世界大洋的熱量平衡

Effectofpressure,temperatureandsalinityondensityS>24.7,thedensitywillcontinuetoincreasewithdecreasingtemperatureuntilthewaterfreezesWhenTisconstant,thedensityincreaseswithincreasingSAsSalinityincreasesdensityincreases.AsTemperatureincreasesdensitydecreasesOfthefourdiagramsshown,onlyoneshowsthecorrectdensitydependenceontemperatureandsalinity.Whichoneisit?？(a)abcdReviewPropertiesofpurewaterTemperature(T,℃)、Salinity(S)andConductivity(電導(dǎo)率)、Density(,kg/m3)

Effectofpressure,temperatureandsalinityondensityDensityincreasewithincreasingpressure(depth)[relativelittle]S<24.7,thedensitywillincreasewithdecreasingtemperatureuntilitreachesamaximumvalueandwillthendecreaseuntilthewaterfreezes-justaspurewaterbehavesyouaregivenfourwatersamplesA,B,CandDwiththetemperaturesandsalinitiesshownintheTS-diagram.Whichofthelistedarrangementsofwatersamplesgive(s)astablestratification?a)BACDb)ABCDd)BCADe)DACB海水的熱力學(xué)性質(zhì)熱容、比熱容絕熱變化／位溫沸點升高／冰點降低3.TheOceanicHeatBudget

世界大洋的熱量平衡3.1海面熱收支(Heatbudgetoftheseasurface)

Heat-budgetterms:Insolation(太陽輻射)QS,thefluxofsunlightintotheseaNetInfraredRadiation(長波輻射)Qb,netfluxofinfrared(long-wave)radiationfromtheseaSensibleHeat(感熱)FluxQh,thefluxofheatthroughthesurfaceduetoconductionLatentHeat(潛熱)FluxQe,thefluxofheatcarriedbyevaporation/condensationAdvectionQV,heatcarriedbycurrents海洋內(nèi)部3.1.1太陽輻射能(SolarRadiation)輻射定律(Lawofradiation)斯蒂芬—波爾茲曼定律：

任何溫度高于絕對零度的物體都能以輻射的形式向外釋放能量，它與絕對溫度Tk的4次方成正比。

維恩定律：

輻射能量的最大波長與輻射體表面的絕對溫度成反比。

為Stefan-Boltzmann常數(shù),等于5.67051x10-8w.m-2.k-4.F為輻射體的透明系數(shù)，絕對黑體F=1，絕對透明體F=0C=2898(?K)太陽輻射能最強的波長為0.475m（短波輻射）太陽輻射能量的99.9%集中在0.2-10m波段內(nèi)，其中可見光(0.4-0.76m)部分占44%,紅外部分(>0.76m）占47%，紫外部分(<0.40m)占9%.AtmosphericWindows太陽輻射通過大氣時，紫外部分絕大部分被臭氧吸收；紅外部分能量被大氣中的水汽，CO2等部分吸收。部分能量又被大氣中的分子顆粒等散射，而其中一部分也可達到海洋總輻射能=直達輻射+散射輻射影響因素（InfluencingFactors）Latitude:ThepolarregionsareheatedlessthanthetropicsSeason:AreasinwinterareheatedlessthnthesameareainsummerTimeofday:AreasinearlymorningareheatedlessthanthesameareaatnoonCloudiness:CloudydayshavelessthansunnydaysAverageannualrange:30W/m2<QS<260W/m2總輻射能分布(Thedistributionoftotalradiantenergy)隨緯度升高而減小總輻射能最大值出現(xiàn)副熱帶海域（與太陽高度、云量有關(guān)）太陽輻射的年變化隨緯度升高而增大。3.1.2海面有效回輻射Qb(significantreradiationoftheseasurface)

定義(definition)：

海面向大氣的長波輻射與大氣向海洋的長波輻射之差。根據(jù)維恩定律，海洋向大氣輻射能量最強的波長約在10m（長波輻射）。海洋輻射的能量90%以上集中在4~80m范圍。InfluencingFactorCloud(云）Cloudsthickness(Thethicker,thelessheatescapetospace)Atmosphericwater-vaporcontent（水汽含量）(Themorehumidtheatmospherethelessheatescapestospace)Watertemperature（海面水溫）:Thehotter,moreheatisradiated海面水溫和海洋上層的相對濕度的日變化和年度變化相對較小，則Qb隨緯度及季節(jié)變化小。

