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跃层
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    在垂直方向上,由于受重力作用,各种混合受到限制,海洋环境参数的垂直梯度很大,在某些特定层次上环境参数会出现剧变,即跃层。

 

    跃层的形成与存在可以阻碍其上、下层间的热、盐等物理参量的交换。在环流研究中,它影响着层结模式;对水下通讯和监测影响显著,影响着潜艇的浮升与沉降。因此,国内外对跃层的研究是物理海洋研究的核心问题之一,这既包括大洋温跃层的理论研究,也包括浅海跃层的分析与诊断。

 

    1.跃层的示性特征

 

    通常用三项特征来描述跃层的属性,即跃层的深度、厚度和强度,有时还用差度来描述跃层。差度是指:在跃层顶界和底界处的要素值之差,并规定差度的方向满足正分布时差度为正,逆分布时差度为负。即是说水温的差度是上界水温减下界水温,而盐度的差度则为下界盐度减上界盐度,这样差度的正、负便对应着正、逆跃层。

 

    2.跃层上界和下界的确定

 

    跃层分布变化规律的分析,首先要示性特征确定出跃层的范围,即确定出跃层的上界和下界。确定跃层的上界点和下界点的传统方法,是在海洋要素的单站垂向分布曲线上找出它的“拐点”。这样难免有些人为因素。为此应该从数学上给出跃层边界的确定方法。最常用的是梯度边界法。

 

    所谓梯度边界法,就是根据温度和盐度分布的梯度而确定其跃层边界的方法,这也是跃层边界划分的主要方法,在实际资料分析中应用非常广泛。这是出于水团的内同性和外异性原则。同一水团内部梯度变化小,而在边界上梯度则出现异常变化。如夏季黄海表层水团和底层冷水团,上层由于涡动混合温度相当均匀,下层由于底摩擦和潮汐混合也相当均匀,中间海水温度与表底层的梯度很大,及时不计算垂向梯度,仅凭目测也可找出极大值所在的深度,因此确定边界简单易行。

 

    实际分析中可根据,

来判断是否是跃层的边界,其中是某临界值。中国的海洋调查规范给出了跃层强度的最低标准(国家技术监督局,1992)。但这种标准只是就一般情况而言的。在具体分析中或对个别海区分析时,跃层强度的标准,是要根据实际情况调整的,这在不同海区,或同一海区的不同层次上都可能有差别,经验性比较强。但是要注意,不管如何强度的标准不可取得过小,不然的话,会导致“跃层”比比皆是,而且在随机扰动下生消无常,反而掩盖了跃层分布变化的规律。

 

    3.跃层的形成

 

    根据海洋环境参数的不同,有温跃层(Thermocline)、盐跃层(Halocline)、密度跃层(Pycnocline)、声速跃层(Sound velocity)等,它们的形成原因不尽相同,但各要素的跃层形成之间却有密切联系。

 

    (1)温跃层的形成

 

    温跃层的研究是所有跃层研究中较深入的。主要是因为温度的观测资料质量最高而且也是最多的。温跃层的形成从其机制上主要可归为两类:热力-动力原因和不同水团叠置。

 

    进入海洋的太阳辐射主要用来使上层海水增温,混合作用使得上层一定深度的水温趋于均匀。随着太阳辐射的加强上层继续升温,与下层的温度梯度增加,并最终在上均匀层的下界附近形成温度梯度跃变。浅海区域的潮流和海底的摩擦混合作用也可促成和加强温跃层。但一般说来这类跃层的形成,还是取决于海面的热支。春、夏季,太阳辐射强,在表层之下很容易形成这类跃层,即季节性跃层。这类跃层在条件合适的季节是普遍存在的,春夏季在浅海或大洋上层的很多地方都能出现这类跃层。进入秋季后,海面的热支出大于热收入,这类跃层便开始减弱、下沉,到冬季趋于消失。

热性质不同的水团叠置后界面形成较大的温度梯度,当垂向温度梯度足够大时便形成跃层,即全年性跃层,这种跃层一般出现在较深的海区。大洋中,前两种跃层可以同时存在,季节性跃层较浅,全年性跃层较深。

 

    (2)盐跃层的形成

 

    从形成的原因上也可归为两类:温跃层的影响和盐性质不同水团的叠置。

 

    温跃层形成后海水的稳定度增大,这可以阻碍上、下水层之间的盐交换,此时如果在温跃层之上的水层里,盐度的稀释作用大过盐度的凝聚作用,如淡水的注入或降水,这样可导致盐跃层的形成。春夏季在温跃层形成后,因为降水大于蒸发,且陆地径流显著增加,很容易形成这样盐跃层。如中国近海海域,在季节性温跃层的深度上,往往也可形成盐跃层。

 

    盐度不同的水团叠置时在其垂向边界可出现盐跃层,如冲淡水与海水叠置时。大洋中次表层高盐水团与低盐的亚级中层水叠置处也出现盐跃层。

 

    (3)密度跃层的形成

 

    海水密度是水温、盐度和压力的函数,可以精确地计算出来(UNESCO1983)。在海洋上层压力影响可以忽略时,可以近似用水温和盐度两个因素讨论密度变化。因此在浅海或深海大洋的上层,密度跃层的形成往往可通过温、盐跃层形成的原因进行分析讨论。

 

    密度与温度和盐度的关系很复杂,通常情况下,水温越高密度越低,而盐度升高则密度增大。如果同时存在正温梯度(0)和正盐梯度(0),则海水处于稳定状态,密度跃层容易形成,如中国渤、黄、东海夏季的上层温、盐、密跃层就是这种情况。

 

    大洋中纬度上层季节性跃层中,都存在温、盐、密的正分布,而在次表层的高盐水之下有相当强的负盐梯度存在,这里是盐度很低的亚级中层水,但由于这里存在更强的正温梯度(主温跃层),所以能稳定地维持这些水团的存在。

 

    4.跃层的作用

 

    通常情况下海水在垂向的混合比水平方向要小很多,在温、盐、密跃层形成后,海水在垂向更加稳定,从而跃层上下水体之间的交换受到更大限制,这即是跃层的“屏障作用”。

 

    从春季开始到夏季,太阳辐射增强,降水增多,使上层增温、降盐、减密,跃层形成并逐渐强化,由于“屏障作用”,上层水的高温低盐低密的特征得到发展,而跃层下的状况得以保持,如黄海冷水团。







更新者:sugar   更新时间:2013-11-28 16:24:57
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