一、海水的性质

海水的性质包括海水的各项物理性质及化学性质，有多项指标。其中，最基本的要素是海水温度和盐度，这两个基本要素又直接或间接影响海水的密度及其他性质。

1.海水的温度

海水的温度是海水温度计上表示海水冷热的物理量，以摄氏度数表示。水温的高低取决于辐射过程、大气与海水之间的热交换和蒸发等因素。

在大洋中，水温的变化幅度不是很大，一般为－2～30℃。其中，75％的水温为0～6℃，50％的水温为1.3～3.8℃。

南极地带的威德尔海是世界大洋中水温最低的地方。在此处由于海水结冰，致使水的盐度也增大，因而形成了冷而且密度大的下沉海水，并沿着海底向北部分布开来，形成了南极来源的底层海流。

从整体上来看，表层水温最高的区域位于北纬5°～10°之间。

海水温度在垂直方向上的变化规律，总的来说是随着深度的增加而降低。海水的深度与温度的关系存在着三层典型的结构：上层为混合层，深度为20～200m，此层中温度是均匀变化的；其下一层叫温跃层，此层温度急剧下降；最下一层位于温跃层下，海水的温度较平稳地下降。

2.海水的盐度

海水中的含盐量是海水浓度的标志，海洋中的许多现象和过程都与其分布和变化息息相关。但要精确地测定海水中的绝对盐量是一件十分困难的事情。长期以来人们对此进行了广泛的研究和讨论，引进了“盐度”概念以近似地表示海水的含盐量。

1902年，Knudsen等人基于化学分析测定方法，定义盐度为：“1kg海水中的碳酸盐全部转换成氧化物，溴和碘以氯当量置换，有机物全部氧化之后所剩固体物质的总克数。”单位是g/kg，用符号‰表示。

为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖，JPOTS又提出了1978年实用盐度标度，并建立了计算公式，编制了查算表，自1982年1月起在国际上推行。其计算公式为：

式中：K₁₅是在“一个标准大气压力”下，温度15℃时，海水样品的电导率与标准KCl溶液的电导率之比；a₀=0.0080，a₁=－0.1692，a₂=25.3851，a₃=14.0941，a₄=－7.0261，a₅=2.7081；a_i=35.0000；适用范围为2≤S≤42。

实用盐度不再使用符号“‰”，因而实用盐度是旧盐度的1000倍。

由于海水的绝对盐度(S_A)——海水中溶质的质量与海水质量之比值是无法直接测量的，它与测定的盐度S显然有差异，因此也称S为实用盐度(PSU)。

全球表层海水盐度的分布主要受该地区海洋蒸发量和降水量的相对大小关系影响。一般而言，盐度自南北半球的副热带海区向两侧的高纬度、低纬度海区递减。此外，盐度还受洋流和淡水汇入的影响。暖流流经海区，盐度较高，寒流经过海区，盐度较低。淡水汇入多的海区盐度较低，各大河流入海口处，盐度都较低。世界盐度最高的海区是红海，一是因为当地地处副热带海区，二是因为当地周围几乎没有淡水汇入。而世界盐度最低的海区是波罗的海，主要是因为当地地处高纬海区，且当地周围有大量淡水汇入。

3.海水的密度

海水的密度是指单位体积海水的质量。海水密度状况，是决定洋流运动的最重要的因子之一。它随着海水的盐度、温度和压力而变化。

在水平方向上，海水密度随纬度的增高而增大，等密度线大致与纬度平行。对固定深度来说，压力一定，海水的密度只随着海水温度和海水盐度而变化。赤道地区的温度较高，盐度很低，所以表面海水的密度就很小，大约只有1.023g/cm³。由赤道向两极，海水的密度逐渐增大，在两极不但盐度高，而且水温低，所以海水的密度大，可以达到1.027 g/cm³以上。

在垂直方向，海水的密度随着深度的增大向下递增，但大约从1500米深度开始，密度随着深度的变化越来越小，在深层，海水的密度几乎不再随着深度的增加而变化。当水温或者盐度分布反常时，海水密度分布就会出现“跃层”。跃层会使水下声波传播时发生折射。跃层有两种：一种是随着深度增加，海水密度突然增大，这种跃层比较稳定。还有一种跃层，是密度随深度增加时密度突然降低。这种跃层极不稳定，一旦遇到扰动，上层密度大的海水就会下沉。

