Chemical Oceanography 第九章 海洋化学原理、模型理论 和物质全球循环 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 §9-2 海洋化学模型和元素存在形式 §9-3 海洋化学中的界面作用 §9-4 海洋生物地球化学循环与全球变化
Chemical Oceanography 第九章 海洋化学原理、模型理论 和物质全球循环 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 §9-2 海洋化学模型和元素存在形式 §9-3 海洋化学中的界面作用 §9-4 海洋生物地球化学循环与全球变化
§9-1 海洋学和海洋化学若干原理 第九章 海洋化学原理、模型理论和物质全球循环 一、海水组成恒定比规律 二、海水状态方程 三、平流-扩散方程 四、海洋中的化学平衡 五、海洋稳态原理和元素逗留时间 六、海水活度系数 七、双箱模型
§9-1 海洋学和海洋化学若干原理 第九章 海洋化学原理、模型理论和物质全球循环 一、海水组成恒定比规律 二、海水状态方程 三、平流-扩散方程 四、海洋中的化学平衡 五、海洋稳态原理和元素逗留时间 六、海水活度系数 七、双箱模型
一、海水组成恒定比规律 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 如何对海水组成恒定性(或恒定比规律)进行描述(回顾第三章) ? -什么是 “海水组成恒定性 ”规律 /原理? -海水组成恒定比规律是怎样建立和确认的? -海水主要成分组成恒定比关系一般如何表示? -海水组成恒定性的原因是什么? -影响海水组成恒定比规律的原因有哪些? -使用海水组成恒定比规律可研究哪些问题?
一、海水组成恒定比规律 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 如何对海水组成恒定性(或恒定比规律)进行描述(回顾第三章) ? -什么是 “海水组成恒定性 ”规律 /原理? -海水组成恒定比规律是怎样建立和确认的? -海水主要成分组成恒定比关系一般如何表示? -海水组成恒定性的原因是什么? -影响海水组成恒定比规律的原因有哪些? -使用海水组成恒定比规律可研究哪些问题?
§9-1 海洋学和海洋化学若干原理 对海水组成恒定比的说明(P247-248) 1.河口区往往不遵循海水组成恒定性。 2.主要组分浓度对区域性生物和地球化学过程不敏感。 例外:①生物的影响。②结冰和融冰。③海底热泉。 3.恒比规律不适用于少量(或微量或痕量)成分。 4.恒比规律并非指海水之过去和未来都有相同的比值。 5.恒比规律表明,即使海洋多处的化学、生物、地质和水文状况各不 相同,但其主要成分含量变化很小。 这就是称海洋中主要成分的浓度为保守性质的原因(浓度大到足以 掩蔽海洋过程效应而未产生动摇恒比定律的结果)。 一、海水组成恒定比规律
§9-1 海洋学和海洋化学若干原理 对海水组成恒定比的说明(P247-248) 1.河口区往往不遵循海水组成恒定性。 2.主要组分浓度对区域性生物和地球化学过程不敏感。 例外:①生物的影响。②结冰和融冰。③海底热泉。 3.恒比规律不适用于少量(或微量或痕量)成分。 4.恒比规律并非指海水之过去和未来都有相同的比值。 5.恒比规律表明,即使海洋多处的化学、生物、地质和水文状况各不 相同,但其主要成分含量变化很小。 这就是称海洋中主要成分的浓度为保守性质的原因(浓度大到足以 掩蔽海洋过程效应而未产生动摇恒比定律的结果)。 一、海水组成恒定比规律
二、海水状态方程(P248-251,结合海洋学、海洋物理化学) UNESCO推荐使用的海水状态方程(t – S – ρ 关系) §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 式中P为压力,K和K0为压力为P和1 atm时海水的正割体积弹性模量, ρ STP和ρST0分别为P和1 atm时的海水密度。 ρ ST0为纯水密度和盐度的函数, K0为纯水KW和盐度的函数: 各项系数是温度的函数:
二、海水状态方程(P248-251,结合海洋学、海洋物理化学) UNESCO推荐使用的海水状态方程(t – S – ρ 关系) §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 式中P为压力,K和K0为压力为P和1 atm时海水的正割体积弹性模量, ρ STP和ρST0分别为P和1 atm时的海水密度。 ρ ST0为纯水密度和盐度的函数, K0为纯水KW和盐度的函数: 各项系数是温度的函数:
教材P249 -251
教材P249 -251
①用1908个实验数据验证,标准误差为9×10-6cm3/g;对大洋水计 算的标准误差为5.0×-6cm3/g 。结果很好。 ②可应用于高压深海。 ③方程式结构比较简明,能清晰地刻划出决定海水体积弹性模量的 “纯水项”,“标准大气压项”,“压力项”、“盐度项”和“温度项”,给研 究和计算带来很大方便。 二、海水状态方程 UNESCO推荐使用的海水状态方程(t – S – ρ 关系) §9-1 海洋学和海洋化学若干原理
①用1908个实验数据验证,标准误差为9×10-6cm3/g;对大洋水计 算的标准误差为5.0×-6cm3/g 。结果很好。 ②可应用于高压深海。 ③方程式结构比较简明,能清晰地刻划出决定海水体积弹性模量的 “纯水项”,“标准大气压项”,“压力项”、“盐度项”和“温度项”,给研 究和计算带来很大方便。 二、海水状态方程 UNESCO推荐使用的海水状态方程(t – S – ρ 关系) §9-1 海洋学和海洋化学若干原理
R z S V y S V x S V z S K zy S K yx S K xt S x y z zyx +⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ ⎟ −⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ +⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ ⎟ +⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ = ∂∂ R =0(保守要素/元素) ≠0 (非保守要素/元素) 要素变化与海流的关系 三、平流-扩散方程 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 平流-扩散方程 Vzyx zS VyS VxS tS dt dS ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ = 个别变化=局部变化+平流项 局部变化=涡动扩散作用-平流项+海洋内部作用
R z S V y S V x S V z S K zy S K yx S K xt S x y z zyx +⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ ⎟ −⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ +⎟⎟⎠⎞ ⎜⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ ⎟ +⎠⎞ ⎜⎝⎛ ∂∂ ∂∂ = ∂∂ R =0(保守要素/元素) ≠0 (非保守要素/元素) 要素变化与海流的关系 三、平流-扩散方程 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 平流-扩散方程 Vzyx zS VyS VxS tS dt dS ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ + ∂∂ = 个别变化=局部变化+平流项 局部变化=涡动扩散作用-平流项+海洋内部作用
平流-扩散方程的应用 ①稳态解(不含时间变量的解):海洋中要素空间分布 = 0 ∂ ∂ t S 河口区某元素的分布与转移(见第二章) 溶解氧垂直分布(见第四章) ②包含时间变量的解(P253-254,课下阅读) A.只有垂直混合的情况 B.通过水平扩散引起斑点扩展 ③扩散和切变的综合效应(P254-256,课下阅读) §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 三、平流-扩散方程
平流-扩散方程的应用 ①稳态解(不含时间变量的解):海洋中要素空间分布 = 0 ∂ ∂ t S 河口区某元素的分布与转移(见第二章) 溶解氧垂直分布(见第四章) ②包含时间变量的解(P253-254,课下阅读) A.只有垂直混合的情况 B.通过水平扩散引起斑点扩展 ③扩散和切变的综合效应(P254-256,课下阅读) §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 三、平流-扩散方程
四、海洋中化学平衡 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 温度对平衡的影响 (P257 -258 )
四、海洋中化学平衡 §9-1 海洋学和海洋化学若干原理 温度对平衡的影响 (P257 -258 )