海洋科学导论课件-3-海水性质.ppt

1、1234v一、海水组成：一、海水组成：v混合溶液=水+无机盐+有机物+悬浮物等v海水中海水中96.5%96.5%以上为水以上为水, ,无机盐仅占无机盐仅占3.5%3.5%左右左右1海水中无机盐v海水中的无机盐仅占海水中的无机盐仅占3.5%3.5%左右左右v目前分离出目前分离出8080余种余种, ,其中其中1111种主要无机盐占种主要无机盐占99.99%99.99%Garrison,20091海水组成恒定性原理v不同海域海水中无机盐不同海域海水中无机盐绝对含量不同绝对含量不同v海水中主要无机盐海水中主要无机盐相互间比值基本恒定相互间比值基本恒定. .元素元素constituentconstitu

2、ent符号符号含量含量g/kgg/kg比值比值含量含量g/kgg/kg比值比值氯离子氯离子ChlorideChlorideClCl- -19.35019.35018.98018.980钠离子钠离子SodiumSodiumNaNa+ +10.70010.70055.355.310.55610.55655.6255.62硫酸根硫酸根sulfatesulfateSOSO4 42-2-2.7102.71014.0014.002.6492.64913.9513.95镁离子镁离子magnesiummagnesiumMgMg2+2+1.2901.2906.666.661.2721.2726.706.70钙离

3、子钙离子calciumcalciumCaCa2+2+0.4100.4102.122.120.4000.4002.112.11钾离子钾离子potassiumpotassiumK K+ +0.3900.3902.012.010.3800.3802.002.00碳酸氢根碳酸氢根bicarbonatebicarbonateHCOHCO3 3- -0.1400.1400.7230.7230.1400.1400.7370.737溴离子溴离子bromidebromideBrBr- -0.0670.067锶离子锶离子strontiumstrontiumSrSr2+2+0.0080.008硼离子硼离子boron

4、boronB B3+3+0.0040.004氟离子氟离子fluoridefluorideF F- -0.0010.001合计合计totaltotal35.1335.1334.434.4v前六元素含量：前六元素含量：34.91/35.13=34.91/35.13=99.3799.37% %；34.237/34.4=34.237/34.4=99.5399.53% % 盐的循环盐的循环事实事实1 1：河流将岩石风化产生的盐带到大海每年：河流将岩石风化产生的盐带到大海每年10101515克克/ /年年事实事实2 2：海洋盐度在过去：海洋盐度在过去1515亿年中保持不变亿年中保持不变稳定状态：盐的输入率

5、等于输出率岩石圈板块生物的调节作用！？一、纯水一、纯水v分子结构特殊分子结构特殊v分子极性分子极性v分子缔合力分子缔合力H2O: 唯一一种能在地球表面以固态、液态、气态同唯一一种能在地球表面以固态、液态、气态同时存在的物质。时存在的物质。分子缔合分子缔合三种相下的分子状态图三种相下的分子状态图地球上水地球上水v1溶解力强（极性）：溶解力强（极性）：水可轻易将盐分解为离子状态水可轻易将盐分解为离子状态水合作用水合作用: : 溶质的分子或离子与溶剂的分子相结合的溶质的分子或离子与溶剂的分子相结合的作用。对于水溶液来讲称为水合作用作用。对于水溶液来讲称为水合作用 Sodium Chloride氯化钠

6、氯化钠NaClNaCl离子键离子键CationAnion阳离子阳离子 阴离子阴离子 纯水性质纯水性质v水在温度水在温度4 4C C附近时密度最大附近时密度最大v高于40C时分子热运动强v低于40C时有利于分子的缔合（分子缔合力随温度降低增强）v冻结为冰时，水分子全部缔合成一个巨大的分子缔合冻结为冰时，水分子全部缔合成一个巨大的分子缔合体，称为分子晶体。结构排列松散，密度减小体，称为分子晶体。结构排列松散，密度减小2 2密度变化异常密度变化异常纯水性质纯水性质v水遵循水遵循“热胀冷缩热胀冷缩”规律吗？规律吗？ 3沸点和融点、比热、蒸发潜热等热性沸点和融点、比热、蒸发潜热等热性质比氧的同族化合物高

7、质比氧的同族化合物高9其理论上分别为其理论上分别为-90 -90 和和-80-80 ，而实际上为，而实际上为0 0 和和100100含3.5%左右无机盐Garrison,2009海水性质海水性质l溶解力更强溶解力更强l海水不遵循热胀冷缩规律海水不遵循热胀冷缩规律l冰点温度及比淡水更低冰点温度及比淡水更低l冰点冰点/ /沸点比淡水更低沸点比淡水更低/ /高高海水性质海水性质海水溶解力更强海水溶解力更强从波罗的海海底打捞上来的二战炸弹海水的最大密度温度及冰点温度都与海水盐度有海水的最大密度温度及冰点温度都与海水盐度有关关海水不遵循热胀冷缩规律海水不遵循热胀冷缩规律34231102 . 0101 .

