16.03.2017

Розшарування Океану

Original: http://eesc.columbia.edu/courses/ees/climate/lectures/o_strat.html

Лекційні слайди (PowerPoint)

Запам’ятайте такі тези:

  1. Вода і клімат: океан простягається на 70,8% поверхні Землі. Океан займає 98% від 1,4 млрд кубічних кілометрів води на планеті, розділених в трьох основних басейнах. Висока ємність і щільність води по відношенню до атмосфери, і велика кількість енергії, необхідної для зміни фази води (тверде тіло – рідина – пар) робить океан потужної і стабілізуючою силою кліматичної системи Землі. Одним з очевидних наслідків впливу океану є “морський ефект”, який діє ослаблена зима/літо і день/ніч перепади температури повітря. Іншим є те, що передає циркуляції океану значна кількість тепла від низьких до високих широтах, допомагаючи кліматичної системи для досягнення наближеного усталеного стану. Океан є ключовою частиною глобального гідрологічного циклу, забезпечуючи вологість в атмосфері; циркуляції океану прісної води врівноважує чистих випарні і атмосферних опадів пояса.
  2. Температура морської поверхні: температура поверхні моря висока (27-30 °С) поблизу екватора, часто максимальне значення має місце кілька градусів широти на північ від екватора і низькою (при замерзанні морської води точки 1,9 °С) протягом полярні океани. Проте, існують також зміни температури поверхні моря з довготою. Більш теплі водні проекти у напрямку до полюса вздовж західних кордонів океану. У східних тропічних районах кожного океану холодніше, ніж західної тропічної краю. Це пов’язано з рухом морської води в горизонтальних (океанічних течій) і вертикальних (висхідних/потопаючих) напрямках. Температура і щільність води океану пов’язані назад: тепла вода означає низької щільності, холодна вода означає більш щільну морську воду. Вміст солі у воді також впливає на щільність океану.
  3. Солоність поверхні моря: морська вода становить близько 3,49% розчином солі, решта прісної води. Чим більше фізіологічний розчин, тим щільніше морської води. Оскільки діапазон концентрації солі в океані змінюється приблизно від 3,2 до 3,8%, океанографи відносяться до змісту солей у якості “солоності”, висловлюють концентрацію солі в якості частин на тисячу; 34,9 частин на трільйон – середня солоність. Оскільки морська вода випаровується, сіль залишається позаду, тільки прісною водою переноситься з океану в атмосферу. Область надмірного випаровування, таких як субтропіками має тенденцію ставати солоний, в той час як ділянки надлишкової кількості опадів стають більш свіжими. Формування морського льоду також видаляє прісної води з океану, залишаючи позаду більш сольовим розчином. Уздовж берегів Антарктиди цей процес виробляє щільну воду. Солоність відображає розробки гідрологічного циклу: рух прісної води через землю/системи океану/атмосфери.
  4. Під морською поверхнею: води тепліше, ніж 10 °C домінувати над поверхнею моря, але не сягають набагато нижче 500 м в океані; тропічних і субтропічних поверхневих вод забезпечують лише лиск тепла над холодним океаном; типова температура глибокого океану варіюються від 1 ° до 3 °C. Різке зниження температури з глибиною, називається термоклин. Тепла поверхню води, як правило, солона, ніж прохолодних глибоких або полярних водах. Галокліна відзначає зниження солоності з глибиною, яка супроводжує термокліна. Поверхня води тепло перекриває солоність щільності керуючих, так що теплі ділянки поверхні води збігаються з плавучим (менш щільний) води. У полярних районах плавучості поверхневого шару в основному є наслідком свіжості поверхні води. Глибокі холодні води отримують свої властивості на поверхні моря в зимовий період на високих широтах.
  5. Маси глибоко під водою: глибокий Атлантика щодо солона (34,9). Ця вода походить від потоплення охолоджені сольовому поверхневих вод в північній частині Північної Атлантики. Охолодження робить поверхню води щільною, змушуючи його тонути або проводити тепло в глибини океану, і поширився на південь на глибині. Вона називається Північноатлантичними глибокими водами. На відміну від цього в глибині Тихого океану нижче солоності (34,7), так як вона відчуває глибокої конвекції охолодженої солоної поверхні води, її поверхневий шар не є надто свіжим і плавучим тонути. Тихий океан глибока вода виводиться з нижньої солоності водної товщі південного океану. До морського дна, температура поблизу маркування присутності антарктичної придонному води походить від дуже холодної 0 °C (-1.9 °C; 34,65), щільної води вздовж берегів Антарктиди. На базі термокліна є низька солоність Антарктичний проміжні води, отримані від занурення прохолодно (3 ° до 4 °С), низькою солоності води (34,4) від 50 ° – 60 °С маркування АЦТ і океан полярний фронт зона.

