第四講海洋混合及其效應(yīng)

1、第四講  海洋混合及其效應(yīng)一、海洋混合混合是海水的一種普遍運(yùn)動(dòng)形式，混合的過(guò)程就是海水各種特性（例如熱量、濃度、動(dòng)量等）逐漸趨向均勻的過(guò)程。 海水混合的形式有三種： 分子混合 渦動(dòng)混合（湍流混合）：是海洋中海水混合的重要形式。 對(duì)流混合1.1 湍流的基本特征 流體運(yùn)動(dòng)形式分為層流與湍流兩種。 層流是一種十分規(guī)則的流動(dòng)，在兩層流體之間只能通過(guò)分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行特性交換。 湍流運(yùn)動(dòng)則是在平均運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，又疊加上了一種以流體微團(tuán)的形式作紊亂的、毫無(wú)秩序的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。這是湍流的基本特征之一。其二是湍流的擴(kuò)散性其三是對(duì)能量的耗散性。 1.2 湍流的生消 湍流能量的產(chǎn)生來(lái)自兩

2、個(gè)方面： 湍流能量的切變生成平均運(yùn)動(dòng)中的速度剪切。 湍流能量的浮力生成海水不穩(wěn)定，勢(shì)能變動(dòng)能。 湍流能量的消耗 也有兩種途徑 第一，由粘滯性的作用消耗； 第二，在海水穩(wěn)定度為正值的情況下，其浮力生成率為負(fù)值。（它使已經(jīng)開始的擾動(dòng)被削弱甚至平息，這顯然是湍流的動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的勢(shì)能所致）。 平均流速梯度與海水靜力穩(wěn)定度是制約湍流生消的主要因子 湍流的形成是由動(dòng)力因子所產(chǎn)生的機(jī)械作用以及熱鹽因子所致 1.3  海水混合的區(qū)域性 海-氣界面這是海水混合最強(qiáng)烈的區(qū)域。 海底混合 海洋內(nèi)部混合 1.4  雙擴(kuò)散效應(yīng) “雙擴(kuò)散”效應(yīng)引起的海洋內(nèi)部混合 在層結(jié)穩(wěn)定的海洋中，由于分子熱傳導(dǎo)

3、系數(shù)大于鹽擴(kuò)散系數(shù)（Kt102KS），便可能引起自由對(duì)流，從而促進(jìn)海洋的內(nèi)部混合。 由于這種海水混合現(xiàn)象完全是由熱量與鹽量通過(guò)子擴(kuò)散而引起的，因而稱為“雙擴(kuò)散”效應(yīng)。  雙擴(kuò)散效應(yīng) 1）冷而淡的海水位于暖而咸的海水之上 由于分子擴(kuò)散的結(jié)果，上層海水增溫增鹽，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)系量是鹽擴(kuò)散系量的100倍，所以上層海水由于增溫而密度減小，導(dǎo)致海水從界面處上升，下層降溫降鹽而密度增大，導(dǎo)致海水從界面處下降。對(duì)流從界面開始分別向上和向下擴(kuò)展。 2）暖而咸的海水位于冷而淡的海水之上 上下兩層海水通過(guò)界面產(chǎn)生對(duì)流，分別向另一層海水?dāng)U散。在海洋中已經(jīng)觀測(cè)到這種從界面向上、下伸展幾厘米長(zhǎng)的指狀水柱，稱為“鹽

4、指”二、鉛直混合效應(yīng)趨勻與層化 2.1 海洋上層的混合效應(yīng) 海洋上層是海洋中混合最強(qiáng)烈的區(qū)域，包括由動(dòng)力因子引起的渦動(dòng)混合和由熱鹽因子引起的對(duì)流混合。 混合效應(yīng): 均勻?qū)?上混合層 渦動(dòng)混合： 假定渦動(dòng)混合過(guò)程中熱鹽守恒，那么混合后的溫、鹽值，基本上應(yīng)等于它們混合前的平均值。在混合層的下界將出現(xiàn)一個(gè)水文特性梯度較大的過(guò)渡層，即形成溫、鹽、密度躍層。   對(duì)流混合 單獨(dú)由降溫引起的對(duì)流混合，其溫度值低于混合前的平均值，鹽度則等于混合前的平均值； 單純由增鹽引起的對(duì)流混合，其鹽度值高于混合前的平均值，溫度則等于混合前的平均值； 由溫、鹽聯(lián)合效應(yīng)引起的對(duì)流混合，其溫度要低于混合前的平均值，

5、其鹽度要高于混合前的平均值。而混合后的密度總是高于混合前密度的平均值。 2.2 上層混合的分布與變化 明顯的季節(jié)變化和不同的地理分布特點(diǎn)。 1）渦動(dòng)混合在各個(gè)季節(jié)各緯度的海區(qū)都會(huì)發(fā)生，而對(duì)流混合卻在高緯海區(qū)與降溫季節(jié)比較強(qiáng)烈。在低緯海區(qū)，對(duì)流混合難以發(fā)展，渦動(dòng)混合則長(zhǎng)年占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。 2）不論渦動(dòng)混合還是對(duì)流混合，在陸架與淺海區(qū)都比大洋更為強(qiáng)烈，特別是在某些中高緯海區(qū)甚至可以直達(dá)海底。 2.3  海洋底層的混合效應(yīng) 潮流和海流 下混合層 2.4  躍層對(duì)海況的影響 屏障作用：物理、化學(xué)、營(yíng)養(yǎng)鹽類、聲、光的折射、反射、軍事活動(dòng)。 2.5 海洋熱鹽細(xì)結(jié)構(gòu) 2.5.1海洋細(xì)結(jié)構(gòu)相對(duì)常規(guī)觀測(cè)尺度的鉛直向結(jié)構(gòu)，稱其為“細(xì)微”結(jié)構(gòu)。 很多很薄的水層構(gòu)成，層內(nèi)溫鹽性質(zhì)相對(duì)均勻的分層結(jié)構(gòu)。（小于1m、數(shù)厘米甚至更?。?。 2.5.2海洋細(xì)結(jié)構(gòu)的型式 階梯狀結(jié)構(gòu)： 在海洋上層：大風(fēng)的擾動(dòng)或相鄰海水的入侵。在海洋深層：一般認(rèn)為是因“雙擴(kuò)散”對(duì)流，混合增密引起的對(duì)流，速度剪切引起的湍流。 不規(guī)則擾動(dòng)型：躍層內(nèi)有厚度為數(shù)米的溫度和密度相當(dāng)均勻的薄層，有時(shí)甚至有逆溫現(xiàn)象