8、 1100 . 295. 3(max)TSSSP1053. 710154996. 210715023. 10575. 0T8242/33SSSf海水性质海水性质热容、比热容热容、比热容热膨胀热膨胀蒸发潜热和饱和水汽压蒸发潜热和饱和水汽压绝热过程和位温绝热过程和位温压缩性压缩性热传导热传导沸点升高冰点降低沸点升高冰点降低热容、比热容热容、比热容v热容：海水温度升高热容：海水温度升高1K1K所吸收的热量。单位：所吸收的热量。单位：(J/K(J/K）v比热容：单位质量海水的热容。单位：比热容：单位质量海水的热容。单位：J/(K kg)J/(K kg) 1m1m3 3海水降低海水降低1 1C C放出的

9、热量可使放出的热量可使3100m3100m3 3的空气升高的空气升高1 1C C海水温度海水温度变化滞缓变化滞缓海水热力学性质海水热力学性质保持压力不变的情况下的比热容保持压力不变的情况下的比热容保持体积不变的情况下的比热容保持体积不变的情况下的比热容 一般而言，一般而言，cp/cv = 11.02海水热力学性质海水热力学性质遵循热胀冷缩规律？遵循热胀冷缩规律？v热膨胀系数正负转变时对热膨胀系数正负转变时对应的密度最大。应的密度最大。SPVV,T1海水热力学性质海水热力学性质在研究中通常视为不可压流体。温度、盐度和压力温度、盐度和压力v海水的压缩性是海水中声波传播的关键海水的压缩性是海水中声波

10、传播的关键tStp,1-海水热力学性质海水热力学性质v什么叫绝热变化？什么叫绝热变化？海水绝热下沉时，压力增大使体积缩小，导致温度升高海水绝热下沉时，压力增大使体积缩小，导致温度升高海水绝热上升时，压力减小使体积膨胀，导致温度降低海水绝热上升时，压力减小使体积膨胀，导致温度降低。 海水绝热温度变化随压力（深度）的变化率称为绝热海水绝热温度变化随压力（深度）的变化率称为绝热温度梯度。海洋的绝热温度梯度平均为温度梯度。海洋的绝热温度梯度平均为 0.110.11C/kmC/km海水热力学性质海水热力学性质海水热力学性质海水热力学性质v蒸发过程蒸发过程：水变成：水变成同温度同温度汽的过程。汽的过程。v

11、比蒸发潜热比蒸发潜热L L：1Kg1Kg水变成水变成同温度同温度汽所吸收的热量。汽所吸收的热量。L L受盐度影响很小，可只考虑温度的影响受盐度影响很小，可只考虑温度的影响Dietrich(1980)Dietrich(1980)给出如下计算公式（给出如下计算公式（0 0 30300C）C30T0 J/kg10)T720. 29 .2502(3L海水热力学性质海水热力学性质v饱和水气压：饱和水气压：水变汽和汽变水过程达水变汽和汽变水过程达动态平动态平衡衡时具有水汽压。时具有水汽压。 对纯水而言，对纯水而言，饱和水汽压是指水分子有水面逃出和饱和水汽压是指水分子有水面逃出和同时回到水中的过程达到平衡时

12、，水面上水汽所具同时回到水中的过程达到平衡时，水面上水汽所具有的压力。有的压力。 对海水而言，对海水而言，由于盐度存在，则单位面积海面上平由于盐度存在，则单位面积海面上平均水分子数目要少，限制了海水蒸发，使饱和水汽均水分子数目要少，限制了海水蒸发，使饱和水汽压降低压降低 饱和水汽压与温度有关饱和水汽压与温度有关海水热力学性质海水热力学性质海面的蒸发量海面的蒸发量 与海面上水汽压与饱和水汽压的差成正比与海面上水汽压与饱和水汽压的差成正比 饱和水汽压小不利于蒸发饱和水汽压小不利于蒸发蓬莱仙境 由于海水蒸发，海洋平均每年由于海水蒸发，海洋平均每年失去失去126cm126cm厚的海水厚的海水为何为何不

13、见海面降低？不见海面降低？ 热带气旋热带气旋、台风、飓风的、台风、飓风的生成生成与蒸发有密切关系与蒸发有密切关系 海雾海雾蒸发水汽饱和蒸发水汽饱和海水的热传导v相邻相邻海水温度不同海水温度不同时，热量由高温向低温转移。时，热量由高温向低温转移。v两种形式：两种形式：分子热传导、湍动热传导分子热传导、湍动热传导 分子热传导：分子热传导：分子的随机运动引起，量级为分子的随机运动引起，量级为1010-1-1 与与海水性质海水性质有关有关海水的热传导 湍动热传导湍动热传导：亦称涡动热传导。量级为亦称涡动热传导。量级为10102 2 10103 3 海水块体随机运动所引起海水块体随机运动所引起 （分子量

