【文章內(nèi)容簡介】 緯度帶的年較差大于南 半球，見表 13。水溫年變深度，一般可達(dá) 100—150米，最大深度可達(dá) 500 米左右。 16 海冰 P13－ 14 ? 海上出現(xiàn)的冰有兩種來源：一種是海水自身凍結(jié)而成的，稱為海冰；另一種是進(jìn)入海洋中的大陸冰川、河冰和湖冰等淡水冰。廣義地，出現(xiàn)在海上的冰都稱為海冰。 ? 下面主要探討海水結(jié)冰過程及其物理性質(zhì)。 1）海冰的主要物理性質(zhì) （ 1）淡水的冰點(diǎn) Ti 為 0℃ ，最大密度的溫度 TM 是 ℃ （約 4℃ ）；而海水的冰點(diǎn)和最大密度的溫度都不是固定值，都隨鹽度值的增加而線性下 降，但冰點(diǎn)溫度降低較和緩。當(dāng)海水的鹽度大于 10－ 3 時，最大密度的溫度低于冰點(diǎn)溫度；而鹽度小于 10－ 3 時，最大密度的溫度高于冰點(diǎn)溫度；只有鹽度在 10－ 3 時，海水的最大密度的溫度才與冰點(diǎn)溫度相同，為－ ℃ （圖 5． 32）。 17 （ 2）海冰中含有少量鹽分 海冰呈蜂窩狀，由淡水冰晶和鹽室中的鹽汁構(gòu)成。海冰中所含鹽分的多少取決于海冰冰齡（成冰時間長短）、結(jié)冰速度、原始海水鹽度。當(dāng)成冰時間短、結(jié)冰速度快、原始海水鹽度高，則海冰中所含鹽分越多。 （ 3）海冰密度低于海水 （ 4）海冰比淡水冰易融（因冰點(diǎn)低）。 2）海水的結(jié)冰過程 ? 分兩種情形： ? （ 1）當(dāng)海水鹽度 S＜ 10－ 3 時 ? 因海水的最大密度溫度高于冰點(diǎn)溫度，則結(jié)冰過程與淡水結(jié)冰過程相同。即隨海面氣溫下降，水溫降低，密度增大，表層海水下沉，產(chǎn)生對流，當(dāng)海水溫度降到最大密度溫度時，海水密度最大；隨后，表層海水溫度進(jìn)一步下降，密度減小，對流宣告結(jié)束，當(dāng)表層水溫降至冰點(diǎn)溫度或過冷卻狀態(tài)時，可能產(chǎn)生結(jié)冰。 ? 然而， 大洋表面鹽度均大于 103 ，其結(jié)冰過程 與淡水結(jié)冰迥然不同。 （ 2）當(dāng)海水鹽度 S＞ 10－ 3 時 ? 其結(jié)冰過程非常困難緩慢。 ? ①一方面，鹽度＞ 10－ 3 時 ，海水的最大密度溫度 TM 低于冰點(diǎn)溫度 Ti，隨著海面溫度的不斷下降，表層海水密度總是不斷增大，必然導(dǎo)致表層海水下沉而形成對流。這種對流過程將一直持續(xù)到結(jié)冰時為止，這種對流作用可達(dá)到很大的深度乃至海底。由于對流，下層海水熱量向上輸送，使海水的冷卻速率減慢，因此海水 18 結(jié)冰非常困難。只有相當(dāng)深的一層海水充分冷卻后才開始結(jié)冰。 ? ②另一方面，海水結(jié)冰時，要不斷地析出鹽分，使表層海水鹽度 增加，密度增大，因而表層水繼續(xù)下沉，加強(qiáng)了海水的對流（助長對流）；同時，鹽度值的增加，又使冰點(diǎn)溫度進(jìn)一步下降，所以結(jié)冰就更困難、更緩慢。 3）海水結(jié)冰條件 ? （ 1）氣溫長期處于過冷卻 ? 此條件促使海水通過對流混合，在相當(dāng)深的一層海水達(dá)到某種程度的過冷卻（即水溫低于冰點(diǎn)）。 ? （ 2）要有結(jié)晶核存在 ? 如巖屑、礦物碎屑等。則海面和海水內(nèi)部均可結(jié)冰，但大洋中部不易結(jié)冰，邊緣海區(qū)容易結(jié)冰。 ? 海冰主要分布在高緯海區(qū)。北冰洋終年有 9000 萬 KM2 的海面被冰覆蓋，冬季的范圍更廣，可一直延伸到大西洋西北部 45176。 