海洋科学导论课后习题答案

L=(2502.9-2.720t)×103J/kg (3－9) 适用范围为0～30℃。

在液体物质中，水的蒸发潜热最大，海水亦然。伴随海水的蒸发，海洋不但失去水分，同时将失去巨额热量，由水汽携带而输向大气内。这对海面的热平衡和海上大气状况的影响很大。例如发生在热带海洋上的热带气旋，其生成、维持和不断增强的机制之一，是“暖心”的生成和维持。“暖心”最重要的热源之一，则是海水蒸发时，所携带巨额热量的水汽进入大气后凝结而释放出来的。

海洋每年由于蒸发平均失去126cm厚的海水，从而使气温发生剧烈的变化，但由于海水的热容很大，从海面至3m深的薄薄一层海水的热容就相当于地球上大气的总热容，因此，水温变化比大气缓慢得多。 (二)饱和水汽压

对于纯水而言，所谓饱和水汽压，是指水分子由水面逃出和同时回到水中的过程达到动态平衡时，水面上水汽所具有的压力。蒸发现象的实质就是水分子由水面逃逸而出的过程。对于海水而言，由于“盐度”存在，则单位面积海面上平均的水分子数目要少，减少了海面上水分子的数目，因而使饱和水汽压降低，限制了海水的蒸发。海面的蒸发量与海面上水汽的饱和差(相对于表面水温的饱和水汽压与现场实际水汽压之差)成比例，所以海面上饱和水汽压小，就不利于海水的蒸发。这样一来，海洋因蒸发而损失的水量和热量就相对减少了。 五、热传导

相邻海水温度不同时，由于海水分子或海水块体的交换，会使热量由高温处向低温处转移，这就是热传导。

单位时间内通过某一截面的热量，称为热流率，单位为“瓦特”(W)。单位面积的热流率称为热流率密度，单位是瓦特每平方米，记为W·m-2。其量值的大小除与海水本身的热传导性能密切相关之外，还与垂直于该传热面方向上的温度梯度有关，即 式中n为热传导面的法线方向，λ为热传导系数，单位是瓦特每米每摄氏度，记为W·m-1·℃-1。仅由分子的随机运动引起的热传导，称为分子热传导，热传导系数λt为10-1量级。例如在101325Pa气压和10℃时，纯水的λt＝0.582W·m-1·℃-1，30℃时，λt=0.607W·m-1·℃-1，即随温度的升高而增大，水的热传导系数在液体中除水银之外是最大的。由于水的比热容很大，所以尽管其热导性好，但水温的变化相当迟缓。海水的热导系数λt，比纯水的稍低，且随盐度的增大略有减小。λt主要与海水的性质有关。

若海水的热传导是由海水块体的随机运动所引起，则称为涡动热传导或湍流热传导。涡动热传导系数λA主要和海水的运动状况有关。因此，在不同季节、不同海域中，λA有较大差别，其量级一般为102～103。所以涡动热传导在海洋的热量传输过程中起主要作用，而分子热传导只占次要地位。例如，据计算，在温度0℃的海洋中。如果海面温度保持30℃，单靠分子热传导，则需要1000年的时间才能在300m的深度上使温度上升到3℃。当然在3.4.3讲述“双扩散”对流时，分子热传导的作用是不可忽视的。

类似热量的传导，海洋中的盐量(浓度)也能扩散传输。同样也有分子盐扩散和涡动盐扩散两种方式，且不同盐度的海水，其盐扩散系数也不同。大体上分子盐扩散系

数仅为分子热传导系数的0.01左右。盐扩散率表达式的形式与式(3—10)的形式相对应。

另外，海水的动量传输的表达式，也与式(3—10)具有相似的形式。 六、沸点升高和冰点下降

海水的沸点和冰点与盐度有关，即随着盐度的增大，沸点升高而冰点下降。在海洋中，人们关心的是海水的冰点随温度的变化。Doherty等(1974)给出了如下关系式 tf=-0.0137-0.051990S-0.00007225S2-0.000758Z (3—11)

式中Z为海水的深度(m)。在上述基础上，Millero等(1976)又提出了新的公式 tf=-0.0575S+1.715023×10-3S3/2-2.154996×10-4S2-7.53×10-8p (3－12) 式中S为实用盐度，p的单位为帕(Pa)。

虽然海水最大密度温度tρ(max)与冰点温度tf都随盐度的增大而降低，但前者降得更快。当S=24.695时，两者的对应温度皆为-1.33℃，当盐度再增大时，tρ(max)就低于tf了。

主要的力学性质：

(一)海水的粘滞性：相邻两层海水作相对运动时，由于水分子的不规则运动或者海水块体的随机运动(湍流)，在两层海水之间便有动量传递，从而产生切应力。

(二)海水的渗透压：果在海水与淡水之间放置一个半渗透膜，水分子可以透过，但盐分子不能透过。那么，淡水一侧的水会慢慢地渗向海水一侧，使海水一侧的压力增大，直至达到平衡状态。此时膜两边的压力差，称为渗透压。

(三)海水的表面张力：液体的自由表面上，由于分子之间的吸引力所形成的合力，使自由表面趋向最小，这就是表面张力。 (一)海水的粘滞性

当相邻两层海水作相对运动时，由于水分子的不规则运动或者海水块体的随机运动(湍流)，在两层海水之间便有动量传递，从而产生切应力。

摩擦应力的大小与两层海水之间的速度梯度成比例。界面上单位面积的应力为 式中n为两层海水界面的法线方向，υ为流速，μ称为动力学粘滞系数(粘度，Viscosity)，单位是帕秒，记为Pa·s；μ/ρ称为运动学粘滞系数，单位是平方米每秒，记为m2·s-1。μ随盐度的增大略有增大，随温度的升高却迅速减小。 单纯由分子运动引起的μ的量级很小。在讨论大尺度湍流状态下的海水运动时，其粘滞性可以忽略不计。但在描述海面、海底边界层的物理过程中以及研究很小尺度空间的动量转换时，分子粘滞应力却起着重要作用。分子粘滞系数只取决于海水的性质，而涡动粘滞系数则与海水的运动状态有关。 (二)海水的渗透压

如果在海水与淡水之间放置一个半渗透膜，水分子可以透过，但盐分子不能透过。那么，淡水一侧的水会慢慢地渗向海水一侧，使海水一侧的压力增大，直至达到平