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海洋溫度、鹽度、密度的時空分佈
與
海洋環流
台灣大學海洋研究所
唐存勇
2011年4月1日
(台中教育大學教學)
大綱
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海水的基本特性
時空分佈情形
全球的環流系統
在台灣附近的環流-黑潮
海水的基本特性
海水溫度
• 量測海水溫度的方法：
1.利用液體或金屬的熱漲冷縮
2.液體的蒸氣壓差異
3.溫差電偶
4.電阻差異
5.海表面的紅外線差異
海水的基本特性
海水鹽度
• 一般定義：於一公斤海水溶解物質的總重
量
• 量測海水鹽度的方法：
1.蒸餾法
2.滴定法
3.導電法-現最流行之方法，量測海水導電度
並據此推算鹽度，單位是psu（practical
salinity unit）。
海水的基本特性
壓力
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單位為dbar
量測靜水壓（hydrostatic pressure），實驗室中可以水銀柱量之。
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海洋中皆以電子感應器量測。
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Calibration is needed, in general.
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壓力亦可由深度、密度推算得。但一般常反過來推算深度。
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若ρ=1026kg/m3，g=9.8m/s2，z=1m，
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則 p=1.005x104kg/m2s2=1.005 dbar/m 或 1m=0.995dbar
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一大氣壓等於一bar，所以10m水深等於一大氣壓。
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反過來說，颱風經過處大氣壓減少，則水位上升。
在前提及的XBT，其深度（或壓力）是以free fall speed來推算，不精準但符合經濟
原則。
海水的基本特性
海水密度
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海水密度是海水鹽度(s)、溫度(t)以及壓力(p)三者的函數ρ(s,t,p)。
密度隨鹽度增加、溫度減少、壓力增加而增，反之則減。
海水密度通常介於1027到1070 kg/m3 之間。
習慣上，通常以現場密度(in-situ density) σ來表示。
σ ＝ρ(s,t,p)-1000
海洋學上其它常用的密度表示法：
1. 在忽略海水的壓力作用下，以一大氣壓下的現場
密度則稱為σt (sigma t)， σt ＝ρ(s,t,0)-1000
2.在忽略海水的壓力作用下，以一大氣壓下的零度C海水密度則
稱為σ0 (zigma 0)， σt ＝ρ(s,0,0)-1000
3. 由於溫度會受壓力的影響而變化，若將深層海水以絕熱狀態
上提至海表面，其溫度則稱為位溫。以位溫換算之海水密度則稱
為σ θ (zigma θ) ， σ θ ＝ρ(s,θ,0)-1000 。
海水溫度的垂直分佈
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陽光照射海水，加熱表海水後向下傳遞，物理機制有
– Conductivity：傳導﹙慢﹚
– Turbulence mixing：紊流混合﹙快但僅限於上層海域﹚
– 下沉流
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下層海域一般有極區流來的冷水，冷卻海水，物理機制有
– Conductivity：傳導
– 湧升流
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海溫的垂直分佈為
– 上熱下冷，除特例（如極區）外，違返此原則往往造成不穩定，因而產
生上下運動。
– 海溫垂直分佈約可分三層，表層含混合層、次表層及深海。
– 次表層含一主數個斜溫層（thermocline），此層隨水深增加溫度急遽下
降，變化最大的稱為main thermocline，以外則是sub-thermocline。典
型低緯度的溫度垂直分佈是20℃ at surface, 8℃ at 500m, 5℃ at
1000m, 2℃ at 4000m，但典型近極地的溫度垂直分佈是上下近乎一致，
約2℃。
結語
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海洋蘊含資源，也讓人類發展了文明。
洋流平衡了氣候，讓地球適宜生存。
洋流具有沖散、稀釋污染物的作用。
日益嚴重的污染，是人類的一大警訊。
如何與海洋共存是必須共同面對的課題。