A víz hőmérsékletének és sótartalmának vertikális eloszlása az óceánban
Tehát az óceán elnyeli a napsugárzás legtöbbjét, amely áthalad a felszínén, és ez a felszívódás inkább terjedelmes, mint felületes. Az óceán, ahogy volt, tárolja a hőt és felmelegszik. A vízmennyiség bármely pontján (mélységben) elnyelt hő azonban ezen a ponton nem marad állandó. Az óceánban számos olyan folyamat van, amelyek hőátadást okoznak pontról pontra, mind az óceán függőleges hőmérsékleti eloszlását, mind pedig a hőmérsékleti mező vízszintes szerkezetét.
Ismerkedjünk meg azzal, hogy a függőleges eloszlás néz ki, vagy. ahogy általában szokták mondani a hőmérséklet függőleges profilját az óceánban. Először is emlékezzünk a levegő és a víz tömegmozgásának lehetséges jellegére - lamináris és turbulens. Ezt a problémát a jól ismert Reynolds hidrodinamika kezelte. Bevezett egy olyan feltételt, amely a nevét viseli és az űrlapot tartalmazza
Ch. 8. Az óceán termodinamikája 159
Eleinte azt gondolták, hogy az érték a Reynolds-szám, félig jött, hogy hívják a kritikus, az egyetemes és érvényes az összes forgalom (a csövek, csatornák, folyómedrek, tengeri áramlatok), m. E. Ez az áramlás a konfigurációs és a skála átmenet lamináris turbulens áramlás mozgás természete fog bekövetkezni-at Re = 2 000. További vizsgálatok azt mutatták, hogy ez nem igaz, és tudod használni néhány technikai trükkök „húzza” lamináris Re = 40000, de lehet kapni a turbulens áramlás, és Re = 100. Azonban az érték Re = 2 000, kijelentjük Reynolds, és továbbra is útmutatóként szolgál.
Ha ezt a tesztet, hogy az óceán, és megteszi a legjellemzőbb mennyiségek értékeit tartalmazza száma Re, azaz U = 1 m / s, L - 6 km és molekuláris kinematikai viszkozitása víz egyenlő térfogat - 0,01 • 10
4 m 2 / s, majd Re = 6 • 10 9. A Re szám ezen értéke szerint az óceánt erősen turbulizálni kell, vagyis erősen keverni kell. A Re szám ilyen értékeinél az óceán fizikai jellemzőit alaposan be kell állítani, beleértve a vízhőmérsékletet is. Azonban a vízhőmérséklet függőleges eloszlásának első mérései a Világ Óceán különböző részein kimutatták, hogy ez nem így van. Számos későbbi expedíció, amely során különböző vízmélységű vízhőmérsékleteket mértek, komplex mélységeloszlás jelenlétét mutatta [25, 41, 44].
A T (z) hőmérséklet-eloszlások tipikus típusai a mélység mentén a 3. ábrán láthatók. 8,2, 8,3. Amint az a számokból is látható, nem beszélnek az óceán vizének teljes keveredéséről, annak ellenére, hogy a Re szám igen jelentős. Egy jól kevert csak az óceán felső rétege lehet az I. vastagságnak
10-100 m, amelyet a felső kvasihomogén rétegnek (VCS) neveznek. Vastagsága tízes és több száz méter között változhat, sekély tengereken és alul, a hidrometeorológiai körülményektől függően. A VCS-hez egy szezonális termoklin (CT) réteget csatolnak - nagy hőmérséklet és sótartalom gradiensek. A VCS és a CT az ún
_________________ Ch 8 Az óceán termodinamikája __________________ 161
aktív réteg az óceán (DSO) - réteget, amely ki van téve a befolyása sredstvenno Nepo-energia folyamatokat, hő- és tömegcserelő az atmoszférával, ott szintén felszívódott frakció behatol a fő-útmutató napsugárzás esetén erős vízhűtéses DSO vastagsága elérheti a több száz méter.
