第三讲海气相互作用.ppt
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《第三讲海气相互作用.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第三讲海气相互作用.ppt(54页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第三讲海气相互作用2022/10/91现在学习的是第1页,共54页n大气与海洋之间由于强烈的能量和物质交换而存在着大气与海洋之间由于强烈的能量和物质交换而存在着密切的关系密切的关系n陆地陆地水文学家和气象学家可独立进行工作水文学家和气象学家可独立进行工作n海洋海洋物理海洋学家和气象学家都面临着海气相互物理海洋学家和气象学家都面临着海气相互作用的科学问题,需要研究对方的问题,合作研究作用的科学问题,需要研究对方的问题,合作研究现在学习的是第2页,共54页1、能量供给的来源和转换、能量供给的来源和转换海气相互作用主要由海气相互作用主要由太阳太阳能驱动能驱动n46亿年、恒星,成分主要是氢(占亿年、恒
2、星,成分主要是氢(占74),其次是氦(占),其次是氦(占25),其他元素如氧、氮、碳、硅、铁、镁、钙等的质量),其他元素如氧、氮、碳、硅、铁、镁、钙等的质量加起来占加起来占1n正在发生由氢转化为氦的热核反应,使其核心部分的温度高达正在发生由氢转化为氦的热核反应,使其核心部分的温度高达1.5106K,向太空辐射的能量功率高达,向太空辐射的能量功率高达3.81026wn我国最大的水电站三峡电站的装机容量为我国最大的水电站三峡电站的装机容量为1010w量级量级n太阳可按照现在的状况再持续约太阳可按照现在的状况再持续约40亿年亿年 现在学习的是第3页,共54页地球接收的太阳热能地球接收的太阳热能n以地
3、球的投影面计,接收的太阳能为以地球的投影面计,接收的太阳能为1360 w/m2n以地球表面平均计,则为以地球表面平均计,则为340 w/m2n地地球球内内部部的的温温度度很很高高,但但地地球球内内部部传传到到地地球球表表层层的的能能量量只只有有0.1 w/m2(与太阳能相比微不足道)(与太阳能相比微不足道)现在学习的是第4页,共54页n既既然然地地球球表表面面接接受受了了如如此此巨巨大大的的太太阳阳能能,这这里里就就似似乎乎应应该该温温度度不不断断升升高高才才对对,而而实实际际情情况况是是无无论论陆陆地地还还是是海海洋洋,其其表表面面温温度度的的平平均均值值很很多多年年只只有有很很小小的的变变
4、化化(每每100年年0.5K量量级级),是是什什么么因因素造成了这一现象?素造成了这一现象?现在学习的是第5页,共54页n根根据据一一块块区区域域上上的的热热平平衡衡方方程程以以及及实实测测数数据据的的分分析析来来加加以说明以说明n在一块水平区域上,热能的净通量在一块水平区域上,热能的净通量QT可表示为:可表示为:nQS为太阳辐射通量,为太阳辐射通量,为表面反照率为表面反照率nQN为长波辐射或行星辐射所造成的损失为长波辐射或行星辐射所造成的损失nQE为蒸发潜热造成的损失为蒸发潜热造成的损失nQH是紊动扩散造成的损失是紊动扩散造成的损失现在学习的是第6页,共54页n在在海海洋洋的的低低纬纬地地区