 

Океан простягається на 70,8% поверхні Землі. Морська вода заповнює басейни, що розділяють континенти (рис. 1) з середньою глибиною 3795 метрів. Континентальних околиць, що тягнеться від узбережжя до приблизно 2500 метрів глибиною, покривають 40,7% океану (29% поверхні Землі). Глибокий океан покриває близько 59,3% від поверхні океану (42% поверхні Землі). Великі плоскі рівнини глибоких западин в діапазоні від 4000 до 5000 метрів в глибину. Середині океанічний хребет, маркування розтікатися осі кори тектонічних плит характеризується пересіченій місцевості; гребінь становить близько 2500 м у глибину. Найглибший океан знаходиться в окопах, де субдуціруемой пластини, Маріанська западина є 11035 метрів в глибину (в порівнянні з висоти 8848 метрів гори Еверест). Якщо тверда земля були зроблені в плоскій рівнині, морська вода буде покривати всю землю на глибину 2440 метрів. Якщо все водяної пари в атмосфері були перетворені в рідину він буде охоплювати вирівняною поверхні землі приблизно на 1 дюйм.

Океанічні басейни поділяються на три основних океанів; Тихий океан є найбільшим і найглибшим (52% площі океану, середня глибина 4028 м); Індійський (20% площі, середня глибина 3897 м) і Атлантичний океан, неглибока через досить вузьких глибоких западин (25% площі, середня глибина 3332 м). Арктичні вважається частиною Атлантичного океану; південні частини трьох океанів називають Південним океаном. Північна півкуля має менше океану, ніж в південній півкулі, лише близько 61% океан проти 81% для південної півкулі. Це може пояснити більш екстремальних сезонних коливанні температури повітря (понад континентальний клімат) зазнали над північною півкулею.

Океани з’єднані глибокої ціркумглобальнимі Антарктичний каналі близько 50-60 ° С. В рамках цього каналу є Антарктичного циркумполярної течії, який несе воду із заходу на схід зі швидкістю 130 мільйонів кубічних метрів в секунду (ця одиниця океану водного транспорту називається Свердруп, Св, Антарктична циркумполярна течія перевозить 130 Св, потік приблизно у 100 разів більший за всі річки Землі). Океани трохи відрізняються за своїми властивостями, наприклад, Тихий океан є найсвіжішим океаном, Атлантичний океан солоний. Відмінності невеликі, проте завдяки Антарктичній циркумполярній течії, який діє, щоб змішати води океану.

98% з 1,4 мільярда кубічних кілометрів води на планеті знаходиться в океані (рис 2, 3.); другий за величиною резервуар льодовикові шапки льоду Антарктики і Гренландії, що становить близько 1,6%. Перенесення води з льодовикового льоду в океан є предметом серйозного занепокоєння в нашому потепління клімату, так як це призводить до підвищення рівня моря (близько 0,3 см/рік протягом останніх 100 років від танення альпійських льодовиків і теплового розширення привели про потеплінням морської води. Якщо вся вода в атмосфері були видалені було б покрити поверхню землі тільки близько 1 дюйма. рух води між первинною водосховищах (океан, земля, атмосфера, кріосфери) шляхом випаровування, опадів і стік річок називається гідрологічним циклом.

Властивості води (рис 4, 5, 6) є унікальними, і вони необхідні для збереження Землі як населена планета. Одним з найбільш важливих атрибутів води з точки зору кліматичної системи Землі є велика кількість тепла, яке потрібно, щоб нагріти воду або змінити його з твердого стану рідини або пари (рис. 6,7). Це властивість дає океан великий теплової інерції, тобто вона займає багато енергії для зміни температури або фазі стан води, тепла, яке в іншому випадку перебувати в атмосфері. Саме це властивість, яке обмежує температуру атмосфери у вузькому діапазоні по відношенню до сухої землі. велика теплоємність океану займає надлишкове тепло літа, випускає його в атмосферу в зимовий період (подібний ефект виникає між днем ​​і вночі). Це надає модифікуючі вплив на сезонні коливання температури повітря (рис. 8). Зміна температури поверхні океану і приземному шарі повітря в порівнянні з широтою (рис. 8) показує не тільки ступінь меридіональною зміни температури від тепла надлишку тропіків до дефіциту тепла полярних областей, але і більш “летючим” природа температури навколишнього повітря. Чим ближче до океану, тим більше загасання сезонності. Центр північних континентів відчуває найбільшу різницю між зимової та літньої температурою повітря. Сибір переживає сезонний розмах близько 100 °F! Морський клімат відчуває характерний сезонний розмах <10 °C.

