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海冰的形成： 純淡水在0℃時(shí)結(jié)冰，4℃時(shí)密度最大。但海水則不同，無(wú)論是冰點(diǎn)溫度I（指海水開(kāi)始結(jié)冰時(shí)的溫度），還是最大密度時(shí)的溫度 均與 鹽度有關(guān)。這兩個(gè)溫度均隨鹽度增大而線性下降， 遞減較快，在鹽度為24.69時(shí)，海水的I與 取同一數(shù)值，均為-1.33℃。當(dāng)S<24.69的海水時(shí)， > I，因此，當(dāng)氣溫下降時(shí)，首先達(dá)到 ，此時(shí)乃有垂直方向的 對(duì)流混合，當(dāng)水溫繼續(xù)下降接近I時(shí)， 表層水的密度已非最大并逐漸趨向穩(wěn)定，于是水溫稍低于冰點(diǎn)時(shí)就迅速結(jié)冰。S>24.69的海水， < I。因此，水溫逐漸下降至冰點(diǎn)溫度的過(guò)程，也就是 海水密度不斷增大的過(guò)程，因而變重下沉，發(fā)生對(duì)流，這種對(duì)流過(guò)程會(huì)一直持續(xù)到海水凍結(jié)時(shí)為止。當(dāng)海水凍結(jié)時(shí)，不是所有鹽分都包含在海冰中，因此，冰下的 海水鹽度就會(huì)增大，加強(qiáng)了海水的對(duì)流。當(dāng)水溫降至冰點(diǎn)以下，海水達(dá)到某種程度的 過(guò)冷水以后，就形成海冰。 海洋中凍結(jié)而成的咸水冰。最初形成的海冰是針狀的或薄片狀的，隨后聚集和 凝結(jié)，并在 風(fēng)力、 海流、 海浪 和 潮汐的作用下，互相堆疊而成 重疊冰和堆積冰；繼而形成糊狀或海綿狀；進(jìn)一步凍結(jié)后，成為漂浮于海面的冰皮或冰餅，也叫蓮葉冰；海面布滿(mǎn)這種冰后，便向厚度方向延伸，形成覆蓋海面的灰冰和白冰。 海冰的形成可以開(kāi)始于海水的任何一層，甚至于海底。在水面以下形成的冰叫做水下冰，也稱(chēng)為潛冰，粘附在海底的冰稱(chēng)為錨冰。由于深層冰密度比海水密度小，當(dāng)它們成長(zhǎng)至一定的程度時(shí)，就將從不同的深度上浮到海面，使海面上的冰不斷地增厚。 影響： 1、對(duì)海洋 水文要素鉛直分布的影響由于結(jié)冰過(guò)程中存在的海水鉛直 對(duì)流混合常達(dá)到相當(dāng)大的深度，在淺水區(qū)可直達(dá)海底，從而導(dǎo)致所有海洋水文要素的鉛直分布較為均勻。這一過(guò)程又能把表層 高溶解氧的海水向下輸送，同時(shí)把底層富含 浮游植物所需要的 營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)的肥沃海水輸送到表層，有利于生物的大量繁殖。因此，有結(jié)冰的海域，特別是極地海區(qū)往往具有豐富的漁業(yè)資源。例如南極的 鱗蝦和鯨漁場(chǎng)聞名世界，與此即有直接關(guān)系。 融冰時(shí)，表層會(huì)形成暖而淡的水層覆蓋在高鹽的冷水之上，出現(xiàn) 密度躍層，這又會(huì)影響各種 水文要素的鉛直分布和上下水交換。 2、對(duì) 海洋動(dòng)力現(xiàn)象的影響海冰的存在對(duì)潮汐、潮流的影響極大，它將阻尼潮位的降落和潮流的運(yùn)動(dòng)，減小潮差和流速；同樣，海冰也將使波高減小，阻礙海浪的傳播等。 3、對(duì)海水熱狀況的影響 當(dāng)海面有海冰存在時(shí)，海水通過(guò)蒸發(fā)和湍流等途徑與大氣所進(jìn)行的 熱交換大為減少，同時(shí)由于海冰的熱傳導(dǎo)性 極差，對(duì)海洋起著“皮襖”的作用。海冰對(duì) 太陽(yáng)輻射能的 反射率大，以及其融解 潛熱高等，都能制約 海水溫度的變化，所以在極地海域水溫年變幅只有 1℃左右。 4、極地海區(qū)形成 大洋底層水特別在南極 大陸架上海水的大量?jī)鼋Y(jié)，使冰下海水具有增鹽、低溫從而 高密的特性，它沿陸架向下滑沉可至底層，形成所謂 南極底層水，并向三大洋散布，從而對(duì)海洋水文狀況具有十分重要的影響。 總之，海冰不僅對(duì)海洋水文狀況自身，對(duì) 大氣環(huán)流和 氣候變化會(huì)產(chǎn)生巨大的影響，而且會(huì)直接影響人類(lèi)的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)。例如，它能直接封鎖港口和航道，阻斷 海上運(yùn)輸，毀壞海洋工程設(shè)施和船只。20 世紀(jì)40 年代以來(lái)，高緯沿海國(guó)家相繼開(kāi)展了海冰觀測(cè)和研究工作，發(fā)布冰山險(xiǎn)情和海冰預(yù)報(bào)。