第13章海洋输运过程.pptVIP

流动对污染物质的转移能力主要由输运过程来实现。一个有较强净输出能力的海域将会把污染物质很快输送到海域之外，形成比较大的环境容量。然而，一个区域较强的净输出能力对相邻的区域就形成了较强的净输入能力，如果这个区域没有能力将这些输入的污染物质有效地排放出去，在该海域将形成污染加强的局面，使其环境容量减小。 因此，输运过程只是将污染物质转移到其他地方，并不能减少海水中污染物质的量。比较特殊的是，动力沉积过程本身就包含污染物质的沉积，导致一部分污染物质脱离海水，在海底沉淀下来，减少了海水中污染物质的含量。但是，这种沉积也是污染物质转移的一种方式，暂时地减少了海水中的污染物，一旦遇到强风搅拌，沉积的污染物质会发生再悬浮，成为海域的重要污染源。而且，沉积到海底的污染物是潜在的危险，发生特殊情况时，污染物质还有可能再次释放到海洋中。真正能减少污染物质总量的是生物降解过程，可以将一些污染物还原成没有毒性的化学元素或化合物。 §13-6 物质输运的若干问题 输运与平流的关系 输运与扩散的关系 输运与分散的关系 欧拉输运与拉格朗日输运 输运与平流的关系 对于融解物质的输运是以流动为基本载体的，以体积通量或质量通量为参量。在海洋动力学方程组和各种守恒方程中，都存在非线性项，称为平流项。由于平流项首先与流动本身有关，是受流动影响的项。同时，平流项又包含物质的梯度，如动量分量梯度、温度梯度、物质梯度等。平流项表达的是平流对广义浓度变化的贡献。例如：平流将温度不同的水体输运到某点，导致该点温度的变化。 然而，如果物质是均匀的，即没有浓度的梯度，则平流项为零，意味着平流项对物质浓度的变化没有贡献。可是在这种情况下，物质输运仍然是存在的。因此，物质输运表达的是输运量或输运率，是平流的物理基础，而平流表达的是输运对浓度变化的影响。 平流项是非线性项，是流动与浓度梯度的相互作用，对于动量情形，造成了不均匀动量的迁移；对于温度的情形，造成了不均匀热量的迁移；对于物质的情形，造成了不均匀物质的迁移。流动带动不均匀的物质移动，改变了不均匀物质的分布。 输运与扩散的关系 输运与扩散的不同在于：输运只将物质输运到其他海域，而不改变物质内部的分布。而扩散改变物质内部的相对分布，不论这种物质漂流到什么地方。 同理，平流与扩散的不同是，平流只将物质的空间不均匀性带到其他地方，而不改变物质的空间不均匀性；而扩散是削弱物质的空间不均匀性。 在有些时候，有人将扩散过程也看做是一种输运过程，认为扩散过程也形成了物质事实上的输运。由于物理机理的差异，将输运与扩散区分开来有利于对两个不同过程的理解。 输运与分散的关系 在环境研究中，用扩散过程的实际参数不足以描述物质的扩散速度，实际物质扩展到更大的空间主要是由于输运，而不是扩散。输运过程将物质输送到更远的地方，而扩散将其融于周边环境，形成了物质在更大范围的扩展，也就是说，输运和扩散同时发挥作用。为适应实际情况用分散系数表达实际的输运过程与扩散过程的联合作用。 欧拉输运与拉格朗日输运 当我们计算或观测获得了欧拉流场之后，用来直接计算的输运都是欧拉输运。在潮流比较强的海域，由于存在斯托克斯漂流，漂浮在海面上或融解于上层海水中的物质往往不是欧拉输运，而是拉格朗日输运。在这种情况下，我们在本章的公式中的法向流速全部改为拉格朗日法向流速就可以满足计算拉格朗日输运的目的。 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 思考题 物质输运用什么物理量来表达？ 淡水输运如何计算？ 浓度为C的物质通量如何计算？ 海洋动力沉积有几种物质输送功能？ 中尺度涡的输运特点是什么？ 什么是欧拉输运，什么是拉格朗日输运？ 输运、扩散、分散、平流之间是什么关系？ * 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（transportation process），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