A szezonális termoklin alatt található a fő termoklin (HT), amely az óceáni vizek legnagyobb részét fedezi. Fő metalimnion - olyan terület, ahol van egy fokozatos változás tempera-túrák és sótartalom mélységgel, de a vertikális gradiens ilyen nagyságrendű sokkal kisebb, mint a szezonális metalimnion réteges szerkezetű metalimnion kialakított hosszabb folyamatok közvetlen kölcsönhatása az óceán a légkörbe, és a globális folyamatok általános keringési a Világ-óceán vizei, és végül több tíz méter a vízoszloptól az óceán aljáig szomszédos alsó határréteget képez, amelynek fizikai paraméterei az alsó dombormintától függenek, Én az alsó, a kölcsönhatás a fő metalimnion
Az az elképzelés, a folyamatos, egyenletes változás a mélyből távú sűrűség, hőmérséklet, sótartalom és egyéb jellemzőit létezett sokáig, és nem fér bele a keret erősen turbulize, jól kevert óceán csak az Advent a szonda készülék nagy felbontású, azt találtuk, hogy az óceán peresloen a sokkal több, mint a korábbi mérésekből következik.Az óceánban és a legtöbb természetes tározóban számos egyértelműen meghatározott réteg van, amelyek bár szűkültek e év, de nem tűnik el, és nem keverjük (8.4 ábra) [138] A szaggatott vonal a grafikonon a hang sebessége megfelelő a mélység a hangsebesség a nyomás (mélység) állandó hőmérsékleten és sótartalom,
Az interfész az óceánban, van elég pro-időtartamát (hónap, és egyes területeken az óceán páros években) Úgy tűnik, hogy a diffúziós és hővezető gyorsnak kell lennie ahhoz, hogy sima finom inhomogenitása, azonban ez nem történik meg ezeket a szerkezeti jellemzők aktív elemeket, amelyek meghatározzák az átviteli energia és az anyag az óceánban A kiterjesztett rétegek hosszú távú létezésének és az őket elválasztó magas gradiens rétegek jelenségét az amerikai G Stommel és a megfelelő tagállam ndentom tudományok, a Szovjetunió KN Fedorov, és már az úgynevezett finom termohalin szerkezetét az óceán vizei [138] Ezek vékony Series út 1967
Ábra. 8.4. A hőmérsékletmérési eredményeket T (bal görbe) 5-lajhár (jobb görbe) és hangsebesség-c (kapott profilok időközönként 10 perc) egy kvázi-homogén felső réteget a Indiai-óceán. A hangsebesség skála a második profilra vonatkozik
megméri a Timor-tenger tengervízének lépcsőzetes szerkezetét.
Az óceáni vizek mindenütt jelenlévő transzfúziójának oka a tartós rétegződés vagy a sűrűség egyenletes eloszlása. A rétegzett folyadékkal végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a függőleges, erőteljes külső energiaforrások mentén stabil sűrűségeloszlású folyadék keverésére van szükség. Általánosságban elmondható, hogy az ilyen irányú külső energiaforrások az óceánban vannak - a szél a szélhullámos keverést okozza, és az ősszel-téli időszakban konvekciót. Annak ellenére, hogy ezek a források meglehetősen erősek, legfeljebb a hatásuk csak elegendő ahhoz, hogy összekeverjük a VCS-t és növeljük annak vastagságát. hogy megnövelje a CT előfordulási mélységét. Gyakran előfordul, hogy vizes, jól összekevert vékony rétegek (vagy inkább közbenső rétegek) megjelenését eredményezi, amelyek nagy fizikai nagyságú rétegekkel vannak elválasztva egymástól. Vastagságuk centimétertől tíz méterig terjed. Az ilyen rétegeket megfigyelték a VCS-ben, és 3 km mélységben rögzítették.
Az óceán és a légkör finom thermohaline-szerkezetének kísérleti felfedezése a 20. század utolsó évtizedei egyik legfontosabb felfedezése. A vékony thermohalin-szerkezet egyik figyelemre méltó tulajdonsága a stabilitás. Még a hatalmas ciklonok, viharok, hullámok sem
Ch 8 Az óceán termodinamikája 163
megsemmisítik ezeket a struktúrákat, amelyek akár több száz kilométeres horizontális méretekkel is rendelkezhetnek. Az ilyen struktúrák kialakulásához vezető mechanizmusokat nem vizsgálták kellőképpen.
Ha a TXj y ^ T (z) hőmérséklet pillanatnyi függőleges eloszlását jelöljük az (x, y) pontban lévő t időpontban, akkor rá tudunk írni
Hasonló kifejezéseket lehet leírni a sós víz és a sűrűség a tengervíz. A jobb oldalon az első kifejezés a klasszikus óceánográfia tárgyát képező jelenségek osztályát jelenti; a második kifejezés a vékony thermohalin szerkezet jelenségével kapcsolatos inhomogenitás; a harmadik kifejezés a Reynolds mikrotitrális; L ig - a térbeli és időbeli skálák értékei, a vízminták strukturális elemeinek meghatározása, melyet egy tüzelt réteges szerkezet és turbulencia okoz. A függőleges profilok szakadásának szabályozása általában nagyobb, mint a hőmérséklet-eloszlás. A tengervíz másik érdekes tulajdonsága. Ha a légkörben a molekuláris diffúzió sebessége majdnem azonos, az óceánban a hő és a só diffúziójának mértéke két nagyságrenddel különbözik (K ^ = 1,4X Û
3 cm 2 / s, K ^ = 1,04-10
5 cm 2 / s), ami olyan jelenséghez vezet, mint a diffúziós diffúziós konvekció, amely az egyik olyan mechanizmus, amely felelős a tenger víz finom termohalin szerkezetének kialakulásáért.