Distribution(分布）3.1.3蒸發(fā)潛熱QeLatentFluxHighwindsanddryairevaporatemuchmorewaterthanweakwindswithrelativehumiditynear100%Inpolarregions,evaporationfromicecoveredoceansismuchlessthanfromopenwaters.1、對海氣間熱交換起重要作用(importanteffect)

2、影響因素(influencingfactors)：

A.水汽溫差

B.大氣中水汽垂直分布

C.風(fēng)速

潛熱通量向高緯度海域漸次減少，這是因為那里?！獨鉁夭顪p少，從而導(dǎo)致?！獨鉂穸炔顪p少之故。最大的潛熱通量位于貿(mào)易風(fēng)區(qū)，因為那里?！獨鉂穸炔钭畲笃浯问菫沉骱秃诔眳^(qū)，那里濕度差大，風(fēng)速也大。3、分布及變化(distributionandchanges)：

(a)經(jīng)向（南北）：

赤道蒸發(fā)量?。ㄏ鄬穸却螅L(fēng)速?。?/p>

高緯度海區(qū)小（溫度低，水汽含量少）

副熱帶和信風(fēng)帶海區(qū)大氣流下沉，空氣干燥，氣溫高，風(fēng)大

(b)季節(jié)變化：

冬季最強（風(fēng)速大，水汽壓差大，水溫高于氣溫，空氣層結(jié)不穩(wěn)）

3.1.4感熱交換Sensible-Heat

1、海氣溫度不等，通過熱傳導(dǎo)也有熱量傳遞。

2、有兩個影響因素：海面風(fēng)速Windspeed和海氣溫差A(yù)ir-seatemperaturedifference

Highwindsandlargetemperaturedifferencescausehighfluxes.

3、分布：寒暖流區(qū)較強

4、季節(jié)變化：冬季強，夏季較小3.2海洋內(nèi)部熱交換（Heatexchangeintheocean）

一、鉛直方向上的熱輸運Qz(vertical)

二、水平方向熱輸送QA(horizontal)由于海水總是流動的，水平方向暖流能把熱量帶來，冷流又使這里失去熱量。例如，高緯度海域，海洋失去的熱量比從太陽那里得到的多，多余的失熱，要靠黑潮、灣流將赤道附近的熱量向極地輸送；而赤道附近從太陽獲得的熱量多于失去的，只有流走一部分，才能保持那里的平衡。因此對局部海域來說，必須考慮平流熱傳輸（Qv）

3.3Conservationofheat:Qt

istheresultantheatgainorloss.Qt>0,heatgain,T↑Qt<0,heatloss,T↓Qt=0,equilibrium，TmaxorTminQTQvQSQbQeQha)b)AverageRangeQS+150+30to+260Qb-50-60to-30Qe-90-10to-130Qh-10-2to-42TypicalValues(W/m2)WorldAnnual(Qe&Qhmaybepositiveforshortperiodlocally)HeatgainandlosswithlatitudeHeatistransferredawayfromtheequatorbywindsandoceancurrentsSeasurfacetemperaturesTemperaturesvarywithlatitudeTemperaturesvarywithseason3.4海洋熱平衡的分布與變化規(guī)律對于整個海洋的年平均或多年平均而言，熱量的收支是平衡的Qt=0但對于一年的某一時期或不同地區(qū)，海洋的熱收支卻不平衡海洋熱收支的緯度變化特點Qe與(Qs-Qb)相當(dāng)，在高緯變化趨勢相似，而在低緯因赤道地區(qū)海面濕度大，蒸發(fā)量顯著低于副熱帶海區(qū)，使得Qe呈雙峰分布Qh隨緯度變化不大，且量值較小Qt變化顯著：23N-18S海域Qt>0，海水有凈熱收入，中高緯海域，Qt<0，海洋有凈熱支出對于整個海洋來說，太陽輻射是產(chǎn)生海面水溫升高的主要因素一天水溫最高值并非出現(xiàn)在太陽高度最大的正午，而是出現(xiàn)在午后1-3時即Qt由正轉(zhuǎn)為負(fù)的時刻；同理，水溫極小值出現(xiàn)的時刻發(fā)生在Qt由負(fù)轉(zhuǎn)為正的時刻，約在凌晨。一年水溫極大值出現(xiàn)在8月份，最低值則出現(xiàn)在1-2月份。4.Theoceanwaterbudget

