海水物理性质

注:本课程PPT中的横线并不表示重点,原视频中横线是逐句按顺序划的,截图中的横线只取决于截图时间。

 

 纯水的特性:由于水分子的结构并不是完全对称的(两个氢原子呈105度排布),所以水分子是极性分子,分子间具有吸引力。所以↓

水在4℃时密度最高,所以它不总是遵循热胀冷缩的规律。

 温度是分子动能的表现形式,温度越高动能越大。绝对零度即分子完全不运动的情况,只能接近但无法达到。

之前讲到,水分子之间具有缔合力,但当温度较高时,分子间的动能较大,缔合力忽略不计。当温度低到一定程度时,缔合力开始显现。当温度继续降低,缔合力开始出现互相排斥的趋势。所以密度最高在4℃。

上面这句是赵老师讲的,但是我觉得书上讲的跟清楚

由于冰的分子排列松散,密度很小。水温低于4℃时分子间开始缔合,所以倾向于变成冰的密度,就别记排斥不排斥的问题了。

 潜热即水在固液气三态之间转换时,温度不变状态改变时需要的热量,这部分热量需求时较大的。

 注意,以上讨论的是纯水的性质,以下介绍海水。

不同海域的盐度不同,但各主要成分之间的比例是恒定不变的。即当确定某一种成分的含量,就可以推算其他成分的含量。

对于海中的营养盐(氮磷硅等化合物),其和生物吸收和释放有关,不是恒定变化的保守量。

 一般情况下,我们认为海水是刚性的,不可压缩和膨胀。当然,这需要看你研究什么问题,有些问题则不可忽略压缩膨胀的性质。

 海水的绝热变化:在变化的过程中,与外部没有热量交换。

 根据海水的绝热变化性质,我们通常在比较不同位置和深度的海水时,使用位温进行比较,更为严谨合理,尽管两者之间差别可能并不大。

潜热的概念上面提到过,具体如下。不要有误区,此处我容易惯性思维的认为100℃的水才蒸发,实际任何温度的水都在蒸发,例如生活中桌面、皮肤残留的水并没有升到100℃也蒸发了。

 通俗的讲,蒸发和凝结是一个互逆过程,需要达到动态平衡,饱和水汽压即是在这种平衡下的水汽压力。

为什么青岛夏季呼吸困难:因为空气中大量水蒸汽导致气压降低(水分子相较于氮气氧气等,质量较轻),而我们直观上的呼吸通畅/困难实际是根据气压大小来判断的。到秋天气压增大,更容易进入肺部,就会觉得呼吸通畅,秋高气爽。

 注意这里第一次出现湍流概念,即海水块体。湍流可以是各个尺度的,主要取决于我们研究的问题,一般将不能进行研究的部分称为湍流,它具有随机性。

 

 

 

海水的粘性来源于水分子之间的动能交换,类似于摩擦力。这种力和科氏力(地转偏向力)一样,它自身本来很小,但海洋在水平方向上本来就没有其他的较大的驱动力(即便有风也只影响表层海水),所以这些力都不可忽略。

 与热传导一样,海水粘性也分海水的分子粘性和湍流粘性。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 基于化学的方法是比较复杂难以测量的,所以用下面测定氯含量的方法计算盐度。

这里注意:学习这门课程和以往纯理论的课程有所不同,很多时候需要结合现实情况去理解。

赵老师介绍了许多思路,例如有些东西在什么时候需要考虑,什么条件下可以忽略。例如海水的某些性质的测量实际取决于仪器的发展。例如此处盐度的计算要根据现实情况灵活变通。

 

 

后使用电导率来测量盐度,更为方便。

 

 

 现代方法

 

 

 

CTD即温盐深,是物理海洋最基本的测量。

 

 

 

 

 下图第二点的意思是,海水密度无法直接测量,由其他几个可测量的量推算得到,该函数即海水密度的状态方程。方程形式不由理论得到而由实验得到。

 

比容偏差中,后面那一项的35,即盐度为35,上面讲到,盐度35的是标准海水。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 淡水一般结冰是从表层开始,逐渐变厚。而海水只要结冰就会一下接很厚的冰,即上图所述对流混合层同时达到冰点才结冰,原因如下:

观察这一张海水的冰点和最大密度点的图,纵轴表示温度横轴表示盐度,我们所说的淡水结冰就是盐度为0的情况,这种情况下的结冰点和最大密度点符合我们的尝试。

但海水的盐度通常是大于30的,也就是说在图中两条线交汇点的右侧。这就会造成表层海水结冰,但由于没有达到最大密度,温度继续下降的同时会密度增大下沉,把下面的高温水换了上来,如此不断进行这个过程。

这个过程中的垂直对流是比较强的,所以当整个对流层同时达到冰点时,同时结冰。

 

 

 

 

 

 理论上来说结冰的都是纯水,但是上面提到,会有来不及跑出去的盐被包在冰里。所以上图中的结论很自然的就可以得到,冻龄越长的冰出来的盐越多,盐度越小。结冰速度越小的,盐有充足的时间出来,盐度越小。

 

 这里的海冰的性质主要是由于盐引起的。

空气热传导系数比较小,我们平时感觉到空气传热很快实际是由于空气湍流引起的,不流动的空气传热很慢。这是由于空气中分子比较稀薄,他们之间热传导是比较费劲的。

注意,本章中很多问题都可以从微观上解释。

 

 由风引起的漂移,不单要考虑海冰在水中的阻力,还要考虑科氏力,所以有一个向右的偏移。而由于海流已经是科氏力作用的结果,所以没有偏移。

 

 由于北极是海洋南极是陆地,所以相比较而言,更高和更低的温度都出现在南极。

 

 

 

 

 

 一般渔场就是上升流区,它不断的将海底的营养带到上层来。

 

 海水几乎是不反射太阳光的,热量被海洋吸收

注意,无论是结冰还是化冰都是正反馈(越来越加剧这一过程),没有负反馈

 

 

 

 

 

 这张PPT是重点

标准海水的盐度是千分之三十五,我们通常称为盐度为35

 

posted @ 2022-09-04 22:16  诸葛村夫CC  阅读(870)  评论(0编辑  收藏  举报