14、级为（分子量级为1010-1-1） 与海水的与海水的运动状况运动状况有关有关波罗的海与北海水相遇分界线及分层（流速慢、密度差异大）海水热力学性质海水热力学性质海水盐量扩散海水盐量扩散与上述情形类似与上述情形类似 分为分为：分子分子盐扩散和盐扩散和涡动（湍动）涡动（湍动）盐扩散盐扩散 与海水的性质和运动状况有关与海水的性质和运动状况有关分子盐扩散系数仅为分子热传导系数的分子盐扩散系数仅为分子热传导系数的0.010.01左右左右（为什么？）（为什么？）都与盐度有关都与盐度有关随盐度增大沸点升高随盐度增大沸点升高随盐度增大冰点下降随盐度增大冰点下降冰点温冰点温度度最大密度时的温最大密度时的温度度P1

15、053. 710154996. 210715023. 10575. 0T8242/33SSSf海水的其他物理性质v粘滞性粘滞性v渗透压渗透压v表面张力表面张力海水的粘滞性当相邻两层海水做相对运动产生切应力当相邻两层海水做相对运动产生切应力由于水分子的不规则运动或海水块体的随机运动（由于水分子的不规则运动或海水块体的随机运动（湍流），在两层海水之间便有动量传递湍流），在两层海水之间便有动量传递 海水的粘滞性v切应力：两层流体相对运动切应力：两层流体相对运动 单纯由分子运动引起的粘性系数非常小，一般可忽单纯由分子运动引起的粘性系数非常小，一般可忽略，而湍流引起的涡动粘性系数较大略，而湍流引起的涡动

16、粘性系数较大 海洋中以湍流引起的涡动粘性为主海洋中以湍流引起的涡动粘性为主 分子粘性对海分子粘性对海- -气界面物质交换过程非常重要气界面物质交换过程非常重要。nvv被半渗透膜（水分子可透过，盐分子不能透过）分开被半渗透膜（水分子可透过，盐分子不能透过）分开的海水和淡水，淡水一侧的水慢慢渗向海水一侧，达的海水和淡水，淡水一侧的水慢慢渗向海水一侧，达到平衡状态时膜两边的压力差，称为渗透压到平衡状态时膜两边的压力差，称为渗透压海水渗透压海洋生物的细胞壁就是一种半渗透膜，渗透压对海洋生物的生存十分重要！海水渗透压 液体自由面上，由于分子之间的吸引力所形成的合液体自由面上，由于分子之间的吸引力所形成的

17、合力使自由表面趋向最小，力使自由表面趋向最小，这就是表面张力这就是表面张力 小昆虫因张力存在而可以水面行走小昆虫因张力存在而可以水面行走 液体液体(0度以上时度以上时)表面张力最弱的是酒精。表面张力最弱的是酒精。海水的表面张力 海水的表面张力随温度的升高而减小，随盐度的海水的表面张力随温度的升高而减小，随盐度的增大而增大增大而增大 表面张力对海面毛细波和海浪的生成至关重要表面张力对海面毛细波和海浪的生成至关重要！海水的表面张力v温度温度描述物质分子热运动的量度描述物质分子热运动的量度。Boltzmann常数vT单位：摄氏、华氏、开尔文（SI）vCelsius, Fahrenheit and K

18、elvin换算关系 海水的盐度 盐度定义盐度定义 1kg1kg海水中所包含的溶质的总质量海水中所包含的溶质的总质量。 基于化学方法的盐度定义基于化学方法的盐度定义 “ “1kg1kg海水中的碳酸盐全部转换成氧化物，溴和海水中的碳酸盐全部转换成氧化物，溴和碘以氯当量置换，有机物全部氧化后所剩固体物碘以氯当量置换，有机物全部氧化后所剩固体物质的总克数质的总克数”。单位是。单位是g/kgg/kg，用符号，用符号表示表示(Kundsen,1902)(Kundsen,1902) 第一次给出盐度的准确定义。但该方法测定盐度第一次给出盐度的准确定义。但该方法测定盐度非常繁琐，操作复杂，时间长。非常繁琐，操作

19、复杂，时间长。海水的盐度测量（化学方法） KnudsenKnudsen公式（化学方法）公式（化学方法） 基于海水组成恒定性规律，用测定海水氯含量的方基于海水组成恒定性规律，用测定海水氯含量的方法来计算盐度法来计算盐度 S = 0.03 + 1.805 CI S = 0.03 + 1.805 CI CI CI 为氯度：为氯度：1kg1kg海水中的溴和碘以氯当量置换，氯离子海水中的溴和碘以氯当量置换，氯离子的总克数的总克数 19661966年修改为年修改为 S = 1.80655 CI S = 1.80655 CI 用用AgNOAgNO3 3滴定法测定海水的氯度滴定法测定海水的氯度 标准海水：标准

