世界大洋的热量平衡

Effectofpressure,temperatureandsalinityondensityS>24.7,thedensitywillcontinuetoincreasewithdecreasingtemperatureuntilthewaterfreezesWhenTisconstant,thedensityincreaseswithincreasingSAsSalinityincreasesdensityincreases.AsTemperatureincreasesdensitydecreasesOfthefourdiagramsshown,onlyoneshowsthecorrectdensitydependenceontemperatureandsalinity.Whichoneisit?？(a)abcdReviewPropertiesofpurewaterTemperature(T,℃)、Salinity(S)andConductivity(电导率)、Density(,kg/m3)

Effectofpressure,temperatureandsalinityondensityDensityincreasewithincreasingpressure(depth)[relativelittle]S<24.7,thedensitywillincreasewithdecreasingtemperatureuntilitreachesamaximumvalueandwillthendecreaseuntilthewaterfreezes-justaspurewaterbehavesyouaregivenfourwatersamplesA,B,CandDwiththetemperaturesandsalinitiesshownintheTS-diagram.Whichofthelistedarrangementsofwatersamplesgive(s)astablestratification?a)BACDb)ABCDd)BCADe)DACB海水的热力学性质热容、比热容绝热变化／位温沸点升高／冰点降低3.TheOceanicHeatBudget

世界大洋的热量平衡3.1海面热收支(Heatbudgetoftheseasurface)

Heat-budgetterms:Insolation(太阳辐射)QS,thefluxofsunlightintotheseaNetInfraredRadiation(长波辐射)Qb,netfluxofinfrared(long-wave)radiationfromtheseaSensibleHeat(感热)FluxQh,thefluxofheatthroughthesurfaceduetoconductionLatentHeat(潜热)FluxQe,thefluxofheatcarriedbyevaporation/condensationAdvectionQV,heatcarriedbycurrents海洋内部3.1.1太阳辐射能(SolarRadiation)辐射定律(Lawofradiation)斯蒂芬—波尔兹曼定律：

任何温度高于绝对零度的物体都能以辐射的形式向外释放能量，它与绝对温度Tk的4次方成正比。

维恩定律：

辐射能量的最大波长与辐射体表面的绝对温度成反比。

为Stefan-Boltzmann常数,等于5.67051x10-8w.m-2.k-4.F为辐射体的透明系数，绝对黑体F=1，绝对透明体F=0C=2898(•K)太阳辐射能最强的波长为0.475m（短波辐射）太阳辐射能量的99.9%集中在0.2-10m波段内，其中可见光(0.4-0.76m)部分占44%,红外部分(>0.76m）占47%，紫外部分(<0.40m)占9%.AtmosphericWindows太阳辐射通过大气时，紫外部分绝大部分被臭氧吸收；红外部分能量被大气中的水汽，CO2等部分吸收。部分能量又被大气中的分子颗粒等散射，而其中一部分也可达到海洋总辐射能=直达辐射+散射辐射影响因素（InfluencingFactors）Latitude:ThepolarregionsareheatedlessthanthetropicsSeason:AreasinwinterareheatedlessthnthesameareainsummerTimeofday:AreasinearlymorningareheatedlessthanthesameareaatnoonCloudiness:CloudydayshavelessthansunnydaysAverageannualrange:30W/m2<QS<260W/m2总辐射能分布(Thedistributionoftotalradiantenergy)随纬度升高而减小总辐射能最大值出现副热带海域（与太阳高度、云量有关）太阳辐射的年变化随纬度升高而增大。3.1.2海面有效回辐射Qb(significantreradiationoftheseasurface)

定义(definition)：

海面向大气的长波辐射与大气向海洋的长波辐射之差。根据维恩定律，海洋向大气辐射能量最强的波长约在10m（长波辐射）。海洋辐射的能量90%以上集中在4~80m范围。InfluencingFactorCloud(云）Cloudsthickness(Thethicker,thelessheatescapetospace)Atmosphericwater-vaporcontent（水汽含量）(Themorehumidtheatmospherethelessheatescapestospace)Watertemperature（海面水温）:Thehotter,moreheatisradiated海面水温和海洋上层的相对湿度的日变化和年度变化相对较小，则Qb随纬度及季节变化小。

Distribution(分布）3.1.3蒸发潜热QeLatentFluxHighwindsanddryairevaporatemuchmorewaterthanweakwindswithrelativehumiditynear100%Inpolarregions,evaporationfromicecoveredoceansismuchlessthanfromopenwaters.1、对海气间热交换起重要作用(importanteffect)

2、影响因素(influencingfactors)：

A.水汽温差

B.大气中水汽垂直分布

C.风速

潜热通量向高纬度海域渐次减少，这是因为那里海—气温差减少，从而导致海—气湿度差减少之故。最大的潜热通量位于贸易风区，因为那里海—气湿度差最大其次是湾流和黑潮区，那里湿度差大，风速也大。3、分布及变化(distributionandchanges)：

(a)经向（南北）：

赤道蒸发量小（相对湿度大，风速小）

高纬度海区小（温度低，水汽含量少）

副热带和信风带海区大气流下沉，空气干燥，气温高，风大

(b)季节变化：

冬季最强（风速大，水汽压差大，水温高于气温，空气层结不稳）

3.1.4感热交换Sensible-Heat

1、海气温度不等，通过热传导也有热量传递。

2、有两个影响因素：海面风速Windspeed和海气温差Air-seatemperaturedifference

Highwindsandlargetemperaturedifferencescausehighfluxes.