5、区(表表3-1),海海水水吸吸收收热热量量;而而在在中中高高纬纬地地区区海海水水则则有有热热能能的的支支出出。此此外外,与与太太阳阳能能到到达达地地球球表表面面的的平平均均值值340w/m2相相比比,净净能能量量收收支支值值相相对对较较小小,在在最最大大值值的的10S10N范围也只占范围也只占10左右左右表表3-1海洋表面的年平均海洋表面的年平均热热收支(收支(w/m2)观测值观测值纬纬度度带带QR*QEQHQT5070N354821-343050N909318-211030N15513710810S10N1541105393010S1431378-25030S939011-8*QR=QS(1
6、-)-QN现在学习的是第7页,共54页n由于太阳能在不同纬度地带上的通量不同,因此在不同的海区海由于太阳能在不同纬度地带上的通量不同,因此在不同的海区海水的水的温度温度不同不同n另一方面,海水的另一方面,海水的密度密度是温度和盐度的函数,在大洋中盐度的数是温度和盐度的函数,在大洋中盐度的数值虽然大致相同,但水温有较大的差异值虽然大致相同,但水温有较大的差异n低纬地区水温上升,体积增大,其低纬地区水温上升,体积增大,其水位水位也相应上升,这样在同也相应上升,这样在同层位的水体,低纬地区的压力高于中高纬地区,从而形成层位的水体,低纬地区的压力高于中高纬地区,从而形成压力压力的水平梯度的水平梯度,这
7、将,这将造成水体的运动造成水体的运动n运动的方向运动的方向是从低纬指向中高纬地区是从低纬指向中高纬地区洋流的产生洋流的产生太阳能的输入太阳能的输入现在学习的是第8页,共54页现在学习的是第9页,共54页n热带太平洋由于水温上升而导致水位上升,因而形成了向南向北运热带太平洋由于水温上升而导致水位上升,因而形成了向南向北运动的水体,黑潮就是其组成部分,其流速达到了动的水体,黑潮就是其组成部分,其流速达到了1m/s的量级,总的量级,总的流量达到了的流量达到了108 m3/s量级(长江流量为量级(长江流量为104 m3/s量级)量级)n这样一条巨大的这样一条巨大的“河流河流”将低纬区的暖水源源不断地输
8、往中高将低纬区的暖水源源不断地输往中高纬地区,从而极大地影响了所流经地区的水温变化纬地区,从而极大地影响了所流经地区的水温变化黑潮(黑潮(Kuroshio)现在学习的是第10页,共54页Kuroshio现在学习的是第11页,共54页n洋流还与大气运动有关,海面水体的不均匀升温在大气中也存在,洋流还与大气运动有关,海面水体的不均匀升温在大气中也存在,低纬区的大气压力由于升温而增大,温度和压力还由于来自海面低纬区的大气压力由于升温而增大,温度和压力还由于来自海面的蒸发等因素而进一步加剧的蒸发等因素而进一步加剧n因此,在热带地区气流上升,高纬度地区气流下降,形成地球行因此,在热带地区气流上升,高纬度
9、地区气流下降,形成地球行星风系,风作用于海面,伴随着空气动能向海面之下的水体输送。星风系,风作用于海面,伴随着空气动能向海面之下的水体输送。海面上空气运动形成边界层,而大气海面界面上的切应力就代海面上空气运动形成边界层,而大气海面界面上的切应力就代表了风的动能向水体的转换,这一能量转换使海水产生运动,称表了风的动能向水体的转换,这一能量转换使海水产生运动,称为为“风成海流风成海流”现在学习的是第12页,共54页n海洋蒸发的水汽与大气运动相结合,还能将水汽输送到远离海洋蒸发的水汽与大气运动相结合,还能将水汽输送到远离低纬地区的地区并形成降水,这个过程也造成大规模的热能低纬地区的地区并形成降水,这
