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世界大洋的热量与水量平衡(3)

时间:2010-01-29 03:28 来源:地理教师网 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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三、蒸发耗热Qe

蒸发和水汽凝结本来是可逆过程。海面蒸发,使海水变成水汽进入大气,海洋中的部分热量以潜热的形式被带入大气,海洋失去热量;当大气中水汽凝结时,又将热量释放出来,但这部分热量却几乎全部留在大气中,成为大气的热源之一。因此蒸发只能使海洋耗热。

平均而言,海洋每年蒸发掉约126cm厚的海水,由于海水的蒸发潜热很大,所以蒸发使海洋失去巨额热量。据计算,约占世界大洋辐射平衡热盈余的90%。当然,大洋不同海域的蒸发耗热不同,这主要由其蒸发量不同所致。

蒸发的速率与近海面空气层中水汽的铅直梯度成比例。通常,紧贴海面的水汽含量可视为是饱和的,如果其上部气层中的水汽量越少,则越有利于水汽向上扩散,从而使蒸发得以继续进行。因此,海面上部气层中在铅直方向上的水汽压差,是维持海水蒸发的先决条件。

海面水温(tw)与近海面气层的温度(ta)差与蒸发的速率有着密切关系。

当tw>ta时,由于海洋向大气传导热量,使近海面气温升高,从而发生热力对流,结果将水汽源源向上输送,而上部水汽含量较少、温度较低的空气下沉至海面;与此同时,海面降温、增密下沉,其下的相对高温水上升至海面。这一过程维持着海气温差的继续存在。因此,由于tw>ta所引起的海气中的热力对流过程使蒸发不断地进行。

当tw<ta时,由于大气向海洋传导热量,使近海面气温降低,导致气层的层结稳定,同样海面升温,也产生稳定层结。由于近海面的水汽不能迅速地向上输送,甚至发生凝结,以致蒸发停止。

青岛近海在春末夏初的海雾,就是由于暖空气流过冷海面所形成的。在秋末冬初,正好相反,因此也是一年中蒸发最强的季节。

在实际海洋的蒸发过程中,风对上述蒸发的物理过程起着巨大的促进作用。海面上的风,实际上是以湍流形式存在的,它一方面极大地加强了海气之间的热传导,同时又将近海面水汽迅速地向外输送,它对蒸发的加速,远远超过单纯由上述物理过程的贡献。同时,风所引起的海浪,又增大了海洋的蒸发面,甚至当波浪破碎时,直接将海水输向大气。

海洋蒸发耗热理论上可由下式计算,即

Qe=L×E (3-34)

式中L为蒸发潜热,E为蒸发量。但海面蒸发量难以直接测量,因而多借助于经验公式进行计算。布德科提出如下经验公式

E=k(e0-ez)W (3-35)

式中E为蒸发量;e0与ez分别为依海面水温计算的水汽压与在Zm高处依气温计算的水汽压。W为风速;k为一系数,它与风速有关。

大洋上的蒸发速率是不均匀的,且具有明显的季节变化。赤道海域蒸发量较小,因为那里空气中相对湿度大而风速又小;高纬海区由于气温低,大气容纳的水汽量小,因而蒸发量也小;副热带海区和信风带,空气干燥、气温高,风速大,所以蒸发量大;特别在大西洋湾流区和太平洋黑潮区出现极大值,其原因是暖流北上到中纬海域,水温远高于气温,尤其冬季又盛行偏北风,所以蒸发特别强烈。

就季节变化而言,一般冬季大于夏季,这主要由于冬季水温高于气温,空气层结不稳定,且冬季风速较大所致。
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