3、分布：寒暖流区较强

4、季节变化：冬季强，夏季较小3.2海洋内部热交换（Heatexchangeintheocean）

一、铅直方向上的热输运Qz(vertical)

二、水平方向热输送QA(horizontal)由于海水总是流动的，水平方向暖流能把热量带来，冷流又使这里失去热量。例如，高纬度海域，海洋失去的热量比从太阳那里得到的多，多余的失热，要靠黑潮、湾流将赤道附近的热量向极地输送；而赤道附近从太阳获得的热量多于失去的，只有流走一部分，才能保持那里的平衡。因此对局部海域来说，必须考虑平流热传输（Qv）

3.3Conservationofheat:Qt

istheresultantheatgainorloss.Qt>0,heatgain,T↑Qt<0,heatloss,T↓Qt=0,equilibrium，TmaxorTminQTQvQSQbQeQha)b)AverageRangeQS+150+30to+260Qb-50-60to-30Qe-90-10to-130Qh-10-2to-42TypicalValues(W/m2)WorldAnnual(Qe&Qhmaybepositiveforshortperiodlocally)HeatgainandlosswithlatitudeHeatistransferredawayfromtheequatorbywindsandoceancurrentsSeasurfacetemperaturesTemperaturesvarywithlatitudeTemperaturesvarywithseason3.4海洋热平衡的分布与变化规律对于整个海洋的年平均或多年平均而言，热量的收支是平衡的Qt=0但对于一年的某一时期或不同地区，海洋的热收支却不平衡海洋热收支的纬度变化特点Qe与(Qs-Qb)相当，在高纬变化趋势相似，而在低纬因赤道地区海面湿度大，蒸发量显著低于副热带海区，使得Qe呈双峰分布Qh随纬度变化不大，且量值较小Qt变化显著：23N-18S海域Qt>0，海水有净热收入，中高纬海域，Qt<0，海洋有净热支出对于整个海洋来说，太阳辐射是产生海面水温升高的主要因素一天水温最高值并非出现在太阳高度最大的正午，而是出现在午后1-3时即Qt由正转为负的时刻；同理，水温极小值出现的时刻发生在Qt由负转为正的时刻，约在凌晨。一年水温极大值出现在8月份，最低值则出现在1-2月份。4.Theoceanwaterbudget

海洋中的水平衡MajorInfluencingFactorGain:Precipitation(P,降水),run

off(R,径流),melting(M,融冰)Loss:Evaporation(E,蒸发),freezing(F,结冰)Current(海流)ConservationEquationForthewholeoceanAverageoftheworldocean:(1974)R=12cm/a，P=114cm/a，E=126cm/aq=P+R-E=0水平衡对盐度的影响（effectonsalinity)世界大洋表层盐度分布主要取决于蒸发和降水量之差S~(P-E)1）低纬度海区(lowerlatituderegion)：降水大于蒸发,P-E>0,S低。

2）副热带海区(subtropicalregion)：蒸发大于降水,P-E<0，S高。

3）副极地海区(subpolarregion)：多云带，蒸发少，S低。

(乌斯特,1954)水平衡对盐度的影响（effectonsalinity)局部地区各大洋的情况(localregions)

北冰洋（ArcticOcean）：径流大，蒸发量小，水量盈余，盐度低，冰点升高，易结冰。

太平洋（PacificOcean）：降水最多，降水+径流>蒸发，水量盈余，平均盐度低。

大西洋（AtlanticOcean）：降水少，蒸发>降水+径流，导致水位损失12cm/a。平均盐度高。

5.Typicaldistributionofwatercharacteristics(Salinity,TemperatureandDensity)intheoceans5.1Distributionandchangesoftemperatureintheocean概述：75%的水体温度(watertemperature)在0-6°C,50%在1.3-3.8°C,整体水温平均3.8°C。其中太平洋(thePacificOcean)3.7°C，大西洋(theAtlanticOcean)4.0°C，印度洋(theIndianOcean)3.8°C。表层海水平均温度17.4°C，其中太平洋19.1°C，大西洋16.9°C，印度洋17.0°C。1月7月5.1.1大洋表层水温的平面分布特征1）表层水温由低纬到高纬逐渐降低5）北半球的平均水温大于南半球4）夏季的表层水温略高于冬季

——太阳辐射——海流——上升流——日照时间——海陆分布3）北美加利福亚和南美秘鲁近岸海域表层存在低温区2）西部等温线密集，东部等温线稀疏Annualmeantemperatureattheseasurface海洋表层年平均水温分布10℃15℃20℃coldwarm几个特征值：年平均表层水温：T太平洋（19.1℃)>T印度洋(17.0℃)>T大西洋(16.9℃)AverageSSTof三大洋的平均表层水温为17.4℃波斯湾表层水温最高(35.6℃），北冰洋最低(-3℃)500mdepth:ΔTdecrease;warmcenteronthewesternsideofthebasin5.1.2大洋深层水温的平面分布特征1000mdepth:relativelyuniform;twomainwarmcenter（地中海、红海和波斯湾）4000mdepth:ΔT<3℃大洋表层以下水温的水平分布500m：水温的经向梯度分布明显减少，高温中心移向大洋的西部

1000m：水温的经线方向变化更小，来自地中海、红海和波斯湾的高温水对北大西洋的热带和亚热带海域以及印度洋西北部海区的水温有明显的影响，成为两个大洋的高温中心。

4000m：温度分布趋于均匀，整个大洋的水温温差不过3度左右5.1.3VerticaldistributionofTemperatureSurface(Mixed)zone(混