海水熱性質(zhì)簡(jiǎn)介

正文

海水的熱性質(zhì)和純水有很大的差別，而且在不同的海域和不同深度處的海水，熱性質(zhì)也可以大不相同。海水的熱性質(zhì)，都可通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法加以測(cè)定，但也可以通過(guò)熱力學(xué)關(guān)系或統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法加以計(jì)算。

熱容和比熱容 　任一物體在溫度升高 1°C時(shí)所吸收的熱量,稱(chēng)為該物體的熱容。它可定義為式中Q是溫度升高ΔT時(shí)物體所吸收的熱量。 單位質(zhì)量物體的熱容稱(chēng)為比熱容〔焦/(千克·開(kāi))〕。因此,熱容和物體的質(zhì)量成正比，比熱容則只和物體的性質(zhì)有關(guān)。海水的比熱容一般可分為定壓定鹽比熱容(cp)和定容定鹽比熱容(cv)兩種。在海洋學(xué)中常用的是cp。純水和低鹽水的比熱容隨溫度的升高而減少，但高鹽度的海水的比熱容卻隨溫度的升高而增大，這是海水熱性質(zhì)的反常性。海水的另一特性是熱容很大，約為空氣熱容的3120倍。

絕熱溫度梯度和位溫 　當(dāng)流體受到壓縮時(shí)，如果和外界沒(méi)有熱量交換，則外力對(duì)流體所作的功，將使流體的溫度升高。反之，當(dāng)流體膨脹時(shí)，如果和外界無(wú)熱量交換，則流體本身必然消耗能量，而使溫度降低。這種變化稱(chēng)為絕熱變化。在海洋中，若鹽度不變，海水的溫度在絕熱過(guò)程中隨壓力的變化，稱(chēng)為絕熱溫度梯度，即其中下標(biāo)s表示定鹽過(guò)程,η表示絕熱過(guò)程。海水質(zhì)點(diǎn)由壓力p處絕熱移動(dòng)到大氣壓為pa（海面）處所具有的溫度稱(chēng)為位溫(θ),此時(shí)海水的密度稱(chēng)為位密(ρ*)。設(shè)在某深度處海水的當(dāng)場(chǎng)溫度為T(mén),絕熱膨脹到達(dá)海面時(shí)溫度降低值為ΔT，則海水的位溫為

θ=T-ΔT

ΔT值隨海水溫度以及所在深度（或壓力）的增加而加大，在壓力P1至P2之間, ΔT在海洋中的變化介于 0～1.5°C之間。若海水溫度分布和絕熱分布的情況一樣,則ΔT為零。根據(jù)實(shí)測(cè)資料,在大洋深處，海水溫度的垂直分布接近于絕熱分布。

體脹系數(shù)和壓縮率 　無(wú)論純水或海水，都和其他物質(zhì)一樣有熱脹冷縮現(xiàn)象。純水在0°C時(shí)結(jié)冰，在4°C時(shí)密度最大；但海水的冰點(diǎn)和最大密度的溫度，都隨鹽度的增大而降低。在水溫高于最大密度時(shí)的溫度條件下，海水的吸收熱量除了增加其自身的內(nèi)能外，還發(fā)生膨脹而對(duì)外力作功。海水受壓縮時(shí)，如不斷輸入或輸出熱量維持海水溫度不變,則稱(chēng)為等溫膨脹或等溫壓縮。反之,當(dāng)海水膨脹或受壓時(shí)，如沒(méi)有熱量輸入或輸出，溫度將不斷下降或上升，則稱(chēng)為絕熱膨脹或絕熱壓縮。在定壓定鹽條件下，單位體積海水在溫度升高 1°C時(shí)的體積增量，稱(chēng)為體脹系數(shù)ɑV,即式中V為海水的體積。單位體積的海水在壓力增加1帕?xí)r,其體積的減少量稱(chēng)為壓縮率（每帕），其中，等溫壓縮率為絕熱壓縮率為海水的體脹系數(shù)隨溫度、鹽度和壓力的增加而增大，但其壓縮率則隨溫度、鹽度和壓力的增加而減小。

熱導(dǎo)率和蒸發(fā)潛熱 　相鄰的水體溫度不同時(shí)，由于海水分子或水體的交換作用，使熱量由高溫區(qū)向低溫區(qū)轉(zhuǎn)移,稱(chēng)為海水的熱傳導(dǎo)。令Q為單位時(shí)間通過(guò)單位面積的熱量，則式中λ為熱導(dǎo)率;n為垂直于傳熱面之間的距離。單純由海水分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的熱量轉(zhuǎn)移，稱(chēng)為分子熱傳導(dǎo)；由水體的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的熱量轉(zhuǎn)移，稱(chēng)為渦動(dòng)熱傳導(dǎo)。其相應(yīng)的熱導(dǎo)率分別為分子熱導(dǎo)率 (λr)和渦動(dòng)熱導(dǎo)率(λA)。對(duì)于純水來(lái)說(shuō),溫度為1.5°C時(shí),λr=1.39×10-3卡/（厘米·秒·度）。海水的λr比純水略小，并隨溫度的增加而增加,隨鹽度的增加而減小。λA和海水的運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān)。對(duì)于不同海區(qū)和不同季節(jié),λA值有很大的差異,這比λr值的差異大幾千倍以上。因此，在海洋中起重要作用的是渦動(dòng)熱傳導(dǎo)，使 1克海水蒸發(fā)，把它化為同溫度的蒸汽所需的熱量，稱(chēng)為海水的蒸發(fā)潛熱(L)。海水的蒸發(fā)潛熱和純水相差甚微;一般不必考慮鹽度的差別,但要考慮它和溫度的關(guān)系。在0°C與30°C之間，L與水溫T的關(guān)系為

L=596-0.529T（卡/克）

平均而論，大洋凈輻射收入的90% 用于蒸發(fā)。

參考書(shū)目

O.I.Mamayev，Temperature-Salinity Analysis of World Ocean Waters，Elsevier Scientific Publ.，Amsterdam，1975.2100433B

海水熱容量，是由于海水的比熱和密度比空氣大，所以對(duì)于熱容量來(lái)說(shuō)，如取海水密度ρ=1.026，海水比熱Cp=0.932；而空氣的密度ρ'=0.00129，空氣的比熱Cρ'=0.237，則海水的熱容量Cpρ=0.956卡/厘米3·度，而空氣的熱容量Cp'ρ'=0.000306卡/厘米3·度，兩者相差3100倍。

使一定體積海水的溫度升高(降低)1℃時(shí)吸收(放出)的熱量。約為同體積空氣熱容的3100倍。1立方千米的海水溫度降低1℃所釋放的熱量,可使約3100立方千米的空氣溫度升高1℃,所以,海洋具有巨大的熱容,對(duì)地球氣候狀況有重要影響。

一立方公里的海水溫度降低一度時(shí)，能使3100立方公里的空氣溫度升高一度，可見(jiàn)，海洋對(duì)于調(diào)節(jié)地球氣溫起著極大的作用，也正是海水的這一熱性質(zhì)，使得地球上氣候溫和。2100433B