N 附近。 ? 海冰有岸 冰和浮冰兩種。 （二）河流水溫與冰情 P14 河流的水溫 ? 河流水溫取決于河段熱量的收支狀況，若收入熱量大于支出熱量，則水溫升高；反之，則水溫下降。 影響河流水溫的因素 ? 太陽輻射是地球主要的熱源，也是河水增溫的主要熱收入。水溫的分布，大體與氣溫一致，體現(xiàn)著隨緯度增加和地勢增高而降低的地帶性規(guī)律，但水溫的變幅小于氣溫的變幅。原因是水的熱容量大。 ? 此外，河流水溫還受補(bǔ)給水源、上游來水及冰情等的影響。 補(bǔ)給水源：高山冰雪融水補(bǔ)給河流，水溫偏低；雨水補(bǔ)給河流，水溫較高；湖泊水補(bǔ)給河流，春溫低，秋溫高；地下水補(bǔ)給河流 ，水溫變幅小。 冰情：河水結(jié)冰要放熱，對水溫的降低起抑制作用；河冰解凍要吸熱，對水溫升高起抑制作用。 由于水的熱容量大，則上游來水的溫度和水量將對河流水溫起著重要作用。 河流水溫的日變化與年變化 （ 1）日變規(guī)律 水溫的日變化與氣溫的日變化大體一致，早晚較低，午后升高，水溫最高值落后于氣溫 2－ 3 小時，日變幅常在 1－ 3℃左右，比氣溫日變幅小。其原因是水的熱容量大，對熱量變化的反應(yīng)比較遲緩，變化速度稍落后于氣溫，變幅也較氣溫小。 河水溫度的日變化與水量、季節(jié)、天氣和地理位置有關(guān)。 河水水量越多，日變幅越?。恢懈呔?地區(qū)暖季水溫日變幅大于冷季；中低緯河流，水溫日變幅稍大；晴天水溫日變幅大于陰天。 (2)水溫的年變規(guī)律 ? ①水溫年變趨勢大體與氣溫一致，但年變幅比氣溫小，河流年平均水溫比當(dāng)?shù)啬昶? 19 均氣溫略高。 ? 春夏季，收入熱量大于支出熱量，水溫升高，最高值多出現(xiàn)在盛夏，且水溫小于氣溫；秋冬季，收入熱量小于支出熱量，水溫降低，最低值多出現(xiàn)在氣溫最低的時期，且水溫高于氣溫。 ? ②中緯地區(qū)水溫年變幅比低緯和高緯都大（中緯地區(qū)水溫年變幅最大）。 ? 原因是：低緯地區(qū)，太陽輻射和氣溫的年變化小；高緯地區(qū)氣溫年變化雖較大，但受結(jié)冰和融冰影響，水 溫年變幅也較小，暖季融冰吸熱和冷季結(jié)冰放熱都將緩和水溫水溫的年變化。 ? ③水溫年變幅度隨海拔高度增高而減小 ? 地勢增高，氣溫年變幅變小，同時受結(jié)冰和融冰影響，水溫年變幅減小。 ? ④水溫年變幅隨大陸性增強(qiáng)而加大 ? 我國河流水溫年變幅最大地區(qū)在華北平原地勢最低、氣溫年較差最大的地區(qū)；東南沿海各河流，水溫年變幅較??；青藏高原上，水溫年變很??；云貴高原，地勢較高，地下水補(bǔ)給比重較大，為水溫年變最小的地區(qū)。 水溫的空間分布 （ 1）斷面分布 水溫的垂直分布具有成層性：清晨，表面水溫低，向下水溫升高（逆溫分布）；午后，表面 水溫高，向下水溫降低（正溫分布）。 暖季，兩岸水溫高，由岸邊向河心、由河面向河底，水溫升高。 （ 2）水溫的沿程變化 P156 水溫沿流程的變化，與河流長度、流程所在的氣候條件、補(bǔ)給狀況及流向等因素有關(guān)。①流程長度：流程越短，水溫與補(bǔ)給水源的溫度越接近；流程越長，水溫受流程內(nèi)氣溫影響越顯著。②補(bǔ)給狀況：高山冰雪融水補(bǔ)給河流，水溫沿程增加。③流向：ａ、東西向河流（緯向河流），受上下游地勢高低影響，一般地河流上游水溫低，年變幅??；下游地區(qū)，水溫高，年變幅大；ｂ、南北向河流：由高緯流向低緯河流，受緯度和海拔高度影響， 下游緯度和地勢都降低，則河流水溫由上游到下游沿程增加較快；反之，由低緯流向高緯的河流（或河段），水溫的沿程變化取決于地勢和緯度的綜合影響，水溫沿程變化較小。一般來講，下游水溫低。 河流的冰情 ? 