海洋学第四章海洋中的热收支和水.ppt

上章回顾：海水物理性质上章回顾：海水物理性质1.海水的热容热容(比热容，定压，定容比热容，定压，定容)、热膨胀系数、压缩系数、热膨胀系数、压缩系数、蒸发潜热、饱和饱和水气压水气压；2.位温、位密概念；3.海水的盐度及海水状态方程的相关概念4.海水结冰与淡水结冰的区别5.海冰与海洋状况关系 第四章第四章 海洋中的热收支和水平衡海洋中的热收支和水平衡v第一节第一节第一节第一节 海洋热收支海洋热收支海洋热收支海洋热收支v（一）海面热收支（一）海面热收支（一）海面热收支（一）海面热收支v（二）海洋内部热交换（二）海洋内部热交换（二）海洋内部热交换（二）海洋内部热交换v第二节第二节第二节第二节 海洋中的水平衡（循环）海洋中的水平衡（循环）海洋中的水平衡（循环）海洋中的水平衡（循环）第一节第一节 海洋热收支海洋热收支v（一）海面热收支（一）海面热收支长波辐射短波辐射！万物生长靠太阳一、太阳辐射一、太阳辐射Qs：表面温度：表面温度：6000K每分钟：热能每分钟：热能250亿亿卡亿亿卡相当于相当于4亿吨烟煤亿吨烟煤一、太阳辐射一、太阳辐射Qs：能量99.9%：微米微米,9%微米，44%微米,47%一、太阳辐射一、太阳辐射Qs：1.1.太阳常数太阳常数2.3.地球在地日平均距离处，和太阳光线垂直的大气上界的单位面积、单位时间接受的总辐射能，记为S0 S0=13677Wm-22.射达海面的太阳总辐射是射达海面的太阳总辐射是太阳直达辐射太阳直达辐射和和散射辐射散射辐射两部分之和。两部分之和。一、太阳辐射一、太阳辐射Qs：3.3.辐射定律辐射定律：v斯蒂芬斯蒂芬波尔兹曼定律：波尔兹曼定律：任何温度高于绝对零度的物体都能以辐射任何温度高于绝对零度的物体都能以辐射的形式向外释放能量，它与绝对温度的形式向外释放能量，它与绝对温度T Tk k的的4 4次次方成正比。方成正比。v维恩（维恩（Wien）定律：）定律：辐射能量的最大波长与辐射体表面的绝对辐射能量的最大波长与辐射体表面的绝对温度成反比。温度成反比。太阳向地球放射的辐射是短波辐射短波辐射地球受热后向外放射的辐射称是长波辐射长波辐射C=2898微米K4.4.影响因素：影响因素：v1)太阳高度太阳高度h h（太阳光线与地球观测点的切线之间的夹角）v2)大气透明度大气透明度v3)天空中的云量、云状天空中的云量、云状CBAhEEh5.总辐射能分布：总辐射能分布：v随纬度的分布随纬度的分布随纬度的分布随纬度的分布：1)1)、全年总辐射能、全年总辐射能随纬随纬随纬随纬度升高而减小；度升高而减小；度升高而减小；度升高而减小；2)2)、除赤道地区外，夏除赤道地区外，夏除赤道地区外，夏除赤道地区外，夏半年均高于冬半年，且半年均高于冬半年，且半年均高于冬半年，且半年均高于冬半年，且差值随纬度升高而增大；差值随纬度升高而增大；差值随纬度升高而增大；差值随纬度升高而增大；3)3)、经向梯度夏半年小经向梯度夏半年小经向梯度夏半年小经向梯度夏半年小于冬半年。于冬半年。于冬半年。于冬半年。？1 1？2 2为什么海洋底部冷？为什么海洋底部冷？图：向海洋中传递的太阳辐射能量图：向海洋中传递的太阳辐射能量 6.进入海水中的辐射能进入海水中的辐射能：主要被表层海水吸收，随深度增加指数衰减。主要被表层海水吸收，随深度增加指数衰减。主要被表层海水吸收，随深度增加指数衰减。主要被表层海水吸收，随深度增加指数衰减。二、海面有效回辐射二、海面有效回辐射Qb：定义：定义：海面向大气的长波辐射海面向大气的长波辐射与大气向海洋的回辐射与大气向海洋的回辐射之差之差海面的长波辐射要比海面的长波辐射要比大气回辐射的量值大，大气回辐射的量值大，交换的结果恒为海洋失去热量。交换的结果恒为海洋失去热量。