4.海水的主要热性质

海水的热性质主要包括海水的热容、比热容、热膨胀及热导率等。它们都是海水的固有性质，是温度、盐度、压力的函数。它们与纯水的热性质多有差异，这是造成海洋中诸多特异的原因之一。

(1)热容和比热容。海水温度升高1K(或1℃)时所吸收的热量称为热容，单位是焦耳每开尔文(记为J/K)或焦耳每摄氏度(记为J/℃)。

单位质量海水的热容称为比热容，单位为焦耳每千克每摄氏度，记为J·kg^－1·℃－1。在一定压力下测定的比热容称为定压比热容，记为c_p；在一定体积下测定的比热容称为定容比热容，用c_V表示。

研究表明，c_p值随盐度的增高而降低，但随温度的变化比较复杂。大致规律是在低温、低盐时c_p值随温度的升高而减小，在高温、高盐时c_p值随温度的升高而增大。定容比热容c_V的值略小于定压比热容c_p。一般而言c_p/c_V为1～1.02。

海水的比热容约为3.89×10³J·kg^－1·℃－1，在所有固体和液态物质中是名列前茅的，其密度为1025kg·m－3，而空气的比热容为1×10³J·kg^－1·℃－1，密度为1.29kg·m－3。也就是说，1m³海水降低1℃放出的热量可使3100m³的空气升高1℃。由于海水的比热容远大于大气的比热容，所以海水的温度变化缓慢，大气的温度变化相对比较剧烈。地球表面积的近71％为海水所覆盖，海洋温度的变化对气候具有重要的影响。

(2)热膨胀。在海水温度高于最大密度温度时，若再吸收热量，除增加其内能使温度升高外，还会发生体积膨胀，其相对变化率称为海水的热膨胀系数。即当温度升高1K(1℃)时，单位体积海水的增量。

海水的热膨胀系数比纯水的大，且随温度、盐度和压力的增大而增大；在大气压力下，低温、低盐海水的热膨胀系数为负值，说明当温度升高时海水收缩。热膨胀系数由正值转为负值时所对应的温度，就是海水最大密度的温度t_ρ(max)，它也是盐度的函数，随海水盐度的增大而降低。

(3)热传导。相邻海水温度不同时，由于海水分子或海水块体的交换，会使热量由高温处向低温处转移，这就是热传导。

单位时间内通过某一截面的热量，称为热流率，单位为“瓦特”(W)。单位面积的热流率称为热流率密度，单位是瓦特每平方米，记为W·m－2。其量值的大小除与海水本身的热传导性能密切相关之外，还与垂直于该传热面方向上的温度梯度有关。

水的热传导系数在液体中除水银之外是最大的。由于水的比热容很大，所以尽管其热导性好，但水温的变化相当迟缓。海水的热导系数λ_t，比纯水的稍低，且随盐度的增大略有减小。λ_t主要与海水的性质有关。

5.海水的主要力学性质

(1)海水的粘滞性。当相邻两层海水作相对运动时，由于水分子的不规则运动或者海水块体的随机运动(湍流)，在两层海水之间便有动量传递，从而产生切应力。

摩擦应力的大小与两层海水之间的速度梯度成比例。动力学粘滞系数μ(粘度，Viscosity)，随盐度的增大略有增大，随温度的升高却迅速减小。

单纯由分子运动引起的μ的量级很小。在讨论大尺度湍流状态下的海水运动时，其粘滞性可以忽略不计。但在描述海面、海底边界层的物理过程中以及研究很小尺度空间的动量转换时，分子粘滞应力却起着重要作用。分子粘滞系数只取决于海水的性质，而涡动粘滞系数则与海水的运动状态有关。

(2)海水的表面张力。在液体的自由表面上，由于分子之间的吸引力所形成的合力，使自由表面趋向最小，这就是表面张力。海水的表面张力随温度的增高而减小，随盐度的增大而增大。海水中杂质的增多也会使海水表面张力减小。表面张力对水面毛细波的形成起着重要作用。