第三章：海水的物理特性和世界大洋的层化结构.pptx

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海洋学基础,主讲：

林卫兵,海洋学基础,主要内容及学时安排,2学时4学时,：

海水的物理性质和大洋的层化结构2学时,海洋学基础第一章：

绪论第二章：

地球科学与海底系统第三章第四章第五章第六章第七章第八章第九章第十章,：

海水的化学组成和特性：

海洋环流：

海洋中的波动现象：

潮汐：

大气与海洋：

海洋生物：

大洋调查方法简介,复习作业：

2学时2学时2学时2学时2学时2学时2学时2学时,3.1海水的主要热学和力学性质（纯水的特性，海水的盐度，海水的主要热性质和力学性质，海水的密度和海水状态方程）3.2海冰（海冰的形成、类型和分布，海冰的物理性质，海冰与海况）3.3世界大洋的热量与水量平衡（海面热收支、海洋内部的热交换、海洋中的水平衡）3.4世界大洋温度、盐度、密度的分布和水团（海洋温度、盐度和密度的分布与变化，海洋水团、海洋混合及温度、盐度、密度的细微结构）,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,主要内容,通过本章的学习，掌握海水温度盐度密度、海冰、海洋水团、海水混合、细微结构的相关概念，了解海水的一些热学和力学性质，太阳辐射对海洋的重要性，海洋热收支和水平衡的具体过程以及全球水团结构、不同海域海水混合的主要过程，为提高学习效率和进一步学习其他的海洋科学知识做好准备。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,学习的目的,3.1.1海水的组成,海水是含有多种无机盐复杂的溶液，现已测定出80多种元素，其中有11种是主要成分，占海水总含盐量的99.9%以上。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,海水：

混合溶液=淡水+无机盐+有机物+悬浮质+,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,海水组成恒定性原理PrincipleofconstantproportionMarcet原理或Dittwar定律：

无论海水所溶解的盐类的浓度大小如何，其中常量离子间比值总是恒定的。

Regardlessofvariationsinsalinity,theratiosbetweentheamountofmajorionsinopen-oceanwaterareconstant.,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,3.1.2海水的盐度,海水的盐度是海水含盐量的标志，海洋中发生的许多现象都与盐度的分布和变化密切相关。

但海水绝对盐量的测量十分困难，引用“盐度”的概念以近似地表示海水的含盐量。

盐度的首次定义（基于化学方法）盐度的重新定义（电导盐度）实用盐度标度（PSS78，1978年）任意温度条件下海水盐度的计算CTD现场资料海水盐度的计算,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构海洋学基础基于化学方法的盐度的首次定义1902年，克努森（Kundsen）等基于化学分析测定的方法建立了盐度和氯度的定义，编制了海洋学常用表，规定了常规测定方法。

海水的盐度（Salinity，1902）“在l000g海水中，碳酸盐全部转换成氧化物，溴（Br-）和碘（I-）以氯当量置换，有机物全部氧化之后所剩固体物质的总克数称为海水的盐度，以S表示,单位为：

gkg”。

利用海水组成恒定性，测定出其中某一主要成分的含量，便可推算出海水盐度。

海水的盐度的测量方法是：

取一定量的海水，加盐酸和氯水，蒸发至干，然后在480C的恒温下干燥48小时，最后称量所剩余的固体物质的重量。

在这一过程中会发生以下主要化学变化：

MgCO3+2HClMgCl2+CO2+H2OMg（HCO3）2+2HClMgCl2+,2Br+Cl22Cl+Br2,2CO2+2H2O（加氯水）（加氯水）,+HCl,2I+Cl2MgCl2+H2OMg（OH）Cl,2Cl+I2加热Mg（OH）Cl加热MgO+HCl,由此可见，海水的盐度并不等于其真正的含盐量，但二者之间相差极小。

用上述方法测定海水的盐度，操作复杂，不适合在海上调查工作，实际上所有的盐度值是通过测定海水的氯度来求得的。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,“在1000g海水中，将溴和碘以氯替代后，所含氯,1,的总克数。

单位：

gkg，用Cl来表示”。

氯离子在11种主要成分中约占55%，可以使用AgNO3滴定法简单而准确地进行测定，从而产生了氯度的概念。

在滴定过程中有如下化学反应（AgNO3滴定）：

X（Cl，Br，I）+Ag+AgX（卤化银）上述方法测得的结果并非真正的氯含量，而是有溴和碘的量。

用测定海水氯含量的方法，测得的氯度与盐度的关系为：

S=0.030+1.8050Cl标准海水：

用AgNO3滴定法测定海水的氯度时，国际上使用一种氯度值精确为19.374的大洋海水作为标准，称为标准海水。

其对应的海水盐度为35.000。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,海水的氯度,代表性差（只分析了波罗的海、北海和红海等海域表层9个海水样品）；公式是建立在海水组成恒定性规律之上的，这种恒,定性是近似的，因此氯度值相同的海水其盐度不尽相同；,AgNO3滴定法现场操作不方便，容易产生误差。

随着电导盐度计的出现，测定盐度的方法更方便，,精度大为提高。

考克斯等（CoxR.A.et.1967）对由大洋和不同海区不深于100m水层内采集的135个海水水样，准确地测定其氯度值计算盐度，同时测定水样的电导比R15，可得出盐度与电导比的关系。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,克努森盐度公式存在的问题：

电导盐度（1969）：

式中R15表示：

温度15，“一个标准大气压”（101325Pa）下，水样的电导率C（S，15，0）与盐度精确为35.000（Cl=19.374）的标准海水电导率C（35，15，0）之比值。

