传导2、沸点升高和冰点下降3、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

8、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