利用岸站、船舶、飛機(jī)、浮冰漂流站、雷達(dá)及衛(wèi)星等多種途徑對(duì)海冰和冰山進(jìn)行觀測(cè)，并利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、天氣學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)值方法發(fā)布海冰的長(zhǎng)、中、短期預(yù)報(bào)。 特征： 海冰一般情況下都浮于海面，形狀規(guī)則的海冰露出水面的高度為總厚度的1/7～1/10，尖頂冰露出的高度達(dá)總厚度的1/4～1/3。 反射率為0.50～0.70，抗壓強(qiáng)度約為淡水冰的3/4。 1、密度 海冰中因?yàn)楹袣馀?，密度一般低于此值，新冰的密度大致?14～915 ，海冰的密度隨 鹽度增加和空氣含量的減少而加大。 冰齡越長(zhǎng)，由于冰中鹵汁滲出，密度則越小。夏末時(shí)的海冰密度可降至860 左右。由于海冰 密度比海水小，所以它總是浮在海面上。 2、鹽度 海冰的 鹽度是指其融化 后海水的鹽度，一般為3～7‰左右。海水結(jié)冰時(shí)，是其中的水凍結(jié)，而將其中的鹽分排擠出來(lái)，部分來(lái)不及流走的鹽分以鹵汁的形式被包圍在冰晶之間的空隙里形成“鹽泡”。此外，海水結(jié)冰時(shí)，還將來(lái)不及逸出的氣體包圍在冰晶之間，形成“氣泡”。因此，海冰實(shí)際上是淡水冰晶、鹵汁和氣泡的混合物。 海冰鹽度的高低取決于凍結(jié)前海水的鹽度、凍結(jié)的速度和冰齡等因素。凍結(jié)前海水的鹽度越高，海冰的鹽度可能也高。在 南極大陸附近海域測(cè)得的海冰鹽度高達(dá)22～23。結(jié)冰時(shí)氣溫越低，結(jié)冰速度越快，來(lái)不及流出而被包圍進(jìn)冰晶中的鹵汁就越多，海冰的鹽度自然要大。在冰層中，由于下層結(jié)冰 的速度比上層要慢，故 鹽度隨深度的加大而降低。當(dāng)海冰經(jīng)過(guò)夏季時(shí)，冰面融化也會(huì)使冰中鹵汁流出，導(dǎo)致鹽度降低，在極地的多年老冰中，鹽度幾乎為零。 3、比熱容 海冰的 比熱容比純水冰大，且隨 鹽度的增高而增大。純水冰的 比熱容受溫度的影響不大，而海冰則隨溫度的降低有所降低。在低溫時(shí)，由于其含鹵汁少，因此隨溫度和鹽度的變化都不大，接近 于純水冰的比熱。但在高溫時(shí)，特別在 冰點(diǎn)附近(-2℃)，由于海冰中的鹵水隨溫度的升降有 相變，即降溫時(shí)鹵水中的純水結(jié)冰析出，升溫時(shí)冰融化進(jìn)入鹵水之中，從而使其比熱容分別有所減小和增大。其減小和增大值因其鹽度而有極大差異，低鹽時(shí)其比熱容小，而高鹽時(shí)其比熱容將比純水冰大數(shù)倍，甚至十幾倍。 4、導(dǎo)熱性 海冰的融解 潛熱也比純水冰的大。海冰的熱傳導(dǎo)系數(shù)比純 水冰小，因?yàn)楹１泻袣馀荩諝獾臒醾鲗?dǎo)系數(shù)是很小的。海冰的熱傳導(dǎo)系數(shù)略大于海水的分子熱傳導(dǎo)系數(shù)，因而海冰限制了海洋向大氣的 熱量輸送，而且也使海洋的蒸發(fā)失熱大為減少，從而形成了海洋的 保護(hù)層。 由于海冰上部的空隙比下層的空隙多，所以其熱導(dǎo)系數(shù)也隨深度，即由冰面向下的厚度而增大，超過(guò) 1m 的海冰其熱傳導(dǎo)系數(shù)就與純水冰相差不大，在表面附近約為純水冰的1/3 左右。 5、膨脹系數(shù) 海冰的熱膨脹系數(shù)隨海冰的溫度和 鹽度而變化。對(duì)低鹽海冰，隨著溫度的降低，它開(kāi)始是膨脹，繼之變?yōu)槭湛s。由膨脹變?yōu)槭湛s的臨界溫度值隨海冰鹽度的增加而降低。對(duì)于高鹽海冰，隨溫度降低始終是膨脹的，但膨脹系數(shù)越來(lái)越小。 6、抗壓強(qiáng)度 海冰的抗壓強(qiáng)度主要取決于海冰的鹽度、溫度和冰齡。通常新冰比老冰的抗壓強(qiáng)度大，低 鹽度的海冰比高鹽度的海冰抗壓強(qiáng)度大，所以海冰不如淡水冰密度堅(jiān)硬，在一般情況下海冰堅(jiān)固程度約為淡水冰的75%，人在5厘米厚的河冰上面可以安全行走，而在海冰上面安全行走則要有7厘米厚的冰。當(dāng)然，冰的溫度愈低，抗壓強(qiáng)度也愈大。1969年渤海特大冰封時(shí)期，為解救船只，空軍曾在60厘米厚的堆積冰層上投放30公斤 炸藥包，結(jié)果還沒(méi)有炸破冰層。 |
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來(lái)自： hjh2004 > 《水環(huán)境》
