1. 何谓海水的位温?有何实用价值?
海水的物理性质主要包括温度、密度、透明度、海冰等。现简述于下:
1.海水温度
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*1020~13.6*1020kJ。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。
2.海水密度
所谓海水密度,就是指单位体积内所含海水的质量。海水的密度要大于淡水的密度,约为1.022~1.028g/cm3,之所以比淡水的密度大,原因就是海水中含有许多溶解盐类。此外,海水会随着温度、盐度和气压的变化而变化。温度升高时密度减小,盐度增加时密度增大,气压加大时密度增大。这就是三者对海水密度的影响。
此时你可以想象一下,假设有一艘轮船从长江口进入大海,会发生什么样的情况呢?很明显,不管是在长江还是在大海,同一艘轮船所需要的浮力都是相同的,都等于它的重量,不同的是需要排开液体的体积不同,由于海水的密度比淡水大,所以,只要排开较少体积的海水,就能获得同样的浮力,也就是说,轮船从长江进入大海时船体会自然而然地向上浮。
3.海水的透明度
自然世界中,并非所有的海水都是清澈透明的,有些地方的海水清澈透明,阳光可以照射很深,而有些地方的海水则比较混浊,阳光只能照射到很浅的海水。为了表示不同海域的海水能见程度,科学家们引进了透明度的概念,即透明度就是表示海水透明程度的一个量,它是人们衡量海水光学性质的重要参考。
那么,该如何测量海水的透明度呢?首先要准备一个直径为30厘米的白色圆板,任何材质都可以,但要保证它能沉入水中,这种圆盘被称为透明度盘。其次在圆盘上系一根绳子,并在绳子上做好长度标记。然后把圆盘放入水中,让它缓慢沉下去,不要让圆盘过度倾斜。仔细观察沉入水中的白色圆盘,直至看不见时,记下圆盘在水中的深度,这就是该处海水的透明度,也可以说是能见度深度。
海水的透明度会受到多种因素的影响,如海水的颜色、水中悬浮物、浮游生物、海水的涡动、入海径流,甚至天空的云量等。
一般远离海岸的海水透明度较高,靠近大陆的海水透明度较低。世界各大洋的透明度值并不是一样的,平均来说,太平洋的水透明度比大西洋和印度洋的水要高。
4.南极海冰
淡水结冰是在0℃,海水因含盐度较高,冰点要低于淡水。随着海水中含盐量的增大,海水的冰点降低,这是海水不易结冰的原因之一。另一个原因是海水密度最大时的温度低于淡水密度最大时的4℃,且随着盐度的增大而降低。所以,海水结冰的过程较为缓慢。
海冰形成的过程非常复杂。从物理学上讲,寒冷的天气使表层海水散失热量,随之海水温度降低、密度增大,于是海水产生下沉,而底层海水密度偏小,便要上升到表层。这样海水的垂直的对流过程开始进行,对流会使整个水体的密度保持稳定。当海水对流停止时,海水就会逐渐结成冰。
2. 海水温度随纬度变化规律
世界海洋的水温变化一般在-2℃—30℃之间,其中年平均水温超过20℃的区域占整个海洋面积的一半以上。海水温度日变化很小,变化水深范围从0—30米处,而年变化可到达水深350米左右处。
在水深350米左右处,有一恒温层。但随深度增加,水温逐渐下降(每深1000米,约下降1°—2℃),在水深3000—4000米处,温度达到2°—-1℃。
影响海水温度的因素:
1、纬度:不同纬度得到的太阳辐射不同,则温度不同。全球海水温度分布规律:由低纬度海区向高纬度海区递减。
2、洋流:同纬度海区,暖流流经海水温度较高,寒流流经海水温度较低。
3、季节:夏季海水温度高,冬季海水温度低。
4、深度:表层海水随深度的增加而显著递减,1000米以内变化较明显,1000米——2000米变化较小,2000米以常年保持低温状态
3. 海水温度分布的成因