二、海面有效回辐射二、海面有效回辐射Qb：v影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：A A A A、海面水温海面水温海面水温海面水温 B B B B、空气中的湿度空气中的湿度空气中的湿度空气中的湿度 C C C C、云量、云状云量、云状云量、云状云量、云状v分布：分布：分布：分布：表面水温和海洋上层的相对湿表面水温和海洋上层的相对湿表面水温和海洋上层的相对湿表面水温和海洋上层的相对湿度的日变化和年度变化相对较度的日变化和年度变化相对较度的日变化和年度变化相对较度的日变化和年度变化相对较小，则小，则小，则小，则Q Q Q Qb b b b随纬度及季节变化小随纬度及季节变化小随纬度及季节变化小随纬度及季节变化小v辐射平衡辐射平衡：平均而言，全球的太阳辐射平均而言，全球的太阳辐射Q QS S 比海面有效回辐射比海面有效回辐射Q Qb b 大大v对海气间热交换起重要作用对海气间热交换起重要作用 蒸发使海洋失热蒸发使海洋失热三、三、蒸发潜热蒸发潜热Qe辐射平衡的约辐射平衡的约90%90%影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：A.A.A.A.大气中水汽垂直梯度大气中水汽垂直梯度大气中水汽垂直梯度大气中水汽垂直梯度 B.B.B.B.风速风速风速风速 C.C.C.C.水气温差水气温差水气温差水气温差 1 1 1 1）T TwaterwaterTTairair 2 2 2 2）T TairairTTwaterwater三、三、蒸发潜热蒸发潜热Qe平流雾平流雾广西柳州广西柳州平流雾平流雾2009-03-20山东烟台山东烟台平流雾平流雾2009-02-11空间分布及季节变化：空间分布及季节变化：空间分布及季节变化：空间分布及季节变化：(a)(a)(a)(a)经向（南北）：经向（南北）：经向（南北）：经向（南北）：赤道区赤道区赤道区赤道区小小小小 （相对湿度大，风速小）（相对湿度大，风速小）（相对湿度大，风速小）（相对湿度大，风速小）高纬度海区高纬度海区高纬度海区高纬度海区小小小小（温度低，水汽含量少）（温度低，水汽含量少）（温度低，水汽含量少）（温度低，水汽含量少）副热带和信风带海区副热带和信风带海区副热带和信风带海区副热带和信风带海区大大大大 （气流下沉，空气干燥，气温高，风大）（气流下沉，空气干燥，气温高，风大）（气流下沉，空气干燥，气温高，风大）（气流下沉，空气干燥，气温高，风大）(b)(b)(b)(b)季节变化：季节变化：季节变化：季节变化：冬季最强（风速大，水汽压差大，水温高于气温，冬季最强（风速大，水汽压差大，水温高于气温，冬季最强（风速大，水汽压差大，水温高于气温，冬季最强（风速大，水汽压差大，水温高于气温，空气层结不稳）空气层结不稳）空气层结不稳）空气层结不稳）三、三、蒸发潜热蒸发潜热Qe四、感热交换四、感热交换Qhv海气温度不等，通过热传海气温度不等，通过热传海气温度不等，通过热传海气温度不等，通过热传导也有热量传递。导也有热量传递。导也有热量传递。导也有热量传递。v辐射平衡的约辐射平衡的约10%v有两个影响因素有两个影响因素有两个影响因素有两个影响因素：海面风速海面风速海面风速海面风速 海气温差海气温差海气温差海气温差v分布分布分布分布：寒暖流区较强寒暖流区较强寒暖流区较强寒暖流区较强v季节变化季节变化：冬季强，夏季较小冬季强，夏季较小冬季强，夏季较小冬季强，夏季较小鲍恩比：感热Qh/潜热Qe五、海面年平均热收支随纬度变化五、海面年平均热收支随纬度变化QeQs-QbQtQh？QtQt大于大于0 0，持续升温吗？，持续升温吗？（二）海洋内部热交换（二）海洋内部热交换v一、铅直方向上的热输运一、铅直方向上的热输运一、铅直方向上的热输运一、铅直方向上的热输运Q Q Q Qz z z z 1.1.1.1.湍流湍流湍流湍流 （从上往下从上往下从上往下从上往下）2.2.冷涡冷涡、暖涡暖涡3.3.