Transcript คุณสมบัติทางฟิสิกส์ของน ้าทะเล Physical Properties of Seawater Physical Properties of Seawater

คุณสมบัตทิ างฟิ สิ กส์ ของนา้ ทะเล
Physical Properties of Seawater
Physical Properties of
คุณสมบัติเฉพาะตัวของน้ า
• High Heat Capacity (Specific heat)
Heat Capacity - the ability of substance to give up or
take up heat and undergo changes in temperature.
Specific heat is the amount of heat required to change
the temperature of a substance.
• Conductivity - ability to transmit heat
Water conducts heat more readily than any liquid
except Mercury
Physical Properties of
คุณสมบัติเฉพาะตัวของน้ า (2)
• Surface tension and Viscosity
Surface tension is a measure of a liquids cohesiveness or the
attraction of water molecules for each other.
• Compressibility
Water is nearly incompressible.
Physical Properties of
Temperature in the Oceans
Introduction
คุณสมบัติที่สำคัญของน ้ำทะเล 2 ประการ คือ
อณ
ุ หภูมิและความเค็ม เพรำะมีสว่ นในกำรทำให้ เกิกกำร
เปลี่ยนแปลง ความหนาแน่ นของน้าทะเล ซึง่ จะไปมีผลต่อ
การเคลื่อนที่ ของน้ าทะเล ในแนวดิ่ง
Physical Properties of
Temperature in the Oceans



Density
เมื่อ Depth
Unstable condition
สาเหตุ
and ice,
(Winter)
vertical motion
ขั้วโลก - cooling by wind
ice formation (brine)
ที่อื่น - Mediteranian
Physical
Properties
E >>
P of
Solar Radiation

แสงอาทิตย์ 100 % ทีม่ าถึงโลก สะท้ อนกลับสู่
อากาศ 30% โดยเมฆและฝุ่ น มีเพียง 70%
เท่ านั้นที่ผ่านชั้นบรรยากาศเข้ ามา แบ่ งเป็ น
17% ถูก absorbed ในชั้นบรรยากาศ
23% ถึงพืน้ โลกในรู ปของ diffuse daylight
30% ถึงพืน้ โลกตรง ๆ direct sunlight
Physical Properties of
Solar Radiation (2)

Insolation คือ The radiation that actually reaches the
Earth’s surface.

พืน้ ผิวโลกไม่ ได้ ดูดกลืน insolation ทั้งหมดเอาไว้ แต่จะ
สะท้อนคลื่นรังสี เหล่านี้กลับ เปอร์เซ็นต์ของการสะท้อนกลับ
เรี ยกว่า albedo มีค่าแตกต่างกันไปตามแต่ประเภทของพื้นวิว
Physical Properties of
Solar Radiation (3)
Surface
Albedo
Snow
Desert Sands
Vegetation
Bare soil or rock
Built-up areas
Calm water
Physical Properties of
> 90
35
10-25
10-20
12-18
2
Solar Radiation (4)

Snow ดูดกลืนน้อยสุด , ทะเลที่มีคลื่น และ ripples มี
albedo มากกว่าทะเลเรี ยบ มุมตกกระทบของแสงต่อพื้นวิวถ้า
มากก็จะมี albedo มาก

สิ่ งที่ reflect กลับออกไปจากพืน้ ผิวโลก จะอยูใ่ นรูป infrared
และ long wavelengths พวกนี้เป็ น รั งสีความร้ อน
Physical Properties of
Solar Radiation (5)



รังสี ความร้อนที่สะท้อนจากพื้นวิวโลกออกมา จะถูกดูดกลืนที่
ชั้นบรรยากาศอีกที ทาให้ โลกอุ่นขึน้
ไอน้า , CO2 , methane , nitrous oxide สารพวกนี้รวม
เรี ยกว่า “Greenhouse Gas” เพราะมันเป็ นตัวไปดูดกลืนหรื อ
จับคลื่นความร้อนไว้ทาให้โลกร้อน เรี ยกว่า
“Greenhouse Effect”
CFCs ไม่ใช่ Greenhouse Gas แต่เป็ นตัวไปทาลาย Ozone
ทาให้ Ultraviolet เข้ามาถึงพื้นโลกได้มากขึ้น
Physical Properties of
ความแตกต่ างของการเปลีย่ นแปลงอุณหภูมิ
ของแผ่ นดินและมหาสมุทร
- จาก record ที่มี
สู งสุ ด
ต่าสุ ด
แตกต่ าง
พืน้ ดิน
58
-68
126 C
มหาสมุทร
42
-1.87
43.87
Physical Properties of
Distribution of Surface Temperature