Візерунок температури поверхні моря, SST, (рис. 9), є результатом багатьох чинників. Обмін тепла і води між поверхнею моря і атмосфери є найбільш важливим фактором (обговорюється в океану і атмосфери Зчеплення лекції). Іншим фактором є те, циркуляції океану, в тому числі і в горизонтальному, і у вертикальному рухів морської води. Морські течії, потік морської води вздовж горизонтальній площині, транспортує теплу воду з тропіків в більш високі широти. SST від східного узбережжя США (рис. 10) чітко показує присутності на північ тече Гольфстрім, що advects теплу воду на північ. Морські течії, спрямовані нижче широти проекту охолоджувача SST уздовж східних кордонів середніх широтах: східні околиць Північної Атлантики в районі 30 ° північної широти, де прохолодніше SST адвектіруется на південь. Циркуляція вод різної температури забезпечують внесок океану до вимоги меридионального потоку тепла для підтримки квазістаціонарного стану клімату (рис 11 ;. Обговорюється в океану і атмосфери Зчеплення лекції). Перенесення теплого SST в північній Північній Атлантиці є особливо важливою частиною кліматичної системи (обговорюється нижче). У полярних областях SST підходи -2 °C, це можливо тому, що сіль в морській воді знижує температуру замерзання води від 0 °C для прісної води приблизно на 1,9 °C для морської води. Сезонне зміщення входу сонячної радіації викликає відповідний зсув SST, яка представляє собою ступінь сезонного зберігання тепла в океані.

У міру того як океан стає холодніше зі збільшенням глибини, апвелінг води з глибини близько ста метрів до поверхні моря діє для охолодження поверхні океану. Вітер індукованих висхідних, називається Екман апвеллинга, відповідає за прохолодного поверхні океану вздовж берегів східних субтропічних районах кожного океану (рис. 9). Cooler SST уздовж екватора (найкраще видно в Тихому океані на рис. 9) також є результатом Екмана апвеллинга. Екман висхідних виробляє регіони поверхні моря дивергенції. Вітри також може викликати затоплення або збіжність поверхневих вод. Така розбіжність/сходження призводять до загальної циркуляції океану (обговорюється в циркуляційному лекції океану).

Забортної становить близько 3,5% -ним розчином солі (рис. 12), близько 96,5% прісної води. Оскільки діапазон концентрації солі варіює від 3,2 до 3,8%, океанографи, які відносяться до змісту солі як “солоності”, висловити концентрацію солі в якості частин на тисячу (PPT), 3,5% еквівалентно 35,0 частин на трільйон. (За міжнародною солоності конвенції виражається без одиниць виміру: розчин 3,5% має солоність 35,0.) Солоність змінює властивості води з чистої води (рис. 12, 13.), Наприклад, як солоність збільшується: вода замерзання точка опускається; щільність збільшується. У той час як щільність обернено пропорційна температурі (холодніше-щільному), ставлення солоності до щільним є прямим: підвищений вміст солей робить воду більш щільною. Крім того, морська вода має трохи нижчу теплоємність і коефіцієнт пароутворення, ніж робить прісної води, але зміна не достатньо, щоб змінити унікальну роль води в кліматичній системі.

Оскільки морська вода випаровується, сіль залишається позаду, тільки прісна вода переміщається з океану в атмосферу, отже, область надлишкового випаровування, такі як субтропіками (рис. 14), як правило, стають солоний (рис. 15), в той час як райони надмірної кількості опадів стає більш свіжим. Тропічний пояс, або інтратропічна зона конвергенції така область. циркуляція океану діє для переміщення низькою солоності морської води в випарних регіонах, і більш солоної води в вологих районах, це є частиною гідрологічного циклу.

Відносна свіжість поверхневих вод Тихого океану різко контрастують з поверхневою солоності Атлантичного океану (рис. 15). Надлишкове випаровування Атлантики і надлишок опадів Тихого океану збалансовані в якійсь мірі атмосферних потоком водяної пари над Центральній Америці, склавши 0,35 Св. Арктичне море дуже холодне через величезну кількість річкової води, яка стікає в нього з північних континентів.

