OverviewonPhysicalOceanographyInstructedbyLüHuaqing（呂華慶）MarineScienceSchoolofZhejiangOceanUni.July.,2009Chapter5TheOceanicHeatBudget

6.1DefinitionofSalinityAtthesimplestlevel,salinityisthetotalamountofdissolvedmaterialingramsinonekilogramofseawater.Thussalinityisadimensionlessquantity.(1)Warmestwaterisneartheequator,coldestwaterisnearthepoles.(2)Thedeviationsfromzonalaresmall.Equatorwardof40?,coolerwaterstendtobeontheeasternsideofthebasin.Northofthislatitude,coolerwaterstendtobeonthewesternside.（3）Theanomaliesofsea-surfacetemperature,thedeviationfromalongtermaverage,aresmall,lessthan1.5?CexceptintheequatorialPacificwherethedeviationscanbe3?C(figure6.4).冷冷熱熱冷冷熱熱(6)AtlanticissaltierthanthePacific

Broecker(1997)showedthat0.32SvofthewaterevaporatedfromtheAtlanticdoesnotfallasrainonland.Instead,itiscarriedbywindsintothePacific(figure6.8).(7)Wewillseelaterthatmeanvelocityisnotconstant.Themixedlayerisroughly10–200mthickovermostofthetropicalandmid-latitudebelts.Thedepthandtemperatureofthemixedlayervariesfromdaytodayandfromseasontoseasoninresponsetotwoprocesses:

1.Heatfluxesthroughthesurface.

2.Turbulenceinthemixedlayerprovidesthemechanicalworknecessarytomixheatdownward.Theturbulencedependsonthewindspeedandontheintensityofbreakingwaves.PotentialtemperatureΘisdefinedasthetemperatureofaparcelofwaterattheseasurfaceafterithasbeenraisedadiabaticallyfromsomedepthintheocean.Raisingtheparceladiabatically

meansthatitisraisedinaninsulatedcontainersoitdoesnotexchangeheatwithitssurroundings.PhysicalOceanography（物理海洋學）InstructedbyLüHuaqing（呂華慶）MarineScienceSchoolofZhejiangOceanUni.Feb.,2009xyoz靜止坐標系地轉參考系xyzxy局地參考系z思考：從日心看地球上的質點的加速度地球上的質點的加速度=牽連加速度+相對加速度+科氏加速度影響海水運動的因素影響海水運動重要因素有兩種：1、動力學因素（各種力的作用）；2、熱力學（溫度、鹽度等）因素。一般說，可用五個場來描寫運動和變化的海洋，這五個場通常是時間和空間的函數(shù)，他們分別是：速度場、壓力場、密度場、溫度場、鹽度場。上式為層流海水運動一般方程。

4.1.3鹽量擴散方程(鹽量的質量守恒方程)設單位質量海水所含的鹽量為S，則單位體積海水所含的鹽量為

1、由于流動產(chǎn)生的鹽增量在X方向流入的鹽量：同理在Y、Z方向流入的鹽量分別為：在三各方向流入的鹽量：2、由于擴散產(chǎn)生的鹽增量

在X方向由于擴散進入的鹽量：

同理在Y、Z方向由于擴散進入的鹽量分別為：在三方向由于擴散進入的鹽量：3、控制體內鹽量的變化為根據(jù)鹽量守恒，有：

利用連續(xù)方程

4.1.4熱傳導方程

1、控制體內熱量的增加為

2、通過表面進入控制體的熱量為在X方向：同理在Y、Z方向分別為：在三個方向之和為

3、由于分子運動（擴散）通過表面進入控制體的熱量為在X方向：在Y、Z方向分別為：三個方向之和為：

4、當系統(tǒng)的熱量守恒時，則有

4.1.5熱膨脹方程

海水狀態(tài)方程

(4.1-40)為熱膨脹方程,其中：

為零度時的密度，為海水的膨脹系量。4.1.6海水層流運動基本方程組應用物理定律已建立了：1、運動方程3個；2、連續(xù)方程1個；3、鹽量擴散方程1個；4、熱傳導方程1個；5、狀態(tài)方程一個。這七個方程包含七個未知量：

是封閉方程組，加上定解條件可以求出各自的時空分布。第四節(jié)鉛直向平均基本方程（沿水深平均的二維動力學方程組）

一、沿垂向平均的基本方程的意義1.三維時均基本方程，求解困難；2.有些問題中物理量沿垂線變化不大，可作為二維問題處理。二.應用時的假定假定海水是勻質的，即均為常量，海底沒有變化。三.最早提出鉛直向平均的人士1935年，挪威人Sverdrup和蘇聯(lián)人WTOKMAH提出全流理論。四.全流理論的應用1.圍墾;2.港口建設;3.泥沙運動;4.環(huán)境評估.五、運算法則設任一物理量，則

1、鉛直向的平均值計為：2、兩個物理量的乘積的垂向平均

3、含參變數(shù)積分的導數(shù)用在動力學方程組

六、原始方程（1）時均后的運動方程和連續(xù)方程

忽略引潮力和分子粘性力、、湍流應力只取一項,垂向取靜力方程,得

七、推導過程

由第三方向的運動方程積分得，壓強分布：設密度為常數(shù)，則

因此原始方程變?yōu)?、先積分連續(xù)方程（4）利用含參變量積分的微分公式，有：

（7）+（8）+（9）-（10），并利用海底的邊界條件，得：

消去同類項，得：如引入垂向平均流速分別U、V，且：則連續(xù)方程變?yōu)椋?/p>

2、運動方程的垂向積分①X方向上方程的垂向積分

原方程為：

將（13）-（16）式代入（12）式，經(jīng)簡化后，得：

展開上（20）式，得：最后得三個方程為：

八、總結3、無因次數(shù)的意義（1）數(shù)：是平流項的尺度和科氏力之比值.

①當時，即,說明科氏力重要；②當時，說明平流項（非線性項）同等重要；③當時，即，說明平流項（非線性項）重要?？刹豢紤]地轉的影響。在實際的海洋中一般?。?/p>

即

由此可見：當時，，相應的運動可稱為大尺度運動，必須考慮科氏力；而當時，，相應的運動可稱為小尺度的運動，可不考慮科氏力.

4.5.2幾種常用的近似。1、準靜壓近似。將（4.5-16）還原為有因次的形式

海水中任意一點的壓強等于海面大氣壓強加該點以上水柱的重量，這就是靜壓假定或準靜壓近似。當認為海水密度近似