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障碍层

/barrier layer/
条目作者赵进平

赵进平

最后更新 2022-12-23
浏览 229
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海洋中阻挡热量传输的水层。

英文名称
barrier layer
所属学科
海洋学

海洋中的密度层化对湍流运动有重要的抑制作用,密度跃层会削弱垂向的动量和物质的输送。广泛存在与中低纬度的密度跃层阻止了热量的有效向下传输,是海洋中的重要现象。

在海洋上层,通常会形成温度、盐度和密度均匀的水层,称为上混合层。其下是温度、盐度和密度跃层。如果某海域海水的运动是以风生混合为主,温度、盐度和密度跃层的深度基本是一致的。而在有些情况下,引起温度变化的因素和引起盐度变化的因素不同,就会导致温度跃层、盐度跃层和密度跃层的深度不一致。如果温度均匀层的深度比密度跃层深,也就是密度跃层在温度均匀层之内,密度跃层将阻碍跃层之内和之下水体中的热量向上传输。还有一种情况是没有温度均匀层,而是在密度跃层之下存在暖水,密度跃层也阻碍暖水热量向上传输。这两种情况的共同特点是,在密度跃层之下存在暖水层,暖水层的热量受到密度跃层的阻隔而不能向上传输。

有些文献中认为密度跃层就是障碍层,其实密度跃层以下的温暖水层才是障碍层。障碍层的热量不能向上传输,也就不能贡献给大气,对海气热量交换有重要影响。形成障碍层的原因主要有两个:在热带和亚热带,暖水平流决定了海水的温度结构,而河流径流和降雨决定了表层的淡化,导致在温暖水层中出现盐度跃变形成的密度跃层。发现发生障碍层的海域多位于强降水区,净淡水通量是障碍层形成的关键因素。平流暖水的厚度可以达到100米以上,而淡水为主形成的密度跃层可以只有几十米,在密度跃层下形成很厚的障碍层。此外,在寒带冰区,由于有海冰覆盖,风的搅动很弱,海冰融化的淡水和径流的淡水形成浅而强的密度跃层,通常深度在20米左右。夏季的太阳辐射可以穿透密度跃层,直接加热跃层之下的海水,形成温度极大值,称为次表层暖水。这部分热量被密度跃层封闭而不能释放;到了秋季,这些热量才慢慢释放出来,推迟了海冰的冻结。因此,次表层暖水实际上是障碍层内的现象。

已经在很多海域发现海洋障碍层,在赤道海域、西太平洋的暖池区、北太平洋、印度洋、大西洋、南大洋、北冰洋、南海等均有发现。通常,发生在中低纬度的障碍层厚度较小,只有10米的量级,厚度小于3米的情况认为不存在障碍层。而在南北极海域,障碍层通常很厚,观测到的障碍层最大厚度达到200米以上。

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