海水熱性質

包括海水的熱容、比熱容、絕熱溫度梯度、位溫、熱脹係數、壓縮率、熱導率、蒸發潛熱等，它們都是海水的固有性質，是溫度、鹽度、壓力和密度（或體積）的函數。海水的熱性質和純水有很大的差別，而且在不同的海域和不同深度處的海水，熱性質也可以大不相同。海水的熱性質，都可通過實驗方法加以測定，但也可以通過熱力學關係或統計學的方法加以計算。

熱容和比熱容 任一物體在溫度升高 1°C時所吸收的熱量，稱為該物體的熱容。它可定義為式中Q是溫度升高ΔT時物體所吸收的熱量。單位質量物體的熱容稱為比熱容〔焦/(千克·開)〕。因此，熱容和物體的質量成正比，比熱容則只和物體的性質有關。海水的比熱容一般可分為定壓定鹽比熱容(cp)和定容定鹽比熱容(cv)兩種。在海洋學中常用的是cp。純水和低鹽水的比熱容隨溫度的升高而減少，但高鹽度的海水的比熱容卻隨溫度的升高而增大，這是海水熱性質的反常性。海水的另一特性是熱容很大，約為空氣熱容的3120倍。

絕熱溫度梯度和位溫 當流體受到壓縮時，如果和外界沒有熱量交換，則外力對流體所作的功，將使流體的溫度升高。反之，當流體膨脹時，如果和外界無熱量交換，則流體本身必然消耗能量，而使溫度降低。這種變化稱為絕熱變化。在海洋中，若鹽度不變，海水的溫度在絕熱過程中隨壓力的變化，稱為絕熱溫度梯度，即其中下標s表示定鹽過程,η表示絕熱過程。海水質點由壓力p處絕熱移動到大氣壓為pa（海面）處所具有的溫度稱為位溫(θ),此時海水的密度稱為位密(ρ*)。設在某深度處海水的當場溫度為T,絕熱膨脹到達海面時溫度降低值為ΔT，則海水的位溫為

θ=T-ΔT

ΔT值隨海水溫度以及所在深度（或壓力）的增加而加大，在壓力P1至P2之間, ΔT在海洋中的變化介於 0～1.5°C之間。若海水溫度分佈和絕熱分佈的情況一樣，則ΔT為零。根據實測資料，在大洋深處，海水溫度的垂直分佈接近於絕熱分佈。

體脹係數和壓縮率 無論純水或海水，都和其他物質一樣有熱脹冷縮現象。純水在0°C時結冰，在4°C時密度最大；但海水的冰點和最大密度的溫度，都隨鹽度的增大而降低。在水溫高於最大密度時的溫度條件下，海水的吸收熱量除了增加其自身的內能外，還發生膨脹而對外力作功。海水受壓縮時，如不斷輸入或輸出熱量維持海水溫度不變，則稱為等溫膨脹或等溫壓縮。反之，當海水膨脹或受壓時，如沒有熱量輸入或輸出，溫度將不斷下降或上升，則稱為絕熱膨脹或絕熱壓縮。在定壓定鹽條件下，單位體積海水在溫度升高 1°C時的體積增量，稱為體脹係數ɑV,即式中V為海水的體積。單位體積的海水在壓力增加1帕時，其體積的減少量稱為壓縮率（每帕），其中，等溫壓縮率為絕熱壓縮率為海水的體脹係數隨溫度、鹽度和壓力的增加而增大，但其壓縮率則隨溫度、鹽度和壓力的增加而減小。

熱導率和蒸發潛熱 相鄰的水體溫度不同時，由於海水分子或水體的交換作用，使熱量由高溫區向低溫區轉移，稱為海水的熱傳導。令Q為單位時間通過單位面積的熱量，則式中λ為熱導率;n為垂直於傳熱面之間的距離。單純由海水分子的不規則運動引起的熱量轉移，稱為分子熱傳導；由水體的隨機運動引起的熱量轉移，稱為渦動熱傳導。其相應的熱導率分別為分子熱導率 (λr)和渦動熱導率(λA)。對於純水來說，溫度為1.5°C時,λr=1.39×10-3卡/（厘米·秒·度）。海水的λr比純水略小，並隨溫度的增加而增加，隨鹽度的增加而減小。λA和海水的運動狀況有關。對於不同海區和不同季節,λA值有很大的差異，這比λr值的差異大幾千倍以上。因此，在海洋中起重要作用的是渦動熱傳導，使 1克海水蒸發，把它化為同溫度的蒸汽所需的熱量，稱為海水的蒸發潛熱(L)。海水的蒸發潛熱和純水相差甚微；一般不必考慮鹽度的差別，但要考慮它和溫度的關係。在0°C與30°C之間，L與水溫T的關係為

L=596-0.529T（卡/克）

平均而論，大洋凈輻射收入的90% 用於蒸發。

參考書目

O.I.Mamayev，Temperature-Salinity Analysis of World Ocean Waters，Elsevier Scientific Publ.，Amsterdam，1975.