เป็ นวลมาจากการได้รับรังสี จากดวงอาทิตย์แตกต่างกันใน
แต่ละบริ เวณของโลก
มี variation ในรอบปี ได้เกิดจาก แกนโลกเอียง และโลก
โคจรรอบดวงอาทิตย์
• equinoxes (กลางวันกลางคืน เท่ากัน)
(2 ช่วง 21 มี.ค. และ
ก.ย.)
• solstices 2 ช่วง คือ
- 21 ธ.ค. ตรงกับ
Tropic of Capricorn
Physical Properties of
- 21 มิ.ย. ตรงกับ Tropic of Cancer
แสงจากดวงอาทิตย์ ที่ส่องมายังโลก
Physical Properties of
The Transfer of heat and water across
the air - sea interface
• มี 3 กระบวนการ
1. Conduction
2. Convection
3. Evaporation
Physical Properties of
Conduction and Convection
Conduction : มีผลน้ อยมาก
Convection : สาคัญกว่ า
คาถาม : อย่ างไหนจะเกิดการแลกเปลีย่ นความร้ อนได้ ดีกว่ ากัน ?
(1)
air
sea
ร้ อน
เย็น
air
sea
Physical Properties of
(2)
เย็น
ร้ อน
Evaporation

Evaporation ถ่ ายเทความร้ อนจากนา้ สู่ บรรยากาศได้
มากกว่า Conduction &
Convection รวมกัน
Rate of loss heat
= latent heat of evaporation
x
Physical Properties of
rate of evaporation
คาถาม :
1) คานวณ heat loss จาก evaporation ของมหาสมุทรแต่ ละวันโดย
ให้
- 1 ปี มีการระเหยของไอนา้ บริเวณมหาสมุทร 3.36 x 107 kg
year-1
- Latent heat of evaporation 2.25 x 106 J kg-1
2) ถ้ าโลกเราได้ รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ วนั ละ 9x1021 J เราจะถือ
การถ่ ายเทความร้ อนจากทะเลสู่ อากาศโดย evaporation มี
ความสาคัญหรื อไม่
3) มีสภาวะใดบ้ างทีน่ า้ ในมหาสมุ
ทรจะได้ofรับความร้ อนจาก
Physical Properties
Distribution of Temperature with Depth

แหล่ งของความร้ อนมาจากพลังงานแสงอาทิตย์

พลังงานแสงถูกดูดกลืนในนา้ ทีร่ ะดับความลึกไม่ มากนัก
พลังงาน 50% ถูกดูดกลืนทีค่ วามลึก 10
ซม.
พลังงาน 98% ถูกดูดกลืนทีค่ วามลึก
100 เมตร

ทีผ่ วิ นา้ จึงมีอุณหภูPhysical
มิสูงกว่
าในทีล่ ofกึ (ในบริเวณที่มีแสง)
Properties
การดูดกลืนแสงของนา้ ทะเล
Physical Properties of
Distribution of Temperature with Depth (2)
Physical Properties of
Distribution of Temperature with Depth (3)

