第3讲海水物理性质和大洋层化结构.doc

第三讲??海水物理性质和大洋层化结构 一、海水的主要热学和力学性质 1.1 纯水的特殊性质 1.1.1水分子特殊结构: 有极性 1.1.2水的溶解力很强 ：极好溶剂 1.1.3水密度随温度的变化特殊反常膨胀 1.1.4 水的热性质特殊 在二价（氧族）氢化物（H2S, H2Se, H2Te）中沸点、熔点似应为-80℃-90℃。 1.2 海水的盐度 1.2.1? 1902年的定义: knudsen首次定义盐度：1千克海水中将? (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） 利用海水组成恒定性性质——不同地域，海水中主要成分的绝对含量不同，但各含量间的比值近似恒定。测定出其中某一主要成分的含量，便可推算出海水盐度。 Knudsen盐度公式——S‰ = 0.030 +1.8050Cl‰， 其中Cl‰为氯度，1kg海水中的溴和碘以氯当量置换，氯离子的总克数。用硝酸银滴定法测定。 标准海水——国际上统一用一种氯度值为19.374‰，对应盐度值为35.000‰的大洋水作为标准，称为国际标准海水。 1.2.2?? 1969年定义： 与海水导电率建立关系： S‰=f (R15) 式中R15为电导比： (15℃，一个大气压) 1.2.3?? 1978年实用盐标(PSS78 , PSU78) ①基本思想—与氯度脱钩，另选一个可再制的电导标准，再用海水相对新 标准的电导比来确定海水的盐度值。 ②选择标准—保持盐度历史资料与实用盐度资料的连续性。（氯度19.374 ‰ 的国际标准海水，实用盐度为 35.000 ‰ ） ③实用盐度的固定参考点—浓度为32.4356 ‰的高纯度KCl溶液。它在15°C，一个大气压下的电导率，与同温同压国际标准海水的电导率相同 K15=C(35,15,0)/C(32.4356,15,0)=1，即在一个标准大气压下，温度15℃时，标准海水的电导率与标准KCl溶液的 电导率之比。 实用盐度的计算公式： ?其中，进一步用任意温度t的电导比Rt 给出计算公式。实用盐度为旧的盐度的1000倍；废止‰，且无量纲。 1.2.4实用CTD测盐度 1.2.5广义的盐度定义——“密度盐标” 1.3 海水的主要热学性质和力学性质 1.3.1热容和比热容：很大。1m3 海水降温1℃，可使 3100m3空气升温1℃。 1.3.2体积热膨胀：远小于空气；有反常膨胀；tρ(max)随S 增而降。 1.3.3压缩性、绝热变化和位温 ①压缩性： 量值小—— “不可压缩”假设 影响大——海面升30m 水声学 ②绝热变化； ③位温、位密 1.3.4蒸发潜热及饱和水汽压 ①比蒸发潜热：所有物质的最大者。蒸发一年使海洋失去126cm厚水层。 ②饱和水汽压 1.3.5热传导:性能强； 涡动热传导作用大，比分子热传导大103-104。 1.3.6沸点升高和冰点降低： ①冰点：随盐度、压力（深度）增加而降低。 ②海水最大密度的温度：随S 增而降低。 1.3.7海水的某些力学性质 ① 粘滞性：较小，视为“理想流体”，但对浮游生物重要。 ② 渗透压：海水淡化，仿生学。 ③ 表面张力：毛细波生成、水表生物。 1.4 海水的密度和海水状态方程 ? 1.4.1海水密度及其表示法 ①密度：ρ，千克/立方米，kg/m3 ② 比容：α；立方米/千克, m3/kg ③ 都是温、盐、压的函数 ρ=ρ(s,t,p); α= α(s,t,p) ④克努曾参数:σ=(ρ-1)× 103; α=(α-0.9)×103 1.4.2密度超量（密度余量）：γ=ρ-1000kg/m3 1.4.3比容偏差（异常、距常）和热比容偏差 ① 比容偏差: δ= α(s,t,p)- α(35,0,p) ②热(盐)比容偏差: △(s,t)= α(s,t,0)-α(35,0,0)，即在海面（ p=0 ）处，二者之差。 1.4.4国际海水状态方程（EOS80) ① 一个大气压国际海水状态方程：ρ(s,t,0)=ρw+AS+BS3/2+CS2, P=0 ② 高压国际海水状态方程:ρ(s,t,p)=ρ(s,t,0) ·[1-(np )/K(s,t,p)] -1 ③实用温标的影响 t90=0.99976t68 沸点：99.974℃，（t90）； tρ(max)=(3.984±0.005) ℃,（t90） ④ EOS80的应用 ⑤河口及某些海湾的密度计算问题 在同一温度下，密度随盐度的增大而增大对应某一特定盐度，有一最大密度时的温度点。该最大密度点随着盐度的增大而降低。密度随压强增大而增大，但增幅不大。 二、海水的声学与光学性质 2.1声波在海水中的传播 2.1.1传播速度