[科普中国]-海水混合

简介

海水混合的源地和形成机制相近。具有在长时间保持相对均匀和稳定的物理、化学和生物特征及大体一致的变化趋势，而与周围海水存在一定差异并可与海洋尺度相比较的宏大水体，称为水团。外界因素通过海水运动使水团具备一定的特征，并在一定的条件下达到最强，形成水团。海-气相互作用以及陆水注人海洋、结冰等因素，使海水产生各种混合2。海水混合的过程是不可逆的物理过程。在一定程度上决定了进入海水中的污染物的迁移和自净3。

混合形式海水混合按发生的原因，可分为分子混合和湍流混合两类。其中湍流混合是海水混合的主要形式4。

分子混合分子混合专指由海水分子不规则运动引起的混合。分子热传导定律表明，热通量密度正比于温度梯度，方向是从高温指向低温一方；分子扩散定律也表明，物质通量密度正比于物质密度梯度而指向低浓度一方。其比例系数即分子热传导系量或相应物质的分子扩散系量，它们仅与海水自身的性质有关，而且量值也比较小。然而，海洋混合过程最终却是靠分子混合完成的，况且海水的可流动性及强溶解能力，也有助于分子混合的持续进行。

湍流混合海洋湍流是海水微团的不规则的运动，即速度的大小和方向都不稳定的紊乱的流动，亦称为紊流或乱流。由海洋湍流所引起的海洋湍流混合，比分子混合的强度大得多。

海水静力学不稳定引起的混合以铅直方向的对流为典型特征，故有人将其特称为对流混合，而将速度切变（既包括水平方向的切变，也包括铅直方向的切变）型混合称为涡动混合。两者在季节性、区域性和混合效应等方面都有显著的不同。

（1）季节性：涡动混合在一年四季都可能生成与发展，对流混合则只在降温季节比较强盛，且其效应可超过并掩盖涡动混合。

（2）区域性：季节性降温以中、高纬度海域最为明显，故对流混合主要发生在中、高纬度海域，低纬度海域则全年以涡动混合占优势。降温导致的对流混合主要发生在海洋上层，涡动混合则在海洋各层都可发生。

（3）混合效应：混合的结果都是使混合所及范围内的海水性质趋向均匀，然而，即使同样发生在海洋上层的混合，涡动混合与对流所达到的深度，混合趋匀后的温度值、盐度值、密度值，也各有所不同。

影响因素混合效应因季节和纬度的不同而不同：纬度较高的海区，由于增密作用较为明显，加之稳定度较小，因之对流混合强，而涡动混合只有在夏季时才显出它的作用，但并不等于夏季的涡动混合比冬季强，由于冬季风力强劲，稳定度又小，涡动混合反较夏季强烈，只是因为此时对流旺盛，使涡动混合被更为发达的对流混合所掩蔽了；在低纬海区，对流混合很难发生，故以涡动混合为主：在浅海，由于经常受到海岸、海底、浅滩、岛屿的摩擦作用，故涡动混合非常发达，同时对流混合也容易发展。

涡动混合的强弱，与海水的稳定性、风和潮汐现象有关，当稳定性增大时，水块保持原来状态的能力加强，涡动混合便将减弱；夏季时，由于表层海水增温，稳定性加大，涡动混合不甚强烈。风对涡动混合的影响在于它增强了海面的扰动和加大速度梯度，因此，当风速增大时，涡动混合便增强，特别是浅海中风力引起的涡动混合可直达海底。由潮汐现象引起的涡动混合与风力引起的涡动混合相反，是由海底向上扩展的，在浅海区域，由于与海底的摩擦作用，产生的速度梯度甚大，因此将引起强烈的涡动混合。

对流混合的强弱，亦与海水的稳定性有关：当水层本身稳定性很大时，对流混合很难形成，夏季时，海洋中的对流混合很难出现，在冬季时常出现强烈的对流混合；在赤道和亚热带海区，夏季时因表层海水的密度仍比其下层低，故不产生对流，在冬季温度很低，对流作用便非常强烈。在中纬海区，由于表面温度冬夏相差很大，故产生对流，对流的深度可达200米；在高纬海区，由于冰冻现象和增盐的结果，故在冬季时对流可达几千米的深度。混合的结果，是在海洋中就形成了匀和层和跃层，在某些海区还形成中间冷水层。