海水性质与温盐结构
温度和盐度是海洋的主要变量:它们与压力共同通过非线性状态方程确定海水密度,而密度场则将水柱组织成稳定分层的结构。
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Definition
温盐结构是指海水按温度(thermo-)和盐度(-haline)进行的垂直排列,以及由此产生的密度分层,它控制着稳定性和不同水团的形成。
Scope
本主题涵盖温度、盐度和压力的定义与测量;状态方程和现代TEOS-10热力学标准;位温、保守温度以及sigma-t和中性密度等密度变量;以及由此产生的混合层、温跃层、盐跃层和密度跃层的垂直结构。
Core questions
- 如何定义和测量水柱中的温度、盐度和密度?
- 为什么海水的状态方程是非线性的,这种非线性会产生哪些现象?
- 混合层、温跃层和密度跃层的深度和强度是由什么决定的?
- 温盐图如何揭示水团的起源和混合?
Key theories
- 非线性状态方程
- 海水密度非线性地依赖于温度、盐度和压力,因此混合两个密度相等的水团可能会产生密度更大的水(cabbeling),并且可压缩性随温度变化(thermobaricity)。
- 分层与稳定性
- 当密度随深度增加时,水柱是稳定的;浮力(布伦特-瓦伊萨拉)频率量化了这种稳定性,并控制着垂直运动和内波恢复的难易程度。
Mechanisms
太阳辐射加热和淡水通量(降水、蒸发、冰融化和形成)改变了表层盐度,从而设定了海表浮力;风和对流将上层海洋混合成一个近乎均匀的层,其下方温度和盐度通过温跃层和盐跃层逐渐过渡到深海。由此产生的密度,通过状态方程计算,决定了静态稳定性和地表水能够下沉的深度。
Clinical relevance
准确的海水热力学对于计算海洋的热量和淡水含量、校准电导率-温度-深度(CTD)和Argo浮标传感器的盐度和密度,以及追踪海洋在储存人为热量方面的作用至关重要。
History
20世纪初,克努森(Knudsen)的工作标准化了通过滴定法测定盐度;基于电导率的实用盐度标尺于1978年问世,而2010年采用的符合热力学一致性的TEOS-10标准,则用绝对盐度和保守温度取代了早期的公式。
Key figures
- Martin Knudsen
- Bjorn Helland-Hansen
Related topics
Seminal works
- talley2011
- iocTeos2010
Frequently asked questions
- 什么是温跃层?
- 温跃层是海洋中温度随深度迅速降低的层,它将温暖、充分混合的表层水与寒冷的深海分隔开来。
- 如今如何测量海洋盐度?
- 如今,盐度主要通过CTD仪器和自主浮标测量的电导率、温度和压力来推导,而不是通过较旧的化学滴定法。