20、海水：氯度值精确为氯度值精确为19.374 19.374 的大洋水作为标准，对应的大洋水作为标准，对应的盐度值为的盐度值为35.000 35.000 。海水盐度测量：电导方法 通过测定海水的电导率来推算盐度值（通过测定海水的电导率来推算盐度值（Cox et al., 1967Cox et al., 1967） R R1515 : :一个标准大气压（一个标准大气压（1013hPa1013hPa）温度）温度1515C C时水样的电导率时水样的电导率C C(S,15,0)(S,15,0)与与标准海水（标准海水（盐度精确为盐度精确为35 35 ）电导率）电导率C C(35,15,0)(35,15,0)

21、之之比比值。值。 19691969年国际年国际“海洋学常用表和标准联合专家小组海洋学常用表和标准联合专家小组”（JPOTSJPOTS）推荐使用此新定义推荐使用此新定义51541531521515032311. 198624. 567869.10 80832.1229720.2808996. 0%RRRRRS50150%iiiRaS500%35iia)0 ,15,35()0 ,15,(15CSCR国际标准：实用盐度标度 19781978年提出，年提出，JPOTS1982JPOTS1982年年1 1月开始在国际上推行月开始在国际上推行 固定参考点固定参考点 选择一种精确浓度的氯化钾（选择一种精确浓

22、度的氯化钾（KCIKCI）溶液作为可再制的电导）溶液作为可再制的电导标准，用海水相对于标准，用海水相对于KCIKCI溶液的电导比来确定海水的盐度溶液的电导比来确定海水的盐度502/15iiiKaS)0 ,15,4356.32()0 ,15,(15CSCK2/5152152/315152/ 1157081. 20261. 70941.143851.250.1692-008. 0KKKKKS其中K15 为一个大气压下，温度150C，海水样品的电导率与标准KCI溶液的电导率之比)0 ,15,35()0 ,15,(15CSCR实用盐度标度 使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖，使盐度的测定脱离对氯度测定的

23、依赖， 为保持盐度历史资料的一致性为保持盐度历史资料的一致性 仍用原来氯度为仍用原来氯度为19.374 19.374 国际标准海水国际标准海水为实用盐度为实用盐度35.00035.000的参考点。配制精确浓度（的参考点。配制精确浓度（32.435632.4356）的氯化钾）的氯化钾溶液，与其电导率相等溶液，与其电导率相等1) 0 ,15,4356.32() 0 ,15,35(15CCK502/15iiiKaS5035iia2/5152152/315152/ 1157081. 20261. 70941.143851.250.1692-008. 0KKKKKS1/23/225/21/23/225/

24、20.00800.169225.3851 14.09417.02612.7081150.00050.00560.00660.037510.0162(15) 0.06360.0144(tttttttttttSKKKKKStSKKKtKKKC S 00, ,0)/(, ,0)235tC KCI tCtC关于标准海水获取 由电导率推算盐度可准确到由电导率推算盐度可准确到0.003 0.003 测盐度的仪器事先用测盐度的仪器事先用标准海水标准海水来标定来标定海水盐度的测定 实际利用实际利用CTDCTD测量得到的电导率是任意盐度、温度测量得到的电导率是任意盐度、温度和压力情况下获得的，需要对压力进行修正

25、。和压力情况下获得的，需要对压力进行修正。海水的密度pts,33kg/m10) 1(t3kg/m1000pts,1海水的密度v密度测量：密度测量：v表层海水的密度可以直接测量，但海面以下深层的海水表层海水的密度可以直接测量，但海面以下深层的海水密度至今尚密度至今尚无法直接测量无法直接测量。海水状态方程22/3)0 ,(CSBSASwtS1),(1)0 ,(),(ptSKnptSptSv19801980年国际海水状态方程（年国际海水状态方程（EOS80EOS80），），JPOTSJPOTS推荐从推荐从19821982年年1 1月月1 1日启用日启用。v（一）（一）“一个大气压国际海水状态方程一个

26、大气压国际海水状态方程”v适用范围是：温度适用范围是：温度-2-24040，实用盐度，实用盐度0 04242。v（二）高压国际海水状态方程（二）高压国际海水状态方程：v适应范围是：温度适应范围是：温度-2-24040，实用盐度，实用盐度0 04242，海压，海压0 0108Pa108Pa，压力匹配因数压力匹配因数n=10-5n=10-51020102210241026102810301032103410360500100015002000 densitypotential density现场密度现场密度位密位密包括咸水包括咸水冰、河冰、冰山等。冰、河冰、冰山等。 。3%-4%海洋面积被海冰覆盖

27、海洋面积被海冰覆盖海冰的危害1 1封锁港口、航道；封锁港口、航道；2 2堵塞舰船海底门；堵塞舰船海底门；3 3使锚泊舰船走锚；使锚泊舰船走锚；4 4挤压损坏舰船；挤压损坏舰船；5 5破坏海洋工程建筑物和各破坏海洋工程建筑物和各种海上设施；种海上设施；6 6使渔民休渔、毁坏近海养使渔民休渔、毁坏近海养殖基地；殖基地；7 7船舶积冰船舶积冰8.8.45320062006年年1 1月，莱州湾遭遇月，莱州湾遭遇2020多年来未多年来未遇的冰冻遇的冰冻海冰的危害海冰的危害海冰的分类4按运动形态分为按运动形态分为 固定冰和流冰两大类固定冰和流冰两大类按发展阶段分为初生冰、尼罗冰、饼状冰、初期冰、一年冰和多

