海面蒸发

更新时间:2022-08-03 23:52

海面蒸发是海面的水变成水汽而进入大气的过程。

简介

海面的水变成水汽而进入大气的过程。海水蒸发时从海洋吸收了热量,而大气则获得了海洋所损失的这部分热量。因此,海面蒸发不仅是海洋和大气之间进行水分交换和热交换的重要手段,而且是决定海-气界面的水分、热量和盐度的平衡的主要因素。因此,了解海面的蒸发,有助于阐明海水的含盐量和洋流的关系,揭示海上气团变性大气环流等现象的内在规律。

海水的蒸发,与空气中水汽的饱和程度有关。在连接水面的空气中,只要水汽未达饱和状态,海水就不断蒸发。由于饱和水汽压随温度的升高而迅速增大,因此,气温愈高,空气愈能容纳更多的水汽。已经被水汽饱和了的空气,当它流经较暖的海面时,因接触海水而升温,就处于不饱和的状态,有利于海水的蒸发;相反,当暖空气流经冷水面时,遇冷而呈过饱和状态,其中一部分水汽便凝结而形成雾,不利于海水的蒸发。从年平均的情况来看,海面的蒸发量大大超过了凝结量。

海面蒸发量的确定,大体上可分为四个方面:

① 应用船舶蒸发皿和蒸发计测量。因仪器受船体的影响,皿中的水面结构和周围的条件与实际的海况很不相同,所得的蒸发量缺乏代表性。

② 根据气象观测寻求经验关系。获得了蒸发率和气象要素的经验关系。例如:

E=Ka(ew-ea)va(mm/a)

式中E是海面蒸发率,经验常数Ka=0.142,ea表示距水面 6米处的空气中的实测水汽压(毫巴),ew表示气温相应于海面水温饱和水汽压(毫巴),va为海面的风速(米/秒)。上式表明,海面蒸发率决定于海-气的水汽压差和风速。

③ 借助于水汽湍流扩散理论。1936年,H.U.斯韦尔德鲁普首先应用大气湍流扩散理论求得海面蒸发率的表达式。1939年,C.W.索恩思韦特和B.霍尔兹曼根据海面以上两个高度的湿度差和风速计算蒸发率,误差较大。1940年,R.B.蒙哥马利考虑到海浪的影响,把近海面气层分为 3个副层:底层为层流层,风速随高度作线性变化;中层为过渡层,风速具有光滑面对数廓线形式;上层为湍流层,风速具有充分粗糙面对数廓线形式。这样做对考虑近海面层气动量的输送可能是合理的,但用来讨论水汽输送则不尽适宜。因为动量在输送过程中有一部分被消耗在海浪的产生和破碎上,而水汽输送则无此类损失。根据近海面气层的特征,可把海面蒸发率写成下列的一般表达式:

式中D和KE分别是水汽的分子扩散系数和涡动扩散系数;q和qs分别是比湿和水面的饱和比湿

④ 从海面的热量平衡来分析。即从气候学的观点,根据海面的热量平衡方程估算海面蒸发量。一般结果表明,世界大洋的年蒸发量按气候带分布:在赤道海区因空气的湿度高和海风较弱,蒸发量最小;在热带地区的暖海面上,有较干燥的空气的平流,蒸发量最大;在较高纬度地区因温度低,饱和水汽压小,空气容纳水汽的能力低,故纬度愈高蒸发量愈小。世界大洋的平均年蒸发量为 1米。此外,大洋西侧的蒸发量高于大洋东侧,在洋流中的暖流输运区显得更加突出,例如湾流区的平均年蒸发量最高达 3米,黑潮区为 2.3米,东澳大利亚暖流、厄加勒斯暖流和巴西暖流等海域次之。根据1977年中国科学院海洋研究所和地理研究所对渤海、黄海和东海的热平衡所作的分析和计算,这些海区的年平均蒸发量绝大部分大于 1.25米/年,并呈现从东南向西北降低的趋势(见图)。 由于海-气温度差、 湿度差和风速等因素都有季节性的变化,蒸发量也有季节性的变化,并以中纬度大洋西侧最为明显。暖季海面蒸发量偏低,冷季则偏高。中国沿海也是如此。

参考书目

A.Defant,PhysicalOceanography,Pergamon Press,Oxford,1961.

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