海水温度分布规律:
表层水平方向
1、不同纬度的海区:从低纬度向高纬度递减;
2、同一纬度的海区:暖流经过的海区水温较高,寒流经过海区水温较低;
3、同一海区:夏季水温高,冬季水温低。
垂直分布
水温由表面向深层递减,在1000米以下垂直温差较小。
4. 海水温度的分布特点
太平洋海水盐度分布受蒸发和降水,结冰和融冰,大陆径流和洋流影响,各海区盐度差异很大,主要特点是:赤道附近由于降雨量大于蒸发量,盐度低;而在南北副热带海域,蒸发量大于降水量,盐分高;在高纬度地区,因气温低,蒸发小,盐度也低;而西太平洋的黄海和渤海受大陆径流影响,盐度低并有明显季节变化;而东太平洋南北美洲寒流经过和多雨地区,盐度也较小。
5. 海洋位温
海水的温度决定于辐射过程、大气与海水之间的热量交换和蒸发等因素。大洋中水温为 -2℃至30℃;深层水温低,大体为-1℃至4℃。大洋表层年平均水温:太平洋最高,为19.1℃;印度洋次之,为17.0℃;大西洋最低,为16.9℃。三大洋平均表层水温为17.4℃,比近地面年平均气温14.4℃高3℃。可见海洋是温暖的。北冰洋和南极海域最冷,表层水温为-1.7℃至-3℃。
大洋表层水温的分布主要决定于太阳辐射和洋流性质。等温线大体与纬线平行,低纬水温高,高纬水温低,纬度平均每增高1度,水温下降0.3℃。北半球大洋的年平均水温均高于同纬的南半球,北半球的水温平均高于南半球3.2℃。
海洋水温在垂直方向上,上层和下层截然不同。上部在1000~2000米的水层内,水温从表层向下层降低很快,而2000米以下则水温几乎没有变化。大致在南、北纬 45°之间,海水水温的垂直分布可分三层:①混合层,一般在大洋表层100米以内,由于对流和风浪引起海水的强烈混合,水温均匀,垂直梯度小。②温跃层,在混合层以下和恒温层以上,水温随深度增加而急剧降低,水温垂直梯度大。③恒温层,在温跃层以下直到海底,水温一般变化很小,常在2~6℃间,尤其在2000~6000米深度区,水温为2℃左右,故称恒温层。
大洋中表层水温日变化很小,日较差通常在0.4℃以下。沿岸海区,日较差达3~4℃以上。大洋表层水温的年变化,以北半球论,最高在8~9月,最低在2~3月。最高、最低水温的出现时间均比陆地上最高、最低气温出现的时间滞后。大洋水温的年变化幅度因纬度而异,在赤道和热带海域年较差小,一般只2~3℃;在温带海域年较差大,可达10℃左右;在寒带海域年较差又缩小,一般只2~3℃。整个海洋表层水温以波斯湾最高,达35.6℃;北冰洋最低,为-3℃;相差38.6℃,远小于近地面空气的极值温差133℃。
6. 海水温度与纬度的关系
应当分类讨论,在不同的季节、不同的纬度海水温度的变化规律是不同的。
在高纬度地区,海面温度一般是海面低,往下的海水温度相对较高,比如南极、北极地区;在赤道和低纬度地区,由于海水吸收太阳的辐射热,因此海面海水的温度最高,越往下越低。
当然,有很多因素影响到海水的温度,比如海底火山的活动会导致深海海底的海水处于高温。此外,洋流的运动也会造成海水温度的巨大差异,著名的暖流比如墨西哥暖流湾流、北大西洋暖流、黑潮、对马暖流、东澳大利亚暖流、莫桑比克暖流…… 寒流比如亲潮(千岛寒流)、北太平洋的加里福尼亚寒流,南太平洋的秘鲁寒流,北大西洋的加那利寒流,南大西洋的本格拉寒流,南印度洋的西澳寒流等等。
7. 海水温度的定义
海水的表面水温随着纬度和大陆架的变化有一定的差别,三大洋的表面年平均温度为17.4摄氏度,其中太平洋的表面年平均温度为19.1摄氏度,印度洋的表面年平均温度为17摄氏度,大西洋的表面年平均温度为16.9摄氏度,随着深度的变化,水温也会变化,水下1000米的水温大约4-5摄氏度,水下2000米的水温大约2-3摄氏度。