34.海洋性气候和水的热容.PDF

物理学的历史负担 34 ．海洋性气候和水的热容 主题： 靠近沿海的国家冬暖夏凉。具有一般物理知识的人都会认为，这是水的比热 c 特别大 造成的。 缺点： 3 为什么我们要比较1kg 物质的热容，而不比较1mol 或1m 物质的热容？在我们所讨论 的这个例子中，无论是单位质量的热容C/m = c 还是单位体积的热容C/ V = cρ 都不是最合 适的量。而最合适的量是单位面积的热容C/A = cρh ，这里A 是水的表面积，h 是对热交换 有效的水的深度。h 表示能观察到水温随季节而变化的深度。 为了估计h 的值，我们来考虑在夏季半年(summer half-year)a/2 时间内(译者注：这里设 定了一个简化模型，即假定地球有半年时间吸收热，有半年时间放出热。夏季半年指的是 地球吸收热的半年，大概是四月到九月这段时间。a 是“年”的拉丁语annum 的首字母。) 水通过表面A 所吸收的热量Q 。这里，我们设定热传导率常数为λ，在所研究的水层中的 温度梯度常数为ΔT/h 。这样，Q ≈（1/2）aAλΔT/h 。另一方面，可以通过热容C=cρhA 和 所研究的水层与环境之间的温差（1/2）ΔT 来估算Q：Q = cρhA （1/2）ΔT。联立上述两式， 我们得到： λa h ≈ . cρ 最后，将C/A = cρh 代入上式，我们得到： C ≈λcρa . A 通过对下面表格中的数据比较我们发现，水在这方面的表现是差的。水对气候的影响 只有当我们把海洋中的水循环和年降水量考虑进去才能被理解。水在海洋中的循环深度远 大于计算值2m 。欧洲的年降水量的典型值为1000mm。在对气候的影响程度方面，这个年 降水量相当于足以使60m 水层温度升高 10K 的热循环。水影响气候的决定性因素是它的 流动性和挥发性，而不是它特别大的比热。由于水的密度和热传导率都很小，水较大的比 热在这里并不起重要的作用。 1 物理学的历史负担 ρ λ C/m C/V C/A h Mgm-3 Jm-1s-1K-1 kJkg-1K-1 MJm-3K-1 MJm-2K-1 m 水 1.0 0.6 4.2 4.2 9 2 花岗岩 2.8 3.6 0.8 2.3 16 7 玄武岩 2.9 2.1 0.9 2.5 13 5 河沙1 1.6 1.1 1.0 1.7 7 5 地表泥土2 2.0 2.3 1.3 2.5 14 5 注1：细沙，湿度0.07g/g 。注2 ：由细沙组成的泥土，湿度0.14g/g 。 历史： 我们容易把两个朝相同方向变化的事物之间的关系误认为是因果关系，更容易屈服于 专家们所提出的结论。我们容易相信某些错误结论，不敢于去反驳，使这些错误幸存下来。 建议： 仅仅消除上述错误结论是不够的。物理学中还有其他更多类似的不一致性，而这些不 一致性却通常被人们所接受。 Georg Job, University of Hamburg 2