當(dāng)河流的水溫低于 0℃處于過冷卻狀態(tài)時，河流中可能出現(xiàn)冰晶。若氣溫持續(xù)保持在 0℃以下，河流就會出現(xiàn)冰情。 ? 河流的冰情包括結(jié)冰、封凍和解凍的全過程。 ? （ 1）結(jié)冰期（結(jié)冰階段） ? 從河水開始結(jié)冰起，到最初形成穩(wěn)定冰蓋時為止，稱為結(jié)冰期?？煞譃槿齻€過程： ? ①岸冰、水內(nèi)冰和水面薄冰的形成：隨著氣溫降低，水溫下降，當(dāng)氣溫降到 0℃ 以下，河面水溫亦降到 0℃時，水面尤其水流緩慢的河灣附近開始出現(xiàn)冰晶。河岸水溫比河流中央降溫快，水流慢，則易結(jié)冰。②流冰或行凌過程：岸冰、水內(nèi)冰，伴隨流水向下游流動，稱為流冰或行凌。③大塊冰層的形成：冰塊在流動過程中相互碰撞而聚集起來，遇到狹窄河段、河灣或受沙洲、人工建筑物的阻擋，流動的冰塊便停積在一起，使冰塊增大，冰面擴(kuò)展，直至最后形成穩(wěn)定冰蓋，進(jìn)入第二階段━━封凍期。 ? （ 2）封凍期（封凍階段） 20 ? 河面結(jié)冰后，若氣溫持續(xù)下降，冰面不斷擴(kuò)大，最后水面冰與岸冰結(jié)合一塊，甚至全河面被冰層覆蓋，稱為封凍。 ? 自形成穩(wěn)定 冰蓋起，到冰蓋破裂開始再次出現(xiàn)流冰之日止，稱為封凍期。 ? （ 3）解凍期（解凍階段） ? 次年春季，氣溫回升到 0℃以上，冰蓋逐漸融化、破裂，形成許多冰塊，再次出現(xiàn)流冰，直至河冰全部消融，稱為解凍。從穩(wěn)定冰蓋開始破裂到河冰全部消融為止，稱為解凍期。 ? （ 4）凌汛 ? 在秋冬結(jié)冰期和春季解凍期，若河流由低緯流向高緯的河段比較長，則在結(jié)冰期，上游封凍比下游晚；而在解凍期，上游解凍早于下游，這樣上游流動的冰塊常在下游受阻而壅積起來，形成冰壩，引起上游水位抬高，以致泛濫成災(zāi)的現(xiàn)象，叫做凌汛。如黃河河套段和山東境內(nèi)，幾乎每年春季都發(fā) 生凌汛。 （三）湖泊、水庫水溫 P1415 1 影響湖庫水溫的因素 ? （ 1）太陽輻射 ? 太陽輻射是湖庫水的主要熱源。到達(dá)湖庫水面的太陽輻射，一部分被吸收轉(zhuǎn)化為熱能，使水溫升高，另一部分則被反射回宇宙空間。據(jù)觀測，湖水表面以下 1m 深的水層可吸收 80%的輻射能，而且大部分輻射能被靠近水面 20cm 的水層所吸收，只有 1%的能量可以到達(dá) 10m 深?？梢?，太陽輻射在水中分布十分不均勻，由表面向下迅速遞減。又由于水的傳熱性能差，因此，大部分太陽輻射能用于提高表層水溫，它是影響表層水溫的主要因素。 ? （ 2）渦動、對流、混合作用 ? 渦動、對流、混合作用是湖泊深層水溫的主要影響因素。 ? 一般地，水深 Z＞ 10m 的湖泊，深層水通常不受上層水溫的影響而保持一定的溫度（ 4－ 8℃）；水深 Z＜ 10m 的湖泊，則整個湖泊水溫均可受到太陽輻射的影響。 ? 此外，湖庫形態(tài)、水面大小、湖岸曲折程度與島嶼多少、冰雪蓋層、風(fēng)力大小、蒸發(fā)強(qiáng)弱等因素也能影響湖溫。 湖庫水溫的空間分布 ? （ 1）垂直分布 ? 水溫的垂直分布常用水溫垂直梯度表示，當(dāng)湖水發(fā)生紊動或?qū)α骰旌蠒r，按熱擴(kuò)散方程得出水溫垂直梯度方程（略去水熱交換）： ? 式中， Qz 為深度 z 處單位時間通過 1 平方厘米水平面垂直紊動熱流通量； C 21 的水溫垂直梯度。 ? 如果， C=1，ρ =1 時，上式可記為： ? 此式說明垂直梯度與熱流通量成正比，與紊動擴(kuò)散系數(shù)成反比。 ? 由湖面向深層，湖溫結(jié)構(gòu)分三種。 ①正溫層：當(dāng)湖水溫度隨水深的增加而降低時，即水溫垂直梯度成負(fù)值時，將出現(xiàn)上層水溫高，下層水溫低，但最低水溫不低于 4℃，這種水溫的垂直分布，稱為正溫層。正溫層多產(chǎn)生 在溫暖季節(jié)，溫帶湖的夏季、熱帶湖的全年均具有正溫層特點(diǎn)。 ②逆溫層：當(dāng)湖溫隨水深的增加而升高時，即水溫垂直梯度成正值時，將出現(xiàn)上層水溫低，下層水溫高，但最高值不高于 4℃。這種水溫的垂直分布，稱為逆溫層，見圖 1－ 10。 ③同溫層：當(dāng)湖溫上下層一致，即水溫垂直梯度等于零時，將出現(xiàn)上下層水溫完全相同，這種水溫的垂直分布，成同溫狀態(tài)。 ▲當(dāng)湖泊出現(xiàn)正溫層時，在湖面以下一定深度常常形成溫躍層，即上下層水溫有急劇變化的一段。出現(xiàn)溫躍層的深度各湖不一，它決定于表層增溫程度、風(fēng)力大小、湖盆形態(tài)等。 ? （ 2）湖溫的水平分布 ? 湖溫的水平分布，因受湖盆形態(tài)、湖底地形、水深、湖中島嶼、距岸遠(yuǎn)近和入湖徑流等因素的影響而有很大差異。 ? 如俄羅斯拉多湖，在晚春季節(jié)，其北部深水區(qū)與南部湖濱淺水帶的表層水溫差可達(dá)15℃以上。 湖溫的時間變化 ? 湖水溫度具有日變和年變的特點(diǎn)。 22 ? （ 1）日變 ? 水溫的日變以表層最明顯，隨深度的增加日變幅逐漸減小，最高水溫一般出現(xiàn)在每天的 14— 18 時，最低水溫出現(xiàn)在 5—8 時，水溫日變幅在陰天和晴天之間的差別也較大 ，水溫日較差小于氣溫日變幅。（水的熱容量大，具有 熱惰性）。 ? （ 2）年變 ? ①湖面水溫的年變，除結(jié)冰期外，水溫變化與當(dāng)?shù)貧鉁啬曜兿嗨?，但最高、最低水溫出現(xiàn)的時間要遲半個月到一個月左右。水溫月平均最高值多出現(xiàn)在 8 月，月平均最低值多出現(xiàn)在 2 月，見 P15 圖 112。 ? ②湖溫年較差比氣溫年較差小，大湖較小湖小。我國湖面水溫年變幅最大是太湖，最大值可達(dá) 38℃。高山、高原區(qū)湖泊水溫年變幅最小。 ? ③湖溫年較差隨水深增加而減小。 （四）地下水的水溫 P16 地下水溫的垂直分布 ? 地下水溫度的差異主要取決于地下水埋藏的地溫條件。地殼表層（包括地下水）的熱源主要來源 于太陽輻射，而內(nèi)部則來自地球內(nèi)部的熱能。 ? 按地溫的垂直分布特點(diǎn)，可分為三個垂直帶，不同垂直溫度帶，水溫變化特點(diǎn)不同。 Ⅰ、變溫帶（外熱帶、太陽輻射熱帶） ? （ 1）概念：指地殼表層，地溫和水溫隨外界溫度（氣溫）變化而變化，其熱源主要是太陽輻射熱。又叫 “外熱帶 ”、 “太陽輻射熱帶 ”、 “可變溫度帶 ”。一般厚度 15－ 20 米。 ? （ 2）本帶地溫和水溫特點(diǎn) ? 溫度變化受太陽輻射熱的控制。 ? ①本帶地溫和水溫具有周期性變化：一般在日常溫層以上，水溫有明顯的晝夜變化；在年常溫層以上，水溫具有季節(jié)性變化。在年常溫層中，地下水溫度變化很 少，一般不超過 ℃。 ? ②水溫年變幅比地溫小，一般為 － 5℃，且以中緯度地區(qū)水溫年變最大。 ? 原因：水的熱容量比巖土大，則變幅小。低緯太陽輻射和氣溫年變??；，高緯地區(qū)盡管太陽輻射的年變大，但受結(jié)冰融冰影響及地下凍土層導(dǎo)熱性能差的原因，則地溫和水溫變幅并不大。中緯地區(qū)太陽輻射年變較低緯大，巖石土層導(dǎo)熱性能比高緯好，地溫和水溫變幅大。 ? ③水溫和地溫年變幅隨深度增加面減小。 Ⅱ、常溫帶（常溫層） ? 指地下一定深度，地溫保持常年不變，不隨外界溫度發(fā)生變化。它實(shí)質(zhì)