28、年冰等 固定冰：与海岸、岛屿或海底冻结在一起的冰。固定冰：与海岸、岛屿或海底冻结在一起的冰。 冰架：海面以上高于冰架：海面以上高于2 2米的固定冰米的固定冰 流冰：自由浮在海面上，能随风、流漂移的冰。流冰：自由浮在海面上，能随风、流漂移的冰。 特点：大小不一、厚度各异；特点：大小不一、厚度各异； 例外：冰山界于固定冰和流冰之间例外：冰山界于固定冰和流冰之间 冰山：由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面冰山：由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出海面5m5m以以上的巨大冰体上的巨大冰体不在流冰其列。不在流冰其列。 流冰的漂移方向主要受流冰的漂移方向主要受风和海流风和海流共同制约共同制约 无风时无

29、风时，漂移方向与速率大致，漂移方向与速率大致与海流相同与海流相同 单纯单纯由风由风引起的漂移速度约为引起的漂移速度约为风速的风速的1/501/50 1/401/40，方向偏，方向偏风矢风矢量之右（北半球）量之右（北半球）或之左（南半球或之左（南半球）（为什么？）（为什么？）固定冰和流冰56漂移的海冰和冰山 冰山和流冰会影响船舰航行和危害海上建筑物冰山和流冰会影响船舰航行和危害海上建筑物 19121912年年4 4月月1414日，日，269269米长的米长的TitanicTitanic游轮在纽芬兰岛南部被游轮在纽芬兰岛南部被冰山撞沉，冰山撞沉，22242224人中人中15131513人遇难。人遇

30、难。19851985年年9 9月，月，Woods HoleWoods Hole海洋研究所的海洋研究所的Robert BallardRobert Ballard在在38443844米水下发现沉船米水下发现沉船位置位置20140103雪龙号在南极浮冰密集区等待机会救助被困住的俄罗斯科考船 初生冰初生冰 针状或薄片状的细小冰晶（Frazil ice）； 大量冰晶凝结，聚集形成粘糊状或海绵状冰(slush)； 在温度接近冰点的海面上降雪，可不融化而直接形成粘糊状冰； 尼罗冰尼罗冰（Nilas） 饼状冰饼状冰 （Pancake ice）海冰按发展阶段分类 在外力的作用下互相碰撞、挤压，边缘上升，形成直径

31、为30cm至3m，厚度在10cm左右的园形冰盘苏格兰河 10cm左右有弹性的薄冰层，在外力的作用下，易弯曲，易被折碎成长方形冰块。 海水结冰的过程当海水温度降至冰点以下时，海水出现过冷状态，海水以有机物、无机物悬浮微粒或雪花晶体作为结晶核，形成针状冰(frazil ice)，继而形成海绵状（雪泥slush），当温度继续下降的情况下，冰片增厚，面积扩大。海冰的发展过程海冰的发展过程冰形成初期速度很快，以后渐渐放冰形成初期速度很快，以后渐渐放缓缓3Frazil ice Slush Pancake ice 海冰初生阶段Frazil ice片冰片冰粗糙海面粗糙海面平静海面平静海面Pancake ice

32、饼状冰饼状冰Grease ice油脂状冰油脂状冰Nilas尼罗冰尼罗冰Sheet ice片状冰片状冰 初期冰初期冰 由尼罗冰或冰饼直接冻结一起而形成由尼罗冰或冰饼直接冻结一起而形成厚约厚约(10(1030)cm30)cm的冰层。多呈灰白色。的冰层。多呈灰白色。 一年冰一年冰 由初期冰发展而成的厚冰，厚度为由初期冰发展而成的厚冰，厚度为30cm30cm至至3m3m。时间不超过一个冬季。时间不超过一个冬季。 多年冰多年冰 至少经过一个夏季而未融化的冰。其至少经过一个夏季而未融化的冰。其特征是，表面比一年冰平滑。特征是，表面比一年冰平滑。 分为分为2 2年冰和老冰年冰和老冰初期冰、一年冰及多年冰4海

33、冰的形成v结冰条件：结冰条件：v结冰过程结冰过程( (为什么？为什么？) )4海水结冰过程海水结冰过程4海水的结冰海水的结冰纯水冻结纯水冻结盐分排出盐分排出冰下海水密度增大冰下海水密度增大对对流增强流增强冰点降低，同时冰层阻碍其下海水热量的散失冰点降低，同时冰层阻碍其下海水热量的散失减缓减缓冰下海水继续冻结的速度冰下海水继续冻结的速度结冰时，一些海水被困在冰中，结冰速度越快，俘获的海水结冰时，一些海水被困在冰中，结冰速度越快，俘获的海水越多越多海冰的分裂和消融l灰尘、杂质和盐包是溶化的中心，形成水坑l由于其反射率低，更多的吸收太阳热量，于是加速融化SurfaceAlbedo value海水0.

