[科普中國]-海水混合

簡(jiǎn)介

海水混合的源地和形成機(jī)制相近。具有在長時(shí)間保持相對(duì)均勻和穩(wěn)定的物理、化學(xué)和生物特征及大體一致的變化趨勢(shì)，而與周圍海水存在一定差異并可與海洋尺度相比較的宏大水體，稱為水團(tuán)。外界因素通過海水運(yùn)動(dòng)使水團(tuán)具備一定的特征，并在一定的條件下達(dá)到最強(qiáng)，形成水團(tuán)。海-氣相互作用以及陸水注人海洋、結(jié)冰等因素，使海水產(chǎn)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(jìn)入海水中的污染物的遷移和自凈3。

混合形式海水混合按發(fā)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。

分子混合分子混合專指由海水分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的混合。分子熱傳導(dǎo)定律表明，熱通量密度正比于溫度梯度，方向是從高溫指向低溫一方；分子擴(kuò)散定律也表明，物質(zhì)通量密度正比于物質(zhì)密度梯度而指向低濃度一方。其比例系數(shù)即分子熱傳導(dǎo)系量或相應(yīng)物質(zhì)的分子擴(kuò)散系量，它們僅與海水自身的性質(zhì)有關(guān)，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(dòng)性及強(qiáng)溶解能力，也有助于分子混合的持續(xù)進(jìn)行。

湍流混合海洋湍流是海水微團(tuán)的不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，即速度的大小和方向都不穩(wěn)定的紊亂的流動(dòng)，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(qiáng)度大得多。

海水靜力學(xué)不穩(wěn)定引起的混合以鉛直方向的對(duì)流為典型特征，故有人將其特稱為對(duì)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(dòng)混合。兩者在季節(jié)性、區(qū)域性和混合效應(yīng)等方面都有顯著的不同。

（1）季節(jié)性：渦動(dòng)混合在一年四季都可能生成與發(fā)展，對(duì)流混合則只在降溫季節(jié)比較強(qiáng)盛，且其效應(yīng)可超過并掩蓋渦動(dòng)混合。

（2）區(qū)域性：季節(jié)性降溫以中、高緯度海域最為明顯，故對(duì)流混合主要發(fā)生在中、高緯度海域，低緯度海域則全年以渦動(dòng)混合占優(yōu)勢(shì)。降溫導(dǎo)致的對(duì)流混合主要發(fā)生在海洋上層，渦動(dòng)混合則在海洋各層都可發(fā)生。

（3）混合效應(yīng)：混合的結(jié)果都是使混合所及范圍內(nèi)的海水性質(zhì)趨向均勻，然而，即使同樣發(fā)生在海洋上層的混合，渦動(dòng)混合與對(duì)流所達(dá)到的深度，混合趨勻后的溫度值、鹽度值、密度值，也各有所不同。

影響因素混合效應(yīng)因季節(jié)和緯度的不同而不同：緯度較高的海區(qū)，由于增密作用較為明顯，加之穩(wěn)定度較小，因之對(duì)流混合強(qiáng)，而渦動(dòng)混合只有在夏季時(shí)才顯出它的作用，但并不等于夏季的渦動(dòng)混合比冬季強(qiáng)，由于冬季風(fēng)力強(qiáng)勁，穩(wěn)定度又小，渦動(dòng)混合反較夏季強(qiáng)烈，只是因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)流旺盛，使渦動(dòng)混合被更為發(fā)達(dá)的對(duì)流混合所掩蔽了；在低緯海區(qū)，對(duì)流混合很難發(fā)生，故以渦動(dòng)混合為主：在淺海，由于經(jīng)常受到海岸、海底、淺灘、島嶼的摩擦作用，故渦動(dòng)混合非常發(fā)達(dá)，同時(shí)對(duì)流混合也容易發(fā)展。

渦動(dòng)混合的強(qiáng)弱，與海水的穩(wěn)定性、風(fēng)和潮汐現(xiàn)象有關(guān)，當(dāng)穩(wěn)定性增大時(shí)，水塊保持原來狀態(tài)的能力加強(qiáng)，渦動(dòng)混合便將減弱；夏季時(shí)，由于表層海水增溫，穩(wěn)定性加大，渦動(dòng)混合不甚強(qiáng)烈。風(fēng)對(duì)渦動(dòng)混合的影響在于它增強(qiáng)了海面的擾動(dòng)和加大速度梯度，因此，當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)，渦動(dòng)混合便增強(qiáng)，特別是淺海中風(fēng)力引起的渦動(dòng)混合可直達(dá)海底。由潮汐現(xiàn)象引起的渦動(dòng)混合與風(fēng)力引起的渦動(dòng)混合相反，是由海底向上擴(kuò)展的，在淺海區(qū)域，由于與海底的摩擦作用，產(chǎn)生的速度梯度甚大，因此將引起強(qiáng)烈的渦動(dòng)混合。

對(duì)流混合的強(qiáng)弱，亦與海水的穩(wěn)定性有關(guān)：當(dāng)水層本身穩(wěn)定性很大時(shí)，對(duì)流混合很難形成，夏季時(shí)，海洋中的對(duì)流混合很難出現(xiàn)，在冬季時(shí)常出現(xiàn)強(qiáng)烈的對(duì)流混合；在赤道和亞熱帶海區(qū)，夏季時(shí)因表層海水的密度仍比其下層低，故不產(chǎn)生對(duì)流，在冬季溫度很低，對(duì)流作用便非常強(qiáng)烈。在中緯海區(qū)，由于表面溫度冬夏相差很大，故產(chǎn)生對(duì)流，對(duì)流的深度可達(dá)200米；在高緯海區(qū)，由于冰凍現(xiàn)象和增鹽的結(jié)果，故在冬季時(shí)對(duì)流可達(dá)幾千米的深度?；旌系慕Y(jié)果，是在海洋中就形成了勻和層和躍層，在某些海區(qū)還形成中間冷水層。