对流对流（从下往上从下往上）（二）海洋内部热交换（二）海洋内部热交换v二、水平方向热输送二、水平方向热输送二、水平方向热输送二、水平方向热输送Q Q Q QA A A A 海流海流海流海流；经线方向明显经线方向明显经线方向明显经线方向明显（二）海洋内部热交换（二）海洋内部热交换v三、海洋中全热量平衡三、海洋中全热量平衡三、海洋中全热量平衡三、海洋中全热量平衡Q Qt t 的绝对值越大时，的绝对值越大时，则相应地升温或降温的速率将越快。则相应地升温或降温的速率将越快。第二节第二节 海洋中的海洋中的水平衡（循环）水平衡（循环）一、影响因子：一、影响因子：一、影响因子：一、影响因子：vv1 1 1 1、蒸发、蒸发、蒸发、蒸发：vv44444444万万万万kmkmkmkm3 3 3 3.124.124.124.124126cm/a126cm/a126cm/a126cm/a赤道附近小，赤道附近小，南、北副热带海域极大值，南、北副热带海域极大值，向高纬迅速减小向高纬迅速减小vv2 2 2 2、降水降水降水降水：vv41414141万万万万kmkmkmkm3 3 3 3赤道海域降水量最大，赤道海域降水量最大，副热带海域减小，副热带海域减小，南北两半球的极锋附近增多，南北两半球的极锋附近增多，向极方向迅速减少。向极方向迅速减少。第二节第二节 海洋中的海洋中的水平衡（循环）水平衡（循环）一、影响因子：一、影响因子：一、影响因子：一、影响因子：vv3 3 3 3、大陆径流、地下水、大陆径流、地下水、大陆径流、地下水、大陆径流、地下水：万万万万kmkmkmkm3 3 3 3,大西洋最多，亚马逊大西洋最多，亚马逊大西洋最多，亚马逊大西洋最多，亚马逊(第一径第一径第一径第一径流流流流)，密西西比，密西西比，密西西比，密西西比(第二大河第二大河第二大河第二大河)，刚果，刚果，刚果，刚果(第二大径流第二大径流第二大径流第二大径流)，全部注入，全部注入，全部注入，全部注入大西洋，可使海面上升大西洋，可使海面上升大西洋，可使海面上升大西洋，可使海面上升23cm/a.23cm/a.23cm/a.23cm/a.印度洋次之，太平洋最少。印度洋次之，太平洋最少。印度洋次之，太平洋最少。印度洋次之，太平洋最少。长江长江长江长江(第三径流第三径流第三径流第三径流)只及亚马逊只及亚马逊只及亚马逊只及亚马逊18.9%18.9%18.9%18.9%。全部注入，使太平洋海。全部注入，使太平洋海。全部注入，使太平洋海。全部注入，使太平洋海面上升面上升面上升面上升7cm/a7cm/a7cm/a7cm/a。vv4 4 4 4、结冰与融冰、结冰与融冰、结冰与融冰、结冰与融冰:局地影响局地影响局地影响局地影响二、水平衡方程二、水平衡方程v1 1 1 1、方程、方程、方程、方程v对整个世界大洋、全年或多年平均对整个世界大洋、全年或多年平均对整个世界大洋、全年或多年平均对整个世界大洋、全年或多年平均2、水平衡对盐度的影响水平衡对盐度的影响v世界大洋表层盐度分布取决于蒸发和降水世界大洋表层盐度分布取决于蒸发和降水量之差。量之差。v(E-P)S(E-P)Sv低纬度海区：降水大于蒸发低纬度海区：降水大于蒸发,P-E0,S,P-E0,S低。低。v副热带海区：蒸发大于降水副热带海区：蒸发大于降水,P-E0,P-E 蒸发，蒸发，蒸发，蒸发，水量盈余水量盈余水量盈余水量盈余，平均盐，平均盐，平均盐，平均盐度低。度低。度低。度低。v大西洋：大西洋：大西洋：大西洋：降水少，蒸发降水少，蒸发降水少，蒸发降水少，蒸发 降水降水降水降水+径流，导致径流，导致径流，导致径流，导致水位损失水位损失水位损失水位损失12cm/a12cm/a12cm/a12cm/a。平均盐度高平均盐度高平均盐度高平均盐度高。本章掌握影响海面热收支的因素；影响海面热收支的因素；太阳辐射，有效回辐射，蒸发耗热，感热太阳辐射，有效回辐射，蒸发耗热，感热交换受影响的因素交换受影响的因素海洋水循环的过程海洋水循环的过程海洋水平衡与盐度的关系海洋水平衡与盐度的关系