上式由大洋和不同海区不深于100m水层内采集的135个水样，准确地测定其氯度值计算盐度，同时测定水样的电导比，得出盐度S与电导比。

依此方法测定盐度的精度高且速度快。

国际“海洋学常用表和标准联合专家小组”（JPOTS）于1969年推荐该式为海水盐度的新定义。

盐度的重新定义（电导盐度）,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,用电导方法测定海水的盐度，是测盐技术上的重大改进，其测盐精度可达0.003左右，分析速度大为提高。

但也存在严重缺点：

盐度值还是通过氯度值确定的；仍然是建立在海水组成恒定的基础上；当标准海水发生某些变化时，由克努森公式求出的盐度值不相等。

为克服上述缺点，便建立了1978年实用盐度标度，仍然用电导方法进行测定。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,15,K=,=1,C（35，15，0）C（32.4356，15，0）,实用盐度标度（PSS78）,为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖，JPOTS又提出了1978年实用盐度标度（thePracticalSalinityScale，1978），并建立了计算公式，编制了查算表，自1982年1月起在国际上推行。

建立实用盐度的固定参考点：

实用盐度是采用高纯度的KCl配制成浓度为32.4356的可再制溶液，在“一个标准大气压”下，温度为15时的电导率，与同温同压下氯度为19.347的国际标准海水的电导率相同，即：

即当K15=1时，标准KCl（浓度为32.4356）溶液对应的盐度值为35.000，作为实用盐度的固定参考点，以保持盐度历史资料与实用盐度资料的连贯性。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,实用盐度的计算公式：

将盐度为35.000的国际标准海水，加蒸馏水，用重量法稀释和浓缩得到各种盐度值的K15建立如下公式：

S=aiK,15,i/2,5,i=0,式中：

K15是在“一个标准大气压”下，温度为15时，海水样品的电导率与标准KCl（浓度为32.4356）溶液的电导率之比。

a0=0.0080，a1=0.1692，a2=25.3851，a3=14.0941，a4=7.0261，a5=2.7081，ai=35.0000。

适用盐度范围：

2S42，实用盐度不再使用符号“”。

由于海水的绝对盐度（SA）海水中溶质的质量与海水质量之比值是无法直接测量，它与测定的盐度S有差异，因此也称S为实用盐度（PSU）。

实用盐度标度（PSS78）,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,其中：

S=,15,5bRi/2是温度变化引起的盐度改,t15,1+K（t15）i=0i,任意温度t的条件下测定的电导比Rt，其盐度计算公式为：

S=aiR,15,i/2+S,5,i=0,bi=0.0000，K=0.0162。

正值，系数b分别为：

b0=0.0005，b1=0.0056，b2=0.0066，b3=0.0375，b4=0.0636，a5=0.0144，5,i=0,任意温度条件下海水盐度的计算,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,利用盐度（电导）温度深度仪（CTD）现场观测资料计算海水盐度的方法：

利用CTD观测到的电导率是在其盐度为S，温度为t（），压力为p（kPa）的情况下取得的，记为C（S，t，p）。

不能用实用盐度计算公式计算海水的实用盐度，必须经过适当处理。

实际工作中，可以根据国际海洋学常用表查算。

由于海水有了“盐度”，海水的性质也产生了许多异常，海水的运动也较为特殊，因此盐度成为物理海洋学中的重要参数，所以世界海洋学者和机构才反复对其进行研究。

CTD现场资料海水盐度的计算,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,3.2.1纯水的特性,1）水分子结构特殊:

水分子因具有极性并相互结合，形成比较复杂的水分子，但水的化学性质并未改变，这种现象称为水分子的缔合。

2）水的溶解力强:

3）水的密度变化反常:

m3,4C时水的密度最大，纯水=1000kg；4C以上时，,密度随温度的降低而增大；4C以下时，密度随温度的降低而减小，出现反常膨胀（如：

冰=916.7kgm3）。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,4）水的热性质特殊氧族元素的氢化物：

H2O、H2S、H2Se、H2Te水的熔点、沸点、比热、蒸发潜热和表面张力等都比氧的同族化合物高，其根本的原因是缔合分子的离解需要消耗较多的能量。

沸点,熔点,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,海水的热性质：

指海水的热容、绝热温度、位温、热膨胀、,压缩性、热导率和比蒸发潜热。

1）热容和比热容热容：

海水温度升高1K（或1C）时所吸收的热量。

单位：

J/K或J/C。

11,比热容：

单位质量海水的热容。

单位：

JKgC。

定压比热容：

在一定的压力下测定的比热容。

记为：

Cp。

定容比热容：

在一定的体积下测定的比热容。

记为：

Cv。

定容比热容Cv的值略小于定压比热容Cp。

Cp/Cv约为1-1.02。

1,海水的比热容约为3.89103JKgC-1，密度为,1025Kgm-3；空气的比热容约为1103JKg,1,C-1，,密度为1.29Kg,m-3。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,气压为1013.25hPa时海面的比热容Cp（103JKg-1,C-1）,S,t/C,0510152025303540,第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,2）体积热膨胀,海水的热膨胀系数：

当温度升高1K（1C）时，单位体积海水的增量。

以表示，在压力、盐度一定时：

=1/V（V/t）p，s或=1/（/t）p，s式中：

的单位为C-1。

为海水的比体积（单位体积的质量），海洋学中称为比容。

第三章：

海水的物理特性和世界大洋的层化结构,海洋学基础,最大密度温度：

海水的热膨胀系数由正值转为负值时所对应的温度（t（max））。

有经验公式：

t（max）=3.952.0101S1.1103S20.2104S