Температура морской воды

1. ОБЩАЯ океанологиЯ

Белокопытов В.Н., МГИ РАН, Севастополь

2.

Ранние измерения
Роберт Бойль (1670)
О понижении температуры с глубиной
Марсильи (1706)
Измерения в Средиземное море
Де Сосюр (1780)
Измерения в Средиземное море
Эллис (1751)
Форстеры (1772)
Измерения в Атлантике
Измерения в Южном океане
XVII в.
XVIII в.
XIX в.
Дю-Пти-Туар (1836-1839)
59 глубоководных измерений
У. Томсон (1872-1876)
253 глубоководных измерений
«Challenger»
Всего 522 глубоководных (до 3.5 км) измерения температуры воды,
из них 119 русскими исследователями.

3.

Как измеряют температуру морской воды?

4.

Измерение температуры воды
Опрокидывающиеся термометры и батометры
(1830-1850-е)
Термометры с защитой
от давления, миним.
термометры
Негретти и Замбра,
Рихтер (1874-1900)
Ленц, Паррот (1823)
Нансен,
Петерссон (1894-1910)

5.

Измерение температуры воды
Батитермографы
Россби,
Спилхаус (1934-1937)

6.

Измерение температуры воды
Развитие методов измерений
Термометры сопротивления - зависимость
электрического сопротивления датчиков от
температуры среды (платиновые, медные,
никелевые).
CTD
XBT, XCTD
Термометры расширения - зависимость
изменения объема жидкостей или твердых
тел при изменении температуры среды.
Батометры и
глубоководные
термометры
Батитермографы
ARGO
Инфракрасные
радиометры
SBE911+, SBE25, SBE19, SBE37, Mark3С,
Mk318, Mk317, ICTD, NXIC, OS320,
OS316, OS3191, OS304, OS303, OS302,
OS301, XR420, MINIpack, Midas, SD204,
RCM9, ГАП, Минизонд

7.

Измерение температуры воды
Развитие методов измерений
Шкалы температуры
Фаренгейт (1723)
Цельсий (1742)
1887 г. → 1927 г. → 1948 г. → 1968 г. → 1990 г.
Международная шкала температуры 1990 г. (МШТ-90, ITS-90)
Для океанского диапазона изменения температуры практическое значение
имеют два поддиапазона, представленные тремя реперными точками:
– тройной точки ртути -38,8344 °С;
– тройной точки воды +0,0100 °С;
– точки плавления галлия +29,7646 °С.
Кроме того, WOCE (World Ocean Circulation Experiment) рекомендованы
две дополнительные точки: тройные точки phenoxy-benzene (26,8625 °С)
и карбоната этилена (36,3135 °С).
Температура МТШ–90 связана с температурой МПТШ–68:
Т68 = 1,0024∙Т90.

8.

Какие процессы формируют распределение
температуры воды в морях и океанах?

9.

Тепловой баланс
АТ М О С Ф Е Р А
внешний тепловой баланс
ОКЕАН
Теплосодержание
Адвекция тепла
Контактный
теплообмен
Турбулентный
теплообмен
± ФЛ
Радиационный
баланс
Испарение
Таяние/замерзание льда
Изменения температуры (dT/dz) при перераспределении тепла в океане:
адвективное
вертикальный турб. теплообмен
горизонтальный турб. теплообмен

10.

Радиационный баланс
Радиационный баланс на поверхности моря
Коротковолновая солнечная
радиация
Эффективное длинноволновое излучение
Rn = Qn + Fn
Нисходящее излучение
Fn = F’ + F”
Восходящее излучение

11.

Радиационный баланс
Солнечная радиация (коротковолновое излучение)
Солнечная постоянная 1367 Вт/м²
Поток прямой солнечной радиации на
горизонтальную поверхность Земли
S
I = S sin (h)

12.

Тепловой баланс поверхности океана

13.

Тепловой баланс поверхности океана
5
24

14.

Радиационный баланс
Солнечная радиация

15.

Радиационный баланс
Солнечная радиация
Суммарное количество солнечной радиации
(инсоляция) зависит от угла наклона
солнечных лучей и продолжительности дня
Продолжительность суток

16.

Радиационный баланс
Альбедо поверхности
Отражательные свойства поверхности зависят от
угла падения солнечных лучей, свойств почвы,
наличия снега или льда, волнения моря

17.

Радиационный баланс
Облачность
Зависит от циркуляции атмосферы,
распределения температуры и влажности в
атмосфере

18.

Радиационный баланс
Солнечная радиация
Зависит от инсоляции, облачности и альбедо

19.

Радиационный баланс
Эффективное длинноволновое излучение
Разница между приходящим и исходящим длинноволновым
излучением. Зависит от температуры поверхности, влажности
воздуха и облачности.

20.

Радиационный баланс

21.

Тепловой баланс
Контактный теплообмен (поток явного тепла)
Зависит от разности температуры поверхности
и температуры воздуха, скорости ветра

22.

Тепловой баланс
Потери тепла на испарение (поток скрытого тепла)
Зависит от разности температуры поверхности,
влажности воздуха, скорости ветра

23.

Тепловой баланс поверхности океана
Отношение Боуэна Ф/LE 0.05 – 0.75

24.

Тепловой баланс поверхности океана
Температура поверхности океана для
зимнего периода обеих полушарий
Меридиональный поток тепла (PW) в
океане и внешний тепловой баланс

25.

Температура морской воды
Измерение температуры морской воды осуществляется с помощью инфракрасных радиометров,
термометров расширения и термометров сопротивления, которые в настоящее время наиболее
распространены;
Изменения температуры воды в океане обусловлены как внутренними процессами –
перераспределением тепла путем адвективного и турбулентного теплообмена, так и
внешними воздействиями – тепловым балансом на поверхности моря;
Составляющие теплового баланса: радиационный баланс, контактный теплообмен и
потери тепла на испарение определяются процессами взаимодействия в системе океанатмосфера и имеют различную степень пространственно-временной неоднородности.