34、05-0.10耕地0.10-0.25无雪海冰0.30-0.40融化的雪0.40-0.50新雪0.80-0.90反射率数值4 海冰的特点海冰的特点: : 盐度大于盐度大于24.69524.695海水中结的冰海水中结的冰 1 1 结冰过程难结冰过程难 需要需要混合层均达到冰点混合层均达到冰点，则整层开始结冰，则整层开始结冰 主要是主要是纯水冻结纯水冻结，盐分大部排出冰外，盐分大部排出冰外, ,增大了冰下海水增大了冰下海水的盐度的盐度 加强了冰下海水的加强了冰下海水的对流对流和进一步和进一步降低了冰点降低了冰点； 同时同时冰层冰层阻碍阻碍了其下海水了其下海水热量的散失热量的散失，从而大大减缓了，从而

35、大大减缓了冰下海水继续冻结的速度冰下海水继续冻结的速度2011年年1月月3日胶州湾沿岸海冰厚度接近日胶州湾沿岸海冰厚度接近10厘米厘米2012年年2月月8日北黄海丹东沿岸海冰日北黄海丹东沿岸海冰2 2 海冰表面比海冰表面比较粗糙较粗糙海冰的特点海冰的物理性质 海冰盐度小于其海水的盐度海冰盐度小于其海水的盐度 部分来不及流走的盐分以卤汁的形式被包围在冰晶之间的空部分来不及流走的盐分以卤汁的形式被包围在冰晶之间的空隙里形成隙里形成“盐泡盐泡”。 海冰盐度：海冰盐度：1kg1kg海冰融化后海水所具有的盐度。海冰融化后海水所具有的盐度。海冰的盐度：海冰的盐度：海冰融化后的盐度海冰融化后的盐度。海冰的物

36、理性质海冰的盐度海冰的盐度 海冰盐度与结冰速度、结冰前海水盐度、冰龄有关海冰盐度与结冰速度、结冰前海水盐度、冰龄有关。在结冰的过程中，气温在结冰的过程中，气温越低，结冰速度越快越低，结冰速度越快，冰层厚度发展越厚，冰层厚度发展越厚，被包围在其中的卤水越多，被包围在其中的卤水越多，海冰的盐分越高海冰的盐分越高；冻结前海水的盐度越高，海冰的盐度可能也高。在南极大陆附近海冻结前海水的盐度越高，海冰的盐度可能也高。在南极大陆附近海域测得的海冰盐度高达域测得的海冰盐度高达22222323。冰的盐度冰的盐度随冰龄增大而减小随冰龄增大而减小。当海冰经过夏季时，冰面融化会使冰。当海冰经过夏季时，冰面融化会使冰

37、中卤汁流出，导致盐度降低，在极地的多年老冰中，盐度几乎为零。中卤汁流出，导致盐度降低，在极地的多年老冰中，盐度几乎为零。 海冰盐度垂向分布海冰盐度垂向分布：上层上层结冰速度快，针状轴向混乱，结冰速度快，针状轴向混乱，盐度高盐度高；下层下层结冰速度慢，针状轴向垂直排列，结冰速度慢，针状轴向垂直排列，盐度小盐度小； 海冰的密度小于海水的密度，其大小在很大程度上取决于其海冰的密度小于海水的密度，其大小在很大程度上取决于其中的空气量和盐量。中的空气量和盐量。 海冰中含有气泡，比纯水冰海冰中含有气泡，比纯水冰00时的密度时的密度917kg.m917kg.m-3-3要小要小 海冰：新冰：海冰：新冰：0.9

38、150.9150.9140.914；夏末：；夏末：0.86kg.m0.86kg.m-3-3 长方体冰会有长方体冰会有1/101/10在水面以上，在水面以上，9/109/10在水面以下。在水面以下。 海冰的密度海冰的密度冰山露出一角冰山露出一角一般情况下海冰都浮于海面，形一般情况下海冰都浮于海面，形状规则的海冰露出水面的高度为状规则的海冰露出水面的高度为总厚度的总厚度的1/71/71/101/10，尖顶冰露，尖顶冰露出的高度达总厚度的出的高度达总厚度的1/41/41/31/3。海冰的物理性质冰山仅露出一角冰山仅露出一角冰山仅露出一角冰山仅露出一角4冰山仅露出一角冰山仅露出一角4冰山仅露出一角冰山