10、个过程也造成大规模的热能输送,在台风等热带风暴系统中这种效应尤其明显输送,在台风等热带风暴系统中这种效应尤其明显n在平常天气下,季风的季节性转换也使热能的输送产生季节性在平常天气下,季风的季节性转换也使热能的输送产生季节性变化,总体趋势是自低纬向高纬输送变化,总体趋势是自低纬向高纬输送现在学习的是第13页,共54页n在较大的时间尺度上,海洋中的生物作用也帮助了一部分太阳能的在较大的时间尺度上,海洋中的生物作用也帮助了一部分太阳能的转移,尽管在较小时间尺度其重要性远不及洋流和天气系统转移,尽管在较小时间尺度其重要性远不及洋流和天气系统n生物作用将太阳能与营养物质相结合,经过光合作用形成初级生产力
11、,生物作用将太阳能与营养物质相结合,经过光合作用形成初级生产力,进而使能量在生态系统中发生转移进而使能量在生态系统中发生转移n当生物死亡时,其生物体的一部分沉降到海底,最终形成石油、天当生物死亡时,其生物体的一部分沉降到海底,最终形成石油、天然气等化石燃料然气等化石燃料n据估算,目前所有已探明的地球上化石燃料的热能相当于据估算,目前所有已探明的地球上化石燃料的热能相当于10天内地球天内地球表面所接受的太阳能表面所接受的太阳能现在学习的是第14页,共54页n通过大气降水和海面蒸发作用,通过大气降水和海面蒸发作用,水体交换水体交换的强度是很的强度是很可观的,海面上的垂向水通量可观的,海面上的垂向水
12、通量W可用下式计算:可用下式计算:式中,式中,P为降水量,为降水量,E为蒸发量,均用为蒸发量,均用mm/yr的单位来表示,的单位来表示,其含义为单位面积上降落或蒸发的水量在常温常压下的厚度其含义为单位面积上降落或蒸发的水量在常温常压下的厚度2 2、大气海水界面上的物质交换、大气海水界面上的物质交换现在学习的是第15页,共54页n不同海区的降水量有很大区别,降水量最大的海区,如印度尼西亚附不同海区的降水量有很大区别,降水量最大的海区,如印度尼西亚附近,降水量可超过近,降水量可超过3000mm/yr,而在热带太平洋东部这样的地,而在热带太平洋东部这样的地方,降水量可在方,降水量可在100 mm/y
13、r以下以下n蒸发量与降水量的分布不同,它是垂向温度梯度和风速的函数。蒸发量与降水量的分布不同,它是垂向温度梯度和风速的函数。在热带信风带蒸发量普遍达到在热带信风带蒸发量普遍达到1500-2000 mm/yr,在中纬度地,在中纬度地区,北太平洋和北大西洋的西部蒸发量亦可达区,北太平洋和北大西洋的西部蒸发量亦可达2500 mm/yrn就海洋整体而言,蒸发量大于降水量就海洋整体而言,蒸发量大于降水量现在学习的是第16页,共54页n大气中含有一定量的大气中含有一定量的CO2,因此大气压力中有一部分是来自,因此大气压力中有一部分是来自CO2,称,称为为二氧化碳分压二氧化碳分压n在海水中,其溶解的气体中有
14、部分是在海水中,其溶解的气体中有部分是CO2,而且海水能够溶解的,而且海水能够溶解的CO2受到所谓受到所谓“常态大气均衡浓度常态大气均衡浓度”条件的控制,这可以表条件的控制,这可以表达为达为Henry定律,即均衡状态下的海水定律,即均衡状态下的海水CO2浓度为:浓度为:式中式中PA为溶解气体的分压(对为溶解气体的分压(对CO2而言,为而言,为348ppm),),KH为系为系数,它与温度、盐度有关,在温度为数,它与温度、盐度有关,在温度为20和盐度值为和盐度值为35时,时,KH0.065,总体上随温度、盐度和静水压力的升高而降低,总体上随温度、盐度和静水压力的升高而降低 现在学习的是第17页,共