海洋中的水平衡MajorInfluencingFactorGain:Precipitation(P,降水),run

off(R,徑流),melting(M,融冰)Loss:Evaporation(E,蒸發(fā)),freezing(F,結(jié)冰)Current(海流)ConservationEquationForthewholeoceanAverageoftheworldocean:(1974)R=12cm/a，P=114cm/a，E=126cm/aq=P+R-E=0水平衡對鹽度的影響（effectonsalinity)世界大洋表層鹽度分布主要取決于蒸發(fā)和降水量之差S~(P-E)1）低緯度海區(qū)(lowerlatituderegion)：降水大于蒸發(fā),P-E>0,S低。

2）副熱帶海區(qū)(subtropicalregion)：蒸發(fā)大于降水,P-E<0，S高。

3）副極地海區(qū)(subpolarregion)：多云帶，蒸發(fā)少，S低。

(烏斯特,1954)水平衡對鹽度的影響（effectonsalinity)局部地區(qū)各大洋的情況(localregions)

北冰洋（ArcticOcean）：徑流大，蒸發(fā)量小，水量盈余，鹽度低，冰點升高，易結(jié)冰。

太平洋（PacificOcean）：降水最多，降水+徑流>蒸發(fā)，水量盈余，平均鹽度低。

大西洋（AtlanticOcean）：降水少，蒸發(fā)>降水+徑流，導(dǎo)致水位損失12cm/a。平均鹽度高。

5.Typicaldistributionofwatercharacteristics(Salinity,TemperatureandDensity)intheoceans5.1Distributionandchangesoftemperatureintheocean概述：75%的水體溫度(watertemperature)在0-6°C,50%在1.3-3.8°C,整體水溫平均3.8°C。其中太平洋(thePacificOcean)3.7°C，大西洋(theAtlanticOcean)4.0°C，印度洋(theIndianOcean)3.8°C。表層海水平均溫度17.4°C，其中太平洋19.1°C，大西洋16.9°C，印度洋17.0°C。1月7月5.1.1大洋表層水溫的平面分布特征1）表層水溫由低緯到高緯逐漸降低5）北半球的平均水溫大于南半球4）夏季的表層水溫略高于冬季

——太陽輻射——海流——上升流——日照時間——海陸分布3）北美加利福亞和南美秘魯近岸海域表層存在低溫區(qū)2）西部等溫線密集，東部等溫線稀疏Annualmeantemperatureattheseasurface海洋表層年平均水溫分布10℃15℃20℃coldwarm幾個特征值：年平均表層水溫：T太平洋（19.1℃)>T印度洋(17.0℃)>T大西洋(16.9℃)AverageSSTof三大洋的平均表層水溫為17.4℃波斯灣表層水溫最高(35.6℃），北冰洋最低(-3℃)500mdepth:ΔTdecrease;warmcenteronthewesternsideofthebasin5.1.2大洋深層水溫的平面分布特征1000mdepth:relativelyuniform;twomainwarmcenter（地中海、紅海和波斯灣）4000mdepth:ΔT<3℃大洋表層以下水溫的水平分布500m：水溫的經(jīng)向梯度分布明顯減少，高溫中心移向大洋的西部

1000m：水溫的經(jīng)線方向變化更小，來自地中海、紅海和波斯灣的高溫水對北大西洋的熱帶和亞熱帶海域以及印度洋西北部海區(qū)的水溫有明顯的影響，成為兩個大洋的高溫中心。

4000m：溫度分布趨于均勻，整個大洋的水溫溫差不過3度左右5.1.3VerticaldistributionofTemperatureSurface(Mixed)zone(混