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地球上水的物理性质(5)

时间:2015-10-10  归属:水文学
3;0℃的水密度为0.9999g/cm3;3.98℃时纯水密度为1;50℃水的密度为0.9881g/cm3

  (二)海水密度

  海水密度是指单位体积内所含海水的质量,其单位为g/cm3。但是习惯上使用的密度是指

海水的比重,即指在一个大气压力条件下,海水的密度与水温3.98℃时蒸馏水密度之比。因此在数值上密度和比重是相等的。海水的密度状况,是决定海流运动的最重要因子之一。

  海水密度是实用盐度(s)、温度(t)和压力(p)的函数。因此,海水密度可用海水状态方程表示:

  ρ(s,t,p)=ρ(s,t,0)/[1-10ρ/k(s,t,p)] (1-3)

  式中,ρ为海水密度;k为海水正割体积弹性模量。

  k(s,t,p)=k(s,t,0)   Ap   Bp2 (1-4)

  式中,A、B为系数。

  在一个标准大气压(p=0)下的海水密度,称条件密度,可由下式确定:

  ρ(s,t,0)=ρw (b0 b1t b2t2 b3t3 b4t4)s

   (c0 c1t c2t2)s3/2 d0s2 (1-5)

  式中,ρw为纯水的密度;b0=8.24493×10-1;b1=-4.0899×10-3;b2=7.6438×10-5;b3=-8.2467×10-7;b4=5.3875×10-9;c0=-5.72466×10-3;c1=1.0227×10-4;c2=-1.6546×10-6;d0=4.8314×10-4

  因为海水的密度一般都大于1,例如,1.01600,1.02814等,并精确到小数5位,为书写简便,常用σs,t,p来表示,即海水密度减1再乘1000:

  σs,t,p=(ρs,t,p-1)×1000 (1-6)

  因此,如ρs,t,p为1.02545时,σs,t,p为25.45。

  在现场温度、盐度和压力条件下所测定的海水密度,称为现场密度或当场密度。

  海水的密度与温度、盐度和压力的关系比较复杂,凡是影响海水温度和盐度变化的地理因素,都影响密度变化。虽然各大洋不同季节的密度在数值上有所变化,但其分布规律大体是相同的,即大洋表面密度随纬度的增高而增大,等密度线大致与纬线平行。赤道地区由于温度很高,盐度较低,因而表面海水的密度很小,约1.02300。亚热带海区盐度虽然很高,但那里的温度也很高,所以密度仍然不大,一般在1.02400左右。极地海区由于温度很低,所以密度最大。在三大洋的南极海区,密度均很大,可达1.02700以上。

  在垂直方向上,海水的结构总是稳定的,密度向下递增。在南北纬20°之间100米左右水层内,密度最小,并且在50米以内垂直梯度极小,几乎没有变化;50—100米深度上密度垂直梯度最大,出现密度的突变层(跃层),它对声波有折射作用,潜艇在其下面航行或停留在其上均不易被发现,故有液体海底之称。约从1500米开始,密度垂直梯度很小,在深层,密度几乎不随深度而变化。

  五、水色与透明度

  (一)水色

  纯水是无色的。但自然界水体的水色,是由水体的光学性质以及水中悬浮物质、浮游生物的颜色所决定的。水色是水体对光的选择吸收和散射作用的结果,因为水体对太阳光谱中的红、橙、黄光容易吸收,而对蓝、绿、青光散射最强,所以海水水色多呈蔚蓝色、绿色;而水体的颜色与天空状况、水体底质的颜色也有关。

  水色常用水色计测定。水色计由21种颜色组成,由深蓝到黄绿直到褐色,并以号码1-21代表水色。号码越小,水色越高,号码越大,水色越低。

  (二)透明度

  透明度是表示各种水体能见程度的一个量度。也是各种水体混浊程度的一种标志。通常是把透明度板(白色圆盘直径为30厘米)放到水中,从水面上方垂直用肉眼向下注视圆盘,测出直到看不见圆盘时为止的深度,单位以米表示。这就是透明度。除水体的清浊程度外,透明度还随水面波动、天气状况、太阳光照等外部条件的不同而异。

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