15、54页n当水体中溶解的当水体中溶解的CO2产生或失去很快时,海水不能即刻达到新的均产生或失去很快时,海水不能即刻达到新的均衡态,因此,海水的衡态,因此,海水的CO2含量可能会处于未饱和态、饱和态或过饱含量可能会处于未饱和态、饱和态或过饱和态和态n当处于未饱和态时,大气当中的当处于未饱和态时,大气当中的CO2就会向海水中输移,例如当就会向海水中输移,例如当浮游植物快速生长时会消耗掉水中的浮游植物快速生长时会消耗掉水中的CO2,而且进一步消耗进入海,而且进一步消耗进入海水的水的CO2,这种由于海洋浮游植物生长而导致的大气,这种由于海洋浮游植物生长而导致的大气CO2向海洋的转移向海洋的转移称为海洋的
16、生物泵现象称为海洋的生物泵现象n当处于过饱和时,海水中的当处于过饱和时,海水中的CO2就会向大气释放,例如当死亡的生就会向大气释放,例如当死亡的生物体被细菌所分解时物体被细菌所分解时n此外,不同温度、盐度的海水发生混合时会产生密度升高现象,与此外,不同温度、盐度的海水发生混合时会产生密度升高现象,与此相似的是,溶解气体饱和程度的变化也可以由于水团混合而造成此相似的是,溶解气体饱和程度的变化也可以由于水团混合而造成现在学习的是第18页,共54页随大气运动的物质还有粉尘随大气运动的物质还有粉尘大气降尘大气降尘n粉尘来源于干源区或火山喷发,是被风力作用而被悬浮到大气层中的粉尘来源于干源区或火山喷发,
17、是被风力作用而被悬浮到大气层中的粒径很小的沉积物颗粒。我国北方经常发生的沙尘暴就是这种过程的粒径很小的沉积物颗粒。我国北方经常发生的沙尘暴就是这种过程的结果结果n粉尘在大气中可以被输运几千公里的距离,最终降落在海洋里,粉尘在大气中可以被输运几千公里的距离,最终降落在海洋里,与河流从陆地上携带入海的沉积物总量相比,大气降尘所造成与河流从陆地上携带入海的沉积物总量相比,大气降尘所造成的堆积量是很小的,但在分布范围上有很大的不同的堆积量是很小的,但在分布范围上有很大的不同n河流入海的物质大多堆积在大陆架或其他靠近陆地的海区,河流入海的物质大多堆积在大陆架或其他靠近陆地的海区,而大气降尘则可能分布在整
18、个大洋的范围而大气降尘则可能分布在整个大洋的范围现在学习的是第19页,共54页n大气降尘中含有一部分盐类物质和营养物质,因此在大规模的沙尘大气降尘中含有一部分盐类物质和营养物质,因此在大规模的沙尘暴事件之后可能在大气降尘发生的海区生产力得以提高,例如北太暴事件之后可能在大气降尘发生的海区生产力得以提高,例如北太平洋地区的渔业就与沙尘暴有关(北美鲑鱼)平洋地区的渔业就与沙尘暴有关(北美鲑鱼)n这部分盐类的输入对于海洋的盐度影响不大(海洋每年要接纳这部分盐类的输入对于海洋的盐度影响不大(海洋每年要接纳31012kg盐类物质,其中大部分来自河流,大气降尘的贡献很小)盐类物质,其中大部分来自河流,大气
19、降尘的贡献很小)现在学习的是第20页,共54页n在海洋的表层,由于水体收支的不同,盐度值可以偏离整个在海洋的表层,由于水体收支的不同,盐度值可以偏离整个大洋的平均值,降水量大于蒸发量的海区,表层盐度可降低,大洋的平均值,降水量大于蒸发量的海区,表层盐度可降低,而蒸发量大于降水量的地方盐度可以升高而蒸发量大于降水量的地方盐度可以升高n在近岸区域,特别是河口附近,盐度由于入海淡水的加入而降在近岸区域,特别是河口附近,盐度由于入海淡水的加入而降低,发生盐度变化的水体因与周边水体的密度不同,可能引发低,发生盐度变化的水体因与周边水体的密度不同,可能引发水体的相对运动水体的相对运动现在学习的是第21页,