39、仅露出一角千姿百态、鬼斧神工。海冰的比热纯水冰的比热随温度变化小纯水冰的比热随温度变化小lT=-2T=-20 0C C=2.01C C=2.0110103 3 lT=-20T=-200 0C C=1.96C C=1.9610103 3 l海冰的比热海冰的比热l当当T T一定时，一定时，C CS S成正比成正比l当当S S一定时，一定时，C CT T成正比成正比海冰的比热容比纯水冰大，且随盐度的增高而增大。海冰的比热容比纯水冰大，且随盐度的增高而增大。低盐时其比热容小，而高盐时其比热容将比纯水冰大低盐时其比热容小，而高盐时其比热容将比纯水冰大数倍。数倍。 海冰的融解潜热也比纯水冰的大。海冰的融解

40、潜热也比纯水冰的大。海冰的抗压强度约为纯水冰的海冰的抗压强度约为纯水冰的 3/4 海冰对太阳辐射的反射率远比海水的大，海水的反射海冰对太阳辐射的反射率远比海水的大，海水的反射率平均只有率平均只有 0.07，而海冰可高达，而海冰可高达0.50.7。 海冰称之为：海冰称之为：海冰的热传导海冰的热传导海冰的热传导系数小于纯水冰的热传导系数。海冰的热传导系数小于纯水冰的热传导系数。海冰的热传导系数小于海水的热传导系数。海冰的热传导系数小于海水的热传导系数。l因为海冰中含有气泡，而空气的热传导系数很小，海冰因为海冰中含有气泡，而空气的热传导系数很小，海冰的热传导系数比纯水冰小，略大于海水的分子热传导系的

41、热传导系数比纯水冰小，略大于海水的分子热传导系数数。l海冰限制了海洋向大气的热量输送，而且也使海洋的蒸发失海冰限制了海洋向大气的热量输送，而且也使海洋的蒸发失热大为减少，从而形成了海洋的保护层。热大为减少，从而形成了海洋的保护层。 l4 海冰的时空分布海冰的时空分布 时间分布时间分布： 大尺度大尺度：海冰的分布随地质年代而：海冰的分布随地质年代而变化，大体隔变化，大体隔2.52.5亿年就有一个大冰亿年就有一个大冰期。期间又有小冰期。期。期间又有小冰期。 小尺度小尺度：海冰的空间分布随季节而：海冰的空间分布随季节而变化。变化。 空间分布空间分布： 高纬海区高纬海区特有的海洋水文现象。特有的海洋水

42、文现象。 北冰洋和南极洲是地球上海冰最集北冰洋和南极洲是地球上海冰最集中的地区。中的地区。 在北冰洋边缘的附属海在北冰洋边缘的附属海, ,以及白令海、以及白令海、鄂霍茨克海、日本海、波罗的海以鄂霍茨克海、日本海、波罗的海以及中国的渤海和黄海每年冬季都有及中国的渤海和黄海每年冬季都有海冰出现。海冰出现。 4海冰的时空分布海冰的时空分布 海冰具有显著的季节和年际变化海冰具有显著的季节和年际变化。 北半球：北半球： 北半球冰界以北半球冰界以3 34 4月最大，月最大，8 89 9月最小，流冰群主要绕洋月最小，流冰群主要绕洋盆边缘流动，多为盆边缘流动，多为3 34 4米厚的多年冰。米厚的多年冰。 北冰

43、洋几乎终年被冰覆盖，冬季约覆盖洋面的北冰洋几乎终年被冰覆盖，冬季约覆盖洋面的84%84%。夏季。夏季覆盖率覆盖率54%54% 南半球南半球 南半球冰区以南半球冰区以9 9月最大，月最大，3 3月最小，多为月最小，多为2 23 3米厚的米厚的“一冬一冬冰冰”。 南极洲是世界上最大的天然冰库，占全球冰雪总量的南极洲是世界上最大的天然冰库，占全球冰雪总量的90%90%以上以上 南极洲附近的冰山，是南极大陆周围的冰川断裂入海而成南极洲附近的冰山，是南极大陆周围的冰川断裂入海而成的。出现在南半球水域里的冰山，长宽可达有几百公里，的。出现在南半球水域里的冰山，长宽可达有几百公里，高几百米。高几百米。 北冰

44、洋北冰洋 格陵兰是北半球主要的冰山发源地格陵兰是北半球主要的冰山发源地，每年约有，每年约有75007500座座冰山由此进入海洋，仅随拉布拉多寒流进入大西洋的冰山由此进入海洋，仅随拉布拉多寒流进入大西洋的就有就有388388座座/ /年，其中约年，其中约5%5%到达到达4848N N，0.5%0.5%可达可达4242N N。冰山的平均界限为冰山的平均界限为4040N N。个别冰山曾穿过湾流抵。个别冰山曾穿过湾流抵3131N N海域。海域。 4南极洲南极洲世界上最大的天然冰库世界上最大的天然冰库占全球冰雪总量的占全球冰雪总量的90%90%以上以上周围海域终年被冰覆盖；周围海域终年被冰覆盖；南大洋海