Konvekció többkomponensű közeget, amely az óceán (a légkör, a Föld köpeny is ilyen közegek) általában nyilvánul két formája van: az előbbi esetben, a forma-ruyutsya horizontális nagy gradiens réteg, a WTO-set - vannak az úgynevezett „só ujj”, bemutatva vékony függőleges vízfolyások. Homogén közegben a termikus konvekció függőleges fúvókák vagy fáklyák formájában jelenik meg [127]. A konvekció mindkét formája megbízhatóan rögzíthető az óceánban. A Föld kéreg és köpeny egy komplex kompozíció többkomponensű rendszere, amely szilárd anyagot és folyadékot tartalmaz. Sok ásványi anyag tartósított konvekciós nyomokat a folyadékfázisban. A többkomponensű konvekció a csillagok és a bolygók összetett, függőleges rétegezett szerkezetét eredményezi
Ch 8 Az óceán termodinamikája
Ch 8 Az óceán termodinamikája
Ábra 8 6 A konvektív folyadék képe egy fűtött vízszintes henger fölött egy homogén (a) és rétegzett (b) folyadék
Rétegzett közeg sűrűsége
az 5 sótartalomtól és a sótömeg / 3 sűrűség függvényétől függ, a a hőtágulási együttható. A rétegződést a felhajtóerő
A homogén folyékony figyelhető buboréksugaras Mint távol a fűtőelem (emelkedés), bár a SKO-növekedés és a hőmérséklet a jet bomlás, a mozgás válik turbó vegyérték festmény egy rétegzett közegben alapvetően más - egy bonyolult szerkezet az áramlás jellemző elemeit a szerkezet egy többkomponensű konvekcióval emelkedő elsődleges egy fáklya és egy konvektív sejtek rendszere Kiváló sejtek nagy! radientnye-réteg ábrázolása lyayut egy speciális osztálya belső határoló áramok, a kibocsátják jelenlétében a belső környezet a nulla frekvencia vagy hullámhossz-Disse pativno-gravitációs hullámok homogén közegben [59, 148] A konvektív sejteket a fenti fényképeket
Ch. 8. Az óceán termodinamikája
Ábra. 8.7. A konvekciós áramlás kialakulása lapos függőleges hőcserélő közelében, gyenge rétegződéssel: a, b, c - m = 8, 20, 32 perc
egyértelműen mutatja a különbséget a természet a konvektív mozgást egy homogén többkomponensű környezetben. Attól függően, hogy ve maszkok és hő áramlási jellemzőit a közeg pont felett forrás megfigyelt öt különböző típusú folyamot (diffúz, réteges, lamináris laminált látható a fénykép, digitális-réteges és tolakodó).
A leírt jellemzők kép többkomponensű konvektív-TION henger fölé, és marad a átmenet egy pont hőforrás és egy oldalsó hőstabil stratifi közepes képzett. Az 1. ábrán. 8.7 ábra az árnyék kép konvekciós melegítési egy oldalsó lineárisan rétegzett sóoldatban [149]. A tápközeg gyengén rétegzett, a felhajtóerő 33 s, a hőmérséklet-érték AT = 0,7 ° C. A fejlesztés a konvekciós termokontsentratsionnoy SVOCs-on hőforrás lehet három fázisra bontható: a kialakulását a magas gradiens rétegek áramkör vortex sejtek a hűtőzónában, létrehozásáról áramlás és koordinációs struktu-ry. A kép megmarad még a lapos hidegforrásból származó konvekció kialakulásával. A struktúrák fejlődési üteme lassul a rétegződés csökkenésével. Körülményei között ez a kísérlet konvektív örvény tengelyekhez lépcsőmagasság nagyságrendű sejtek szinkron kialakult hosszú idő után (t - 5-7 perc) kezdete után a fűtési és fokozatosan átalakult a konvektív sejtek (ábra 8.7, b.). A kísérletek azt mutatják, hogy az oldalsó hűtés során az áramlás szerkezete a fázisátmenet alatt is minőségi megőrzéssel rendelkezik. Ezek a folyamatok döntő szerepet játszanak a jég fagyasztásában és a jéghegyek olvadásában.
Így, amint azt a helyszíni vizsgálatok is mutatják, a hőmérséklet és a sótartalom függőleges eloszlása
_________________ Ch. 8. Az óceán termodinamikája ______________________ 167
komplex jellegű, számos különböző méretű és különböző jellegű szerkezeti alakzatot tartalmaz. A hidrofizika egyik legfontosabb feladata e jellemzők tanulmányozása, kialakulásuk és átalakulásuk mechanizmusa.