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热量平衡海洋学(海洋热平衡方程)

来源:www.shuishangwuliu.com   时间:2023-05-01 05:56   点击:59  编辑:jing 手机版

1. 海洋热平衡方程

海水内部的流动是会影响海洋的热平衡的。

海水温度的高低主要取决于对太阳及大气辐射的有效辐射吸收、蒸发损失热量、海气接触面之间通过大气湍流热交换和海水内部的流动(海流、涡流、波动)等多种因素形成的热收支,即海洋热平衡。

研究海水温度能为我们实施海洋计划提供最有价值的数据支撑。

2. 海洋热平流

这主要是由于海洋和陆地之间的热力性质差异所决定的,具体如下:

1.吸收太阳辐射的能力不同:陆地反射率15%-30%,水的反射率10%-20%,所以在同样条件下,水比陆地多10%-20%,即水的吸收太阳辐射的能力比陆地强。

2.投射太阳辐射不同:水对大多数波段的太阳辐射都是透明的,除了红光和红外线以外,可见光和紫外线等都可以投射到水的很深层,陆地是不透明的,随意太阳辐射主要集中在陆地表面。

3.传递能量的辐射不同:陆地是固体的,主要是靠分子传导的,岩石土壤导热率小,所以太阳辐射的能量集中在地面表层,而水是流动的,在海洋当中存在这平流,对流,海流,洋流以及水下,水平流等等,所以,海洋可以把太阳辐射能力分布到深层。

4.比热不同:岩石土壤等组成地面的主要物质的比热比水体要小,水的比热容大约是4.1868(j/g.k),岩石的比热容为0.837(j/g.k),所以使水温升高1摄氏度的能量可以使岩石土壤升高5摄氏度左右。

5.水分蒸发耗热状况不同:水体水分供应充足,蒸发耗热比较大,失热多,温度不易升高,水体上面由于蒸发存在着大量的水汽,可以大量的吸收水体的长波辐射,然后以大气逆辐射的形式返回给水体,因而水体不易剧烈降温,此外,水体上方的云体比较多,热量不容易急剧散失,温度变化比较平缓。 基于以上水体与陆地的热力性质的差异,所以同纬度的海洋与陆地在同一时刻,海洋的温差较小,而且夏天陆地热海洋冷,冬天却正好相反。

此外,由于海洋的热力性质,使得海洋有了热力惰性,所以海洋对于太阳辐射的季节变化要比陆地晚一个月左右。

3. 海洋全热量平衡方程

0到30度纬度正是赤道所在的热带地区,而又同时处于几大洋,常年的高温,使得海洋的海水温度高,蒸发量大,形容起来就像一个烧热的水,在洋流的作用下,输送大量的热气,形成热带气旋,风暴潮,台风等等。所以热带海洋输送的热量比大气多。

4. 海面热收支平衡方程

海水温度是反映海水热状况的一个物理量。海水温度有日、月、年、多年等周期性变化和不规则的变化,它主要取决于海洋热收支状况及其时间变化。

海水温度是表示海水热力状况的一个物理量,海洋学上一般以摄氏度(℃)表示,测定精度要求在±0.02℃左右。太阳辐射和海洋大气热交换是影响海水温度的两个主要因素。海流对局部海区海水的温度也有明显的影响。在开阔海洋中,表层海水等温线的分布大致与纬圈平行,在近岸地区,因受海流等的影响,等温线向南北方向移动。海水温度的垂直分布一般是随深度之增加而降低,并呈现出季节性变化。

5. 海洋热平衡方程中各项的物理含义

水量平衡方程式  水量平衡方程式可由水量的收支情况来制定。系统中输入的水(I)与输出的水(O)之差就是该系统内的蓄水量(△S),其通式为:

I-O=±△S按系统的空间尺度,大可到全球,小至一个区域;也可从大气层到地下水的任何层次,均可根据通式写出不同的水量平衡方程式。

全球水量平衡方程式可写为:

式中圶c为大陆的降水量;为海洋的降水量;为大陆的蒸发量;为海洋的蒸发量。局部区域可理解为任意给定的空间,如河流、湖泊、冰雪等水体,各大小流域,山区、平原、盆地、农田、城镇、森林、草场等各种自然土地和土地利用的不同地段。还有按自然和行政划分的海洋区域。它们的区域界线可以是闭合的,也可以是非闭合的。从水量交换的角度也可把水量平衡的区域划分为4个自然系统,并可相应列出水量平衡方程式。

大气系统,其水量平衡方程式为:

Ai-+E-P=±△A

式中Ai和 分别为大气层中除降水与蒸发以外的其他收入水量和支出水量;P和E分别为降水量和蒸发量;△A为大气系统中的蓄水量。

流域系统,其水量平衡方程式为:

P-R-E=±△S

式中流域蓄水量 (△S)为降水量(P)减去径流量(R)和蒸发量(E)之差。

土壤系统,其水量平衡方程式为:

P +Cm-R +Si--E=±△W

式中Cm为土壤中的凝结水,Si为由地下水和壤中流形式进入土壤层的水;为由土壤层向下渗入地下水和壤中流形式流出土壤层的水;△W为土壤层中的蓄水量。

地下水系统,其水量平衡方程式为:

αP +Ui--Eu=±△U

式中 α为地下水的降水入渗补给系数;Eu为地下水上升经土壤到地面后的蒸发量;Ui为地下流入系统的水量;为地下流出系统的水量;△U为地下的蓄水量。

以上 4个系统的水量平衡可以相互结合列成联立方程,用于水循环或水量交换的研究。对于特定区域、空间层或水体的水量平衡方程可视具体的条件列出。

6. 海洋在地气系统热量平衡中的作用

海水温度是度量海水热量的一个重要指标,也是海洋热能的一种表现形式。海洋热能不仅驱动大部分的大洋环流,而且还制约着海洋生物系统运转的速率。海洋热量的收入,主要是来自太阳辐射的热量。有研究表明,到达海面的太阳总辐射的年总量达12.6×10^20~13.6×10^20kJ。其中8%的热量被反射回大气,其他的全部被海水所吸收。海洋表面年平均温度在-2℃~30℃,全球海洋年平均水温为17.4℃,相比全球年平均气温,要高出3.1℃。

在一年四季中,海洋表层的温度并不稳定。一般来说,低纬度海区的水温,要高于高纬度海区的水温。同一海区的水温,在夏季高些,冬季低些。赤道海区的水温是最高的。太平洋西部赤道两侧为最高,形成著名的西太平洋暖流。海洋温度除有水平差异外,还会向深层逐渐降低,但上层降温快,下层降温慢,甚至趋向均匀。温度随深度而迅速降低的大洋水层称为温跃层,它是生物以及海水环流的一个重要分界面,它通常位于海面以下100~200米处。

7. 海洋热平衡方程对海洋热状况的作用

洋生态系统是生物圈里最大的生态系统,主要植物是浮游植物,虽然这些植物光合作用的效率不如森林生态系统的植物,但由于数量庞大,因为在地球上70%的水域中全是藻类植物,且代谢速率极快.所以它们通过光合作用每年能够产生三百六十亿吨氧气,占全球每年产生氧气总量的70%,是产生氧气最多的生态系统.

以观赏植物为主体的生态系统是园林生态系统,容易产生环境问题.森林生态系统有“绿色水库”之称,在林木茂盛的地区,地表径流只占总雨量的10%以下;平时一次降雨,树冠可截留15-40%的降雨量;枯枝落叶持水量可达自身干重2-4倍;每公顷森林土壤能蓄水640-680吨;5万亩森林相当于100万立方米贮量的水库.

大多数陆生植物的根在地下分布深而广,形成庞大的根系,比地上的枝叶系统还发达.可谓“根深叶茂”,“树大根深”,森林的根系可以牢牢的抓住土壤,防止水土流失.

8. 海洋的热量平衡受哪几个过程的影响

同一纬度地区海洋虽然与陆地接收的太阳光热相同,但由于海洋比陆地散热慢,沿海地区常年温度较高,变化较小,等温线大致同纬线平行。

而同纬度的陆地区,由于陆地同海洋相比,吸收热量快,散热也快,温度年际变化大,等温线变化比较明显,向南北突出。

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