第四讲海洋混合及其效应

1、第四讲  海洋混合及其效应一、海洋混合混合是海水的一种普遍运动形式，混合的过程就是海水各种特性（例如热量、浓度、动量等）逐渐趋向均匀的过程。 海水混合的形式有三种： 分子混合 涡动混合（湍流混合）：是海洋中海水混合的重要形式。 对流混合1.1 湍流的基本特征 流体运动形式分为层流与湍流两种。 层流是一种十分规则的流动，在两层流体之间只能通过分子的随机运动进行特性交换。 湍流运动则是在平均运动的基础上，又叠加上了一种以流体微团的形式作紊乱的、毫无秩序的随机运动。这是湍流的基本特征之一。其二是湍流的扩散性其三是对能量的耗散性。 1.2 湍流的生消 湍流能量的产生来自两

2、个方面： 湍流能量的切变生成平均运动中的速度剪切。 湍流能量的浮力生成海水不稳定，势能变动能。 湍流能量的消耗 也有两种途径 第一，由粘滞性的作用消耗； 第二，在海水稳定度为正值的情况下，其浮力生成率为负值。（它使已经开始的扰动被削弱甚至平息，这显然是湍流的动能被转化为系统的势能所致）。 平均流速梯度与海水静力稳定度是制约湍流生消的主要因子 湍流的形成是由动力因子所产生的机械作用以及热盐因子所致 1.3  海水混合的区域性 海-气界面这是海水混合最强烈的区域。 海底混合 海洋内部混合 1.4  双扩散效应 “双扩散”效应引起的海洋内部混合 在层结稳定的海洋中，由于分子热传导

3、系数大于盐扩散系数（Kt102KS），便可能引起自由对流，从而促进海洋的内部混合。 由于这种海水混合现象完全是由热量与盐量通过子扩散而引起的，因而称为“双扩散”效应。  双扩散效应 1）冷而淡的海水位于暖而咸的海水之上 由于分子扩散的结果，上层海水增温增盐，因为热传导系量是盐扩散系量的100倍，所以上层海水由于增温而密度减小，导致海水从界面处上升，下层降温降盐而密度增大，导致海水从界面处下降。对流从界面开始分别向上和向下扩展。 2）暖而咸的海水位于冷而淡的海水之上 上下两层海水通过界面产生对流，分别向另一层海水扩散。在海洋中已经观测到这种从界面向上、下伸展几厘米长的指状水柱，称为“盐

4、指”二、铅直混合效应趋匀与层化 2.1 海洋上层的混合效应 海洋上层是海洋中混合最强烈的区域，包括由动力因子引起的涡动混合和由热盐因子引起的对流混合。 混合效应: 均匀层;上混合层 涡动混合： 假定涡动混合过程中热盐守恒，那么混合后的温、盐值，基本上应等于它们混合前的平均值。在混合层的下界将出现一个水文特性梯度较大的过渡层，即形成温、盐、密度跃层。   对流混合 单独由降温引起的对流混合，其温度值低于混合前的平均值，盐度则等于混合前的平均值； 单纯由增盐引起的对流混合，其盐度值高于混合前的平均值，温度则等于混合前的平均值； 由温、盐联合效应引起的对流混合，其温度要低于混合前的平均值，

5、其盐度要高于混合前的平均值。而混合后的密度总是高于混合前密度的平均值。 2.2 上层混合的分布与变化 明显的季节变化和不同的地理分布特点。 1）涡动混合在各个季节各纬度的海区都会发生，而对流混合却在高纬海区与降温季节比较强烈。在低纬海区，对流混合难以发展，涡动混合则长年占据优势地位。 2）不论涡动混合还是对流混合，在陆架与浅海区都比大洋更为强烈，特别是在某些中高纬海区甚至可以直达海底。 2.3  海洋底层的混合效应 潮流和海流 下混合层 2.4  跃层对海况的影响 屏障作用：物理、化学、营养盐类、声、光的折射、反射、军事活动。 2.5 海洋热盐细结构 相对常规观测尺度的铅直向结构，称其为“细微”结构。 很多很薄的水层构成，层内温盐性质相对均匀的分层结构。（小于1m、数厘米甚至更小）。 2.5.2海洋细结构的型式 阶梯状结构： 在海洋上层：大风的扰动或相邻海水的入侵。在海洋深层：一般认为是因“双扩散”对流，混合增密引起的对流，速度剪切引起的湍流。 不规则扰动型：跃层内有厚度为数米的温度和密度相当均匀的薄层，有时甚至有逆温现象。