20、共54页n综上所述,大气海水界面是一个物质交换活跃的综上所述,大气海水界面是一个物质交换活跃的地方地方n对于海洋的水动力环境而言,只有水的交换才发生了重大影响,对于海洋的水动力环境而言,只有水的交换才发生了重大影响,如海洋向大气的水汽和热量输送造成了种种天气现象。而天气如海洋向大气的水汽和热量输送造成了种种天气现象。而天气状况又反过来影响海洋,同时水体交换引起海洋水体盐度的变状况又反过来影响海洋,同时水体交换引起海洋水体盐度的变化,也能影响水体运动化,也能影响水体运动n其他物质的交换,在短时间尺度上对生态系统有较大影响,但对其他物质的交换,在短时间尺度上对生态系统有较大影响,但对水体运动没有直
21、接的影响水体运动没有直接的影响现在学习的是第22页,共54页3、海气相互作用的效应、海气相互作用的效应 n当信风从亚热带区域的陆地吹向赤道海域时,气团将发生当信风从亚热带区域的陆地吹向赤道海域时,气团将发生变变性性,原先干而热的气团在海面上被降温,水汽含量增加(由于海,原先干而热的气团在海面上被降温,水汽含量增加(由于海面蒸发)面蒸发)n这个过程先是发生在靠近海面的几百米范围之内,然后逐渐这个过程先是发生在靠近海面的几百米范围之内,然后逐渐扩大,最后厚层的气团全部变性为冷湿的海洋气团扩大,最后厚层的气团全部变性为冷湿的海洋气团n随着这个气团向赤道逼近,热量通量的方向转化为从海面向上,随着这个气
22、团向赤道逼近,热量通量的方向转化为从海面向上,并且伴随更大强度的蒸发,气团进一步变性,且其厚度可达并且伴随更大强度的蒸发,气团进一步变性,且其厚度可达2-3km现在学习的是第23页,共54页在其他海区,气团的变性也是常见的过程在其他海区,气团的变性也是常见的过程n例如在中纬地区,亚洲北部内陆的冬季,干冷空气周期性地例如在中纬地区,亚洲北部内陆的冬季,干冷空气周期性地向北太平洋运动,形成向北太平洋运动,形成寒潮寒潮,当寒潮掠过中国东海和黑潮海区时,当寒潮掠过中国东海和黑潮海区时,气团的温度最初为气团的温度最初为020,水汽含量小于,水汽含量小于1 g/kg,之后开始升温,之后开始升温,并且提高吸
23、收来自海面的水汽的能力,仅仅经过并且提高吸收来自海面的水汽的能力,仅仅经过300km的水平的水平运动,变性气团的厚度就可达运动,变性气团的厚度就可达12km,当到达黑潮海区时,变性,当到达黑潮海区时,变性气团已吸收了大量热能和水汽,具备了产生阵雨和气旋的条件气团已吸收了大量热能和水汽,具备了产生阵雨和气旋的条件现在学习的是第24页,共54页海洋表层的水温对于大气系统的影响海洋表层的水温对于大气系统的影响热带气旋的形成热带气旋的形成n在在我我国国沿沿海海,夏夏秋秋季季节节常常有有台台风风侵侵袭袭,而而台台风风就就是是从从热热带带海海域域生生成成的气旋演化而来的的气旋演化而来的n热热带带气气旋旋只
24、只能能在在海海面面水水温温超超过过26的的地地方方形形成成,那那里里海海面面蒸蒸发发强强度度高高,大大气气接接受受的的蒸蒸发发潜潜能能加加剧剧了了大大气气环环流流,这这又又反反过过来来加加剧剧海海面面蒸蒸发发。这这种种正正反反馈馈过过程程可可以以指指数数式式的的速速度度进进行行,直直至至热热带带气气旋旋生生成成,其其能能量量的的耗耗散散主主要要靠靠海海面面摩摩擦擦力力,当当气气旋旋登登陆陆后后,地地面的摩擦阻力可使能量迅速地耗散面的摩擦阻力可使能量迅速地耗散现在学习的是第25页,共54页莲花莲花+灿鸿灿鸿+浪卡(浪卡(2015.07.092015.07.09)1.超强台风尼伯特(超强台风尼伯特
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第三 讲海气 相互作用
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内