У полярних областях морська вода замерзає (рис. 16). Південний океан льоду показує багато сезонної мінливості, і, як правило, товщиною всього 0,5 метра. Арктичний морський лід товщі, в межах від 2 до 3 метрів. Морський лід містить тільки частину морської води солі, близько 0,5% (5 частин на трільйон), отже, утворення льоду, як випарювання, концентрати солі в останньому тіла морської води. Це призводить до дуже щільну воду (холодну), яка в деяких регіонах в Південному океані призводить до глибокої, що досягає конвекції, утворюючи масу води, яка поширюється вздовж морського дна і в північній півкулі. Ця водна маса називається антарктичної придонному води (див. нижче). Дуже низька солоність Арктики забороняє розвиток глибокої конвекції, що досягає в Арктичному морі.

Після того, як ми дивимося нижче поверхні моря ми бачимо багатство температури і солоності діапазону (рис. 20), а також подальші відмінності між океанами (рис. 19). Води тепліше, ніж 10 °C, які займають домінуюче становище на поверхні моря не сягають набагато нижче 500 м в океані; теплі води забезпечують тільки фанеру плавучої тепла по суті дуже холодної щільної океану. Різке зниження температури з глибиною, характеристика океану між 40 ° північної широти до 40 ° південної широти називається термоклин. В поле солоності поверхні тропічних і субтропічних океан солоний, з більш глибокими водами кілька свіжіше. Швидке зниження солоності з глибиною, супроводжуючи термокліни, називається галокліна. Глибокий Атлантичний щодо фізіологічного розчину. Ця вода походить від потоплення охолодження сольовий розчин поверхневих вод в північній частині Північної Атлантики (рис. 20). Це Північноатлантичні глибокі води. На відміну від цього в глибині Тихого океану є відносно свіжої, так як вона відчуває глибокої конвекції охолодженої солоної поверхні води, її поверхневий шар не є надто свіжим і, таким чином, плавучість занурюватися в глибини океану, при досить прохолодною субполярним SST. Глибока Атлантика також тепліша, ніж глибокі частини Тихого океану, як фізіологічний розчин в Північній Атлантиці глибока вода досить щільна, щоб надати порівняно теплу воду в глибокий шар. До температури підлоги досягають моря нижче 0 °C. Маркування присутності антарктичної придонному води, отриманий з берегів Антарктиди (рис. 21). Нижче термокліна є низька солоність шар отриманий з поверхневих вод АЦТ і пов’язаного з ним океану полярної фронтальної зони. Ця водна маса, зроблений щодо свіжим надлишком осадження ціркумглобальнимі антарктичного пояса називається Антарктичний проміжні води. Послідовність Антарктичний проміжні води, Північноатлантичних глибоких вод, Антарктичних нижніх вод чітко видно в меридіональної циркуляції Атлантичного океану (рис. 22,23) і навколо Антарктиди (рис. 23).

Додаткові відомості:

Океанографи часто використовують температури/солоності (T/S) діаграма, щоб визначити походження властивостей морської води (рис. 24). Посилка морської води досягає температури і солоності на поверхні моря у відповідь на море тепла і повітря обміну прісної води. Його поверхня отримані значення T/S змінити в інтер’єрі океану тільки при змішуванні з іншими ділянками води. Тому морська вода поширюється від поверхні в обсяг океану може бути простежити властивостями T/S. Це 75% від обсягу океану падає з вузьким діапазоном температури і солоності вказує на те, що лише невелика частина поверхні моря сприяє характеристик глибокого океану. Як вже зазначалося вище, це Північноатлантичний і Південний океан.

Вітер індукованих висхідних і потоплення впливає на хлорофіл в поверхневому шарі океану, маркер фітопланктон (рис. 25). Апвелінг холодного подповерхностного води забезпечує поживні речовини, сприяючи зростанню фітопланктону, починаючи харчовий ланцюг. Світло-блакитні, зелені та червоні ділянки для океану (рис. 25) позначають області високої хлорофіл. Низькі ділянки хлорофіл показані темно-синім кольором. Порівняйте хлорофіл карту з картою SST (рис. 11).

Крім сезонної мінливості SST, є також міжрічна мінливість. Одним з найяскравіших і важливих для глобальної кліматичної системи на схід-захід зрушення SST в тропічній частині Тихого океану, пов’язаний з Ель-Ніньо (рис. 26), тема більш пізньої лекції.

Температура океану була повільно нагріваючи в 20-му столітті в зв’язку з швидким зростанням викидів парникових газів (рис. 27). Там також були деякі опріснення поверхневого шару через льодовикового танення льоду.

Глядач океану може бути використаний для вивчення розподілу температури і солоності на поверхні моря і в межах внутрішнього океану.


Підготовлено Арнольдом Л. Гордоном, 2004 р.

About The Author

admin

Comments are closed.