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海水混合
鎖定
- 中文名
- 海水混合
- 外文名
- Seawater mixing
- 特 性
- 海洋混合
- 特 點
- 不可逆
- 現 象
- 相鄰海水的性質逐漸趨向均勻
- 發生原因
- 分子混合、湍流混合
海水混合簡介
海水混合的源地和形成機制相近。具有在長時間保持相對均勻和穩定的物理、化學和生物特徵及大體一致的變化趨勢,而與周圍海水存在一定差異並可與海洋尺度相比較的宏大水體,稱為水團。外界因素通過海水運動使水團具備一定的特徵,並在一定的條件下達到最強,形成水團。海-氣相互作用以及陸水注人海洋、結冰等因素,使海水產生各種混合
[2]
。海水混合的過程是不可逆的物理過程。在一定程度上決定了進入海水中的污染物的遷移和自淨
[3]
。
海水混合混合形式
海水混合按發生的原因,可分為分子混合和湍流混合兩類。其中湍流混合是海水混合的主要形式
[4]
。
海水混合分子混合
分子混合專指由海水分子不規則運動引起的混合。分子熱傳導定律表明,熱通量密度正比於温度梯度,方向是從高温指向低温一方;分子擴散定律也表明,物質通量密度正比於物質密度梯度而指向低濃度一方。其比例係數即分子熱傳導系量或相應物質的分子擴散系量,它們僅與海水自身的性質有關,而且量值也比較小。然而,海洋混合過程最終卻是靠分子混合完成的,況且海水的可流動性及強溶解能力,也有助於分子混合的持續進行。
海水混合湍流混合
海洋湍流是海水微團的不規則的運動,即速度的大小和方向都不穩定的紊亂的流動,亦稱為紊流或亂流。由海洋湍流所引起的海洋湍流混合,比分子混合的強度大得多。
海水靜力學不穩定引起的混合以鉛直方向的對流為典型特徵,故有人將其特稱為對流混合,而將速度切變(既包括水平方向的切變,也包括鉛直方向的切變)型混合稱為渦動混合。兩者在季節性、區域性和混合效應等方面都有顯著的不同。
(1)季節性:渦動混合在一年四季都可能生成與發展,對流混合則只在降温季節比較強盛,且其效應可超過並掩蓋渦動混合。
(2)區域性:季節性降温以中、高緯度海域最為明顯,故對流混合主要發生在中、高緯度海域,低緯度海域則全年以渦動混合佔優勢。降温導致的對流混合主要發生在海洋上層,渦動混合則在海洋各層都可發生。
(3)混合效應:混合的結果都是使混合所及範圍內的海水性質趨向均勻,然而,即使同樣發生在海洋上層的混合,渦動混合與對流所達到的深度,混合趨勻後的温度值、鹽度值、密度值,也各有所不同。
海水混合影響因素
混合效應因季節和緯度的不同而不同:緯度較高的海區,由於增密作用較為明顯,加之穩定度較小,因之對流混合強,而渦動混合只有在夏季時才顯出它的作用,但並不等於夏季的渦動混合比冬季強,由於冬季風力強勁,穩定度又小,渦動混合反較夏季強烈,只是因為此時對流旺盛,使渦動混合被更為發達的對流混合所掩蔽了;在低緯海區,對流混合很難發生,故以渦動混合為主:在淺海,由於經常受到海岸、海底、淺灘、島嶼的摩擦作用,故渦動混合非常發達,同時對流混合也容易發展。
渦動混合的強弱,與海水的穩定性、風和潮汐現象有關,當穩定性增大時,水塊保持原來狀態的能力加強,渦動混合便將減弱;夏季時,由於表層海水增温,穩定性加大,渦動混合不甚強烈。風對渦動混合的影響在於它增強了海面的擾動和加大速度梯度,因此,當風速增大時,渦動混合便增強,特別是淺海中風力引起的渦動混合可直達海底。由潮汐現象引起的渦動混合與風力引起的渦動混合相反,是由海底向上擴展的,在淺海區域,由於與海底的摩擦作用,產生的速度梯度甚大,因此將引起強烈的渦動混合。
對流混合的強弱,亦與海水的穩定性有關:當水層本身穩定性很大時,對流混合很難形成,夏季時,海洋中的對流混合很難出現,在冬季時常出現強烈的對流混合;在赤道和亞熱帶海區,夏季時因表層海水的密度仍比其下層低,故不產生對流,在冬季温度很低,對流作用便非常強烈。在中緯海區,由於表面温度冬夏相差很大,故產生對流,對流的深度可達200米;在高緯海區,由於冰凍現象和增鹽的結果,故在冬季時對流可達幾千米的深度。混合的結果,是在海洋中就形成了勻和層和躍層,在某些海區還形成中間冷水層。