Mixing layer ~ 200 - 300 m in winter at mid-latitudes

Permanent thermocline
between 200 - 300 m and 1,000 m

Seasonal thermocline develop in summer

Dinrnal thermocline ~ 10 - 15 m
Physical Properties of
Seasonal
Thermocline
Physical Properties of
Temperature distribution and water movement
Physical Properties of
Salinity
การแพร่ กระจายของความเค็มตามความลึก
• พิจารณาจากหลักความมีเสถียรภาพข
่ กจึงควรมีค
• ความเค็มของน้ าทะเลในทีลึ
่ วทะเล
บริเวณทีผิ
แต่ ทาไม ในหลายบริเวณของมหาสมุทรกลับพบว่า
การเปลีย่ นแปลงความเค็มตามความลึกจึงไม่ สอดคล้อง
กับการมีเสถียรภาพของนา้ ทะเล ?
Physical Properties of
Surface Salinity distribution
Physical Properties of
คาตอบคือ
เพราะการเปลีย่ นแปลงความหนาแน่ นของนา้ ทะเล
ในระดับโลก (global scale) ปัจจัยทีม่ าจาอุณหภูมิ
มีความสาคัญกว่ าความเค็ม
1. เพราะอะไร ?
2. มีทะเลที่ไหนบ้ างหรื อไม่ ที่ความเค็มมีอทิ ธิพลต่ อ
ความหนาแน่ นของน้ าทะเลมากว่าอิท
อุณหภู ม ิ ?
Physical Properties of
Density
่
่ เฉลียเท
• ความหนาแน่ นของน้ าทะเลมีคา
1.03 x 103 kg m-3
่
• ค่าความหนาแน่ นในน้ าทะเลทัวไปก็
มค
ี า
่
่  ไม่
้ เกิน 2%
ไปจากค่าเฉลียนี
• ความต่างของค่าความหนาแน่ นของน้ า
่
้
่
จึงมีคา
่ ตามาก
ทังๆที
ในความเป็
นจริงค
มีผลต่อปรากฏการณ์ในทะเลอย่างมาก
Physical Properties of
Sigma (  )
่ กกาหนดขึนเพื
้
่
• เป็ นปริมาณทีถู
อให้
เห็นคว
ค่าความหนาแน่ นในทะเลแต่ละบริเวณได
   s ,t , p 1000 kg m
3
เมื่อ  s , t , p คือค่ าความหนาแน่ นของนา้ ทะเล
Physical Properties of
Sigma-t ( t )
่
• ไม่รวมปั จจัยทีมาจากความด
ัน
 t   s , t , 0 1000 kg m
3
เมื่อ  s , t , 0 คือค่ าความหนาแน่ นของนา้ ทะเล
่ รวมอิทธิพลจากความด ัน
ทีไม่
Physical Properties of
Sigma-theta (  )
่
• รวมปั จจัยทีมาจากความดัน
ในรู ปของค่า Potential temperature
    s , , 0 1000 kg m
เมื่อ  s , , 0 คือ Potential density
Physical Properties of
3
Potential Temperature ( )
• หากสามารถนา thermometer ลงไปวัดอุณหภูมิใต้ นา้
้ั อ in situ temperat
ค่าของอุณหภู มท
ิ อ่
ี่ านได้นนคื
่
่ กขึนมา
้
• หากสามารถเคลือนย้
ายน้ าทะเลในทีลึ
้ การแลกเปลีย
่
โดยมีขอ
้ แม้วา
่ ไม่ให้น้ ามวลนี มี
่
่
สิงแวดล้
อมได้เลย คงมีเพียงแต่การเปลียนแป
้ เรียกว่า adiabatic
ภายในตัวมวลน้ าเองเท่านัน
Physical Properties of
Potential Temperature ( ) (2)
่
่
้ าอย่าง adiabatically จากในที่ลกึ ข
• เมือเคลื
อนมวลน
ยังผิวน้ า มวลนา้ นีจ้ ะเกิดการขยายตัว ทาให้ อุณหภูมิ
ในตัวมันลดลง
• อุณหภูมิทวี่ ดั ได้ หลังจากปล่อยให้ มีการขยายตัวของ
มวลนา้ แล้ว เรียกว่ า Potential temperature
• มีประโยชน์ในแง่ ของการใช้ในการติดตามม
่
ว่ามีแหล่งกาเนิ ดมาจากทีใด
Physical Properties of
การหาค่ า Sigma โดยใช้ กราฟ
Physical Properties of
• พิจารณา contour ของค่ า
in situ temperature (รู ป a)
่ กๆ อย่าง Mariana
ในทีลึ
Trench
้
• อุณหภู มท
ิ สู
ี่ งขึนเพราะ
ความ
ดันทาให้เหมือนว่าน้ า
ทะเล
ในบริเวณนี ้ ไม่ม ี
เสถียรภาพ
• แต่ถา้ หากพิจารณาที่
contour
potential temperature (รู ป
Physical Properties ของ
of
Light in the Ocean
•
•
•
•
ความเร็วของแสงในสู ญญากาศมีคา
่ เท่าก
ความเร็วของแสงในนา้ ทะเลมีค่าประมาณ 2.2 x 108 m/s
แสงเดินทางในนา้ ได้ ไม่ ดเี มื่อเทียบกับเสี ยง
attenuation คือ การลดลงของความเข้ มแสงเมื่อออกห่ าง
่
จากแหล่งกาเนิ ด ซึงจะลดลงแบบ
exponenti
Physical Properties of
Attenuation เกิดจากปัจจัย 2 ประการ
1. Absorption โดย - algae
- inorganic and organic matter
- Dissolved organic compound
- นา้
2. Scattering โดย particles ต่ างๆทีอ่ ยู่ในนา้
Physical Properties of
Light Zonation
Photic zone ~ 40 - 200 m
มีแสงเพียงพอสาหรับการสั งเคราะห์ อาหารโดย phytoplankton
Disphotic zone < 1,000 m
มีแสงบ้ าง แต่ ไม่ เพียงพอสาหรับการสั งเคราะห์ อาหาร
Aphotic zone > 1,000 m
แสงส่ องลงมาไม่ ถึง
Physical Properties of
Color in the Sea
่ นน้ าทะเลเป็ นสีน้าเงินก็เพราะว่า แสงช่วง
• ทีเห็
สามารถเดินทางลงไปในน้ าได้ดท
ี สุ
ี่ ดโดยเฉพ
่ เฉ
• ปลาสีแดงจะถูกมองเห็นเป็ นสีดาในน้าลึกทีมี
แสง blue-green
• ปลาในทะเลลึกบางชนิดจะสามารถสร้ างแสงสี แดงเพื่อ
อาพรางตัวในการล่าเหยื่อ
Physical Properties of
Sound in the Ocean
• ความเร็วเสียงในอากาศ ~ 300 m/s
• ความเร็วของเสี ยงในนา้ ~ 1,500 m/s
C = 1,410 + 4.21 T - 0.037 T2 + 1.14 S + 0.018d
C = ความเร็วเสี ยงในนา้ ทะเล, T = อุณหภูมิ,
S = ความเค็ม, d = ความลึก (เมตร)
Physical Properties of
Sound speed
SOFAR Channel
Physical Properties of