海冰处于平衡状态的简单模型
有许多情况下一个想知道的厚度达到一层冰漂浮在海洋一旦进入热平衡状态。这个问题是相关的状态在极地海冰覆盖形成今天在地球上和其他冰冷的气候。raybet雷竞技最新也是厚冰相关制度盛行全球冻结成冰雪球地球。另一个应用程序的决心等冰冷的卫星木卫二的冰层厚度,由地壳的水冰漂浮在海洋深盐水。在本节中,我们将提出一些基本模型揭示了冰层厚度的决心。而这里的物理学提出将同样适用于任何液体的冰点的固体形式的密度低于液体形式,在实践中,条件是冰漂浮在很大程度上限制了适用于水。一个重要例外是地壳的厚度测定的岩石行星,这可以视为一种“rock-ice”支持更多的液体内部。
为了继续我们需要知道一点关于热通量的通过一个固定的固体。热量是通过这样一个物质通过碰撞的分子,它传播信息的变化温度在身体的一部分身体的其余部分。实验和理论表明,在大多数情况下,热通量与温度梯度成正比,与通量梯度方向相反。换句话说,热量流动在这样一种方式来消除温度梯度,使身体等温。比例常数称为热导率,和我们将称之为kt。导热系数是由分子性质的固体比热和密度。低密度物质一般导热系数较低,因为有更少的质量可用传输热量。各种物质的导热系数将在第7章更详细地讨论。现在,它将足以知道水冰kt«2.24 w / m•K,和新蓬松的雪kt«.08W / m•K。
如果没有内部热量的源或汇冰层,然后必须恒定热流一旦系统达到平衡状态。通量的价值设定的热流传递给底部的冰。在某些情况下,例如全球热流通过静止海洋冻结成冰的雪球地球,通量就地热热流逃离地球的内部。在其他情况下,例如在海冰的情况下或架子上冰对接一个开放的海洋,通量由动态的将是更大的价值海洋热传输——热的交付的形式相对温水洋流。不管来源,我们将称之为Fi通量。在本节中,我们将表示冰当T内的温度曲线(z)和T(0)被冰或雪表面的温度(也称为Tg)和T (- h)温度底部的冰,h的冰层厚度。然后,常数通量要求收益率以下温度曲线的微分方程:
注意,这个方程仍然有效,即使导热系数随深度。例如,雪已经小得多的电导率比冰,由于它的低密度和空气孔隙空间的固定。因此,如果一层冰覆盖着雪,积雪层内的温度梯度会比内部的温度梯度更陡峭的冰。假设冰层没有冻到岩石,这冰漂浮在一层相同的液体(通常是水),冻结的冰。冰是在与液体接触,冰的温度必须等于液体的冰点,我们将称之为特遣部队。因此,底部边界条件对温度T (- h) =特遣部队。注意,海水卤水或任何其他的冰点低于冰点的纯水。
冰表面能量平衡的另一个条件强加于温度剖面。这表面能量平衡是相同的能量预算的Eq。6.33,除了必须加入通过冰热通量的贡献。因此,在z = 0,我们需要
内部流量通常是小,使得表面平衡的贡献可以忽略不计。在大多数情况下,我们可以把术语和计算冰表面温度就好像它是不存在的。这个方程确定Tg(现在是冰表面温度,称为T(0)),和外:我的包容只会使冰表面温度有轻微的温暖比本应该没有通过冰热扩散。
升华带走质量以及热量,一般这个质量损失在制定时必须考虑的条件平衡厚度。首先假设,没有净质量损失或获得在表面。这可能是因为温度太低,升华是微不足道的,或者它可能是因为所有的升华质量在本地表面沉淀。在这种情况下,由于没有质量损失在表面,没有冻结在冰的基础一旦达到平衡,因此没有潜热释放,唯一的热通量,需要通过冰Fj逃脱。Eq。6.39除以kT和集成冰层,我们发现
继续阅读:分布的入射太阳辐射
这篇文章有用吗?