45、域经常有较大冰山在海上游弋，曾观测到长南大洋海域经常有较大冰山在海上游弋，曾观测到长335km335km，宽宽97km97km的大冰山；的大冰山；南大洋中冰山的平均寿命为南大洋中冰山的平均寿命为1313年，是北半球冰山平均寿命年，是北半球冰山平均寿命的的4 4倍多；倍多；4我国海冰冰情渤海、北黄海北部结冰，渤海最甚，历史最厚渤海、北黄海北部结冰，渤海最甚，历史最厚120cm120cm从从1111月中旬月中旬1212月下旬，由北向南，由岸边向深水月下旬，由北向南，由岸边向深水开始结冰。开始结冰。2 2月下旬三月中旬，由南向北消失月下旬三月中旬，由南向北消失冰期为冰期为3 34 4个月，可分为初冰

46、期、盛冰期、终冰期。个月，可分为初冰期、盛冰期、终冰期。宽度：宽度：在在0.2-2km0.2-2km，河口浅滩达，河口浅滩达5 510km10km厚度：厚度：北部：多为北部：多为202040cm,40cm,最大最大60cm.60cm.南部：多为南部：多为101030cm,30cm,最大最大40cm40cm异常冰情异常冰情重冰年：重冰年：19361936，19471947，19691969轻冰年：轻冰年：19351935，19411941，19541954，1973197342010年莱州湾和渤海湾浮冰最大外缘线均在30海里左右2010年辽东湾海冰面积增至今冬最大2010-1-23辽东湾最大岛屿

47、菊花岛附近海域由于潮水推拥形成的堆积冰大连黄渤海海冰融化 形成海面浮冰2010年年初发生的渤海海冰灾害造成部年年初发生的渤海海冰灾害造成部分港口封冻、航道停航级大量养殖水产品分港口封冻、航道停航级大量养殖水产品死亡，直接经济损失死亡，直接经济损失64亿元。亿元。2012年年冰情较往年偏重冰情较往年偏重， 2月初是海冰冰情最为严重的阶段。辽东湾黄海北部冰情接近常年。辽东湾浮冰范围50-60海里，最大外缘线为71海里，一般冰厚10-20厘米，最大冰厚30厘米；黄海北部最大浮冰范围10-20海里，一般冰厚5-15厘米，最大冰厚25厘米 水文要素水文要素垂直分布（垂直分布（S.T.S.T.等）比较等）

48、比较均匀均匀。 表层表层高溶解氧高溶解氧的海水的海水向下向下输送。输送。 底层底层富营养盐富营养盐类海水类海水向上向上输送。输送。 融冰时融冰时，表面出现低盐水，出现盐度跃层和由于表层增温，表面出现低盐水，出现盐度跃层和由于表层增温及淡化，及淡化，出现密度跃层出现密度跃层；航海中称之死水现象；航海中称之死水现象 形成大洋底层水形成大洋底层水：冬季，在南极因为大量结冰，使其冰下：冬季，在南极因为大量结冰，使其冰下的海水有低温高盐高密的性质，沉降到深层，沿大陆架向的海水有低温高盐高密的性质，沉降到深层，沿大陆架向下滑动，形成南极底层水下滑动，形成南极底层水。 减小温度年变幅：减小温度年变幅： 夏季

49、冰反射和融冰消耗熔解热夏季冰反射和融冰消耗熔解热 冬季释放结晶热冬季释放结晶热4 减慢减慢流速流速 降低降低波高波高 阻尼了阻尼了潮汐和潮流潮汐和潮流海冰对海水运动的影响486海冰对气候的影响海冰对气候的影响 海冰对太阳辐射的高反射率，使得被海冰覆盖的海冰对太阳辐射的高反射率，使得被海冰覆盖的地区更加寒冷（正反馈效应）地区更加寒冷（正反馈效应） 如果海冰开始融化，由于反射率的降低加剧该过如果海冰开始融化，由于反射率的降低加剧该过程（正反馈效应）程（正反馈效应） 浮在海面上的海冰，其热容量较海水或纯水要大浮在海面上的海冰，其热容量较海水或纯水要大得多得多 海冰的热扩散系数比水小海冰的热扩散系数比

50、水小2-32-3个量级，阻碍了大气个量级，阻碍了大气与海水之间的交换与海水之间的交换87海冰对气候的影响海冰对气候的影响 海冰在冻结和融化时的潜热使其起着储热库作用海冰在冻结和融化时的潜热使其起着储热库作用，推迟了高纬地区温度的季节变化，推迟了高纬地区温度的季节变化海冰与气候 调节季节气候调节季节气候 结冰季节，结冰过程释放结晶热，平抑季节气温的降低；结冰季节，结冰过程释放结晶热，平抑季节气温的降低； 融冰季节，融冰过程吸收热，平抑季节气温的升高融冰季节，融冰过程吸收热，平抑季节气温的升高 调节冰期气候调节冰期气候 冰期来临，结冰过程释放结晶热，平抑冰期气温的降低；冰期来临，结冰过程释放结晶热