海洋学导论-第一章

海洋科学
海洋知识的积累与早期的观测、研究（18世纪以前） 海洋科学的奠基与形成(19～20世纪中叶)
海洋科学的发展史
1.2.3
1.2.4 §1.3
现代海洋科学时期(20世纪中叶至今)
海洋科学的未来 中国海洋科学 历史的贡献
1.3.1
1.3.2
艰难的历程
1.3.3 美好的前景
§1.1地球科学
1.1.1 地球科学体系
学相联系。
《海洋科学导论》一书，比较系统地介绍了海洋科学主要分支学 科的基础内容。有别于以往同类教材的是，它注意从地球科学体系 看海洋科学，也注意海洋科学本身的体系和各分支学科间的交叉与 渗透。新增加的“海洋与大气”、“卫星海洋遥感”等章反映了各 分支学科的新研究成果。“中国近海的区域海洋学”及环境保护与 污染治理等内容，有助于可持续发展概念的建立。
海洋科学——指海洋的自然现象、变化规律及其与大气圈、岩石圈、 生物圈的相互作用以及开发、利用、保护海洋有关的知识体系。
包 括
水文科学——关于地球上水的起源、存在、分布、循环（即水文）
诸规律与人类活动关系。 如：水温、水深、盐度
相关学科——环境科学与测绘学 （见P4）
※每一分支学科，又各有下一层次的分支学科体系（基础理论和工程应用
挑戰號於1873年所測由Bermuda 至Sandy Hook(美國紐澤西 )測線上之水溫垂直斷面分佈情形。 摘自Apel, J. R. (1987) "Principles of Ocean Physics"。
二次大戰前，海洋学研究方面以德國居于领导地位，尤以物理
海洋学更是遥遥領先其他各国。海洋生物学方面則以挪威、英國成
水流运动，而得以自由进出地中海。
鄭和像，右圖為「鄭和航海圖」所附的「牽星過洋圖」， 藉星辰高低換算成緯度，與今日所測基本相同。
鄭和第七次下西洋航路圖。
§1.4
1.4.1航运方面
海洋科学应用
改进港埠设计、改良天气预报、建立警报系统、水下航行等。
1.4.2 渔业方面﹕ 养殖、人工魚礁、资源管理、海洋牧场等。
时空尺度和不同层次的物质存在和运动形态。这一属性决定了海洋
科学的多学科综合与交叉。例如，与其最相近又相似的大气科学相 比，海洋科学就多出海洋生物的一大分支。海洋科学的上述特征在
早期的海洋研究中已显示出来，现今海洋科学中的多学科综合与交
叉变得更为重要。事实上，现代海洋科学已经发展成为一个复杂的 科学体系。它甚至在人-地系统中通过人与海洋相互作用而与社会科
各国际海洋科学组织成立，国际海洋考察多个计划实施，研究船成倍增加，
功能日趋完善，发表系列著作。 1.2.4 海洋科学的未来
人口、资源、环境各危机的出路是海洋，海洋科学专业人才大有可为。
近代海洋技术的主要进展和成就：
近代海洋调查船实现了定位、操船、调查、处理等工作的自动化。 遥感卫星可测海上风场、波谱、全天候极地冰盖，海岸带和陆地高分辨率的图 像（1997，欧洲空间局） 深潜器作业水深6500m，乘员3人，连续作业超过6h（1989，日本） 我国在2011年深潜器作业水深5000m 深水钻探作业7034m，船位误差<12m（1978，国际“深海钻探计划”） 海底矿产的液压提升开采作业水深5000m，日产矿10000t（1989，日本） 从螺旋藻中提取抑制癌症的药物。 潮汐发电站24座，小型波浪发电装置700多个，小型海水温差发电试验成功。 北海道—本州间长53.85km，海底之下100m深，经21年建成的隧道，使两地交
全球海洋的容积约为13.7亿立方公里，相当于地球总水量的97%以上。假设地球的地壳 是一个平坦光滑的球面，那么地球便成为一个表面被2600多米深的海水所覆盖的“水球”。 世界海洋每年约有50.5万立方公里的海水在太阳辐射作用下被蒸发，向大气供应87.5%的水 汽。每年从陆地上被蒸发的淡水仅有7.2万立方公里,约占大气中水汽总量的12.5%。从海洋或 陆地蒸发的水汽上升凝结后，又作为雨或雪降落在海洋和陆地上。陆地上每年约有4.7万立方 公里的水在重力的作用下，或沿地面注入河流，或渗入土壤形成地下水，最终注入海洋，从 而构成了地球上周而复始的水文循环。
第一章 绪 论
2.0学时
（基本要求：了解地球科学体系，掌握海洋科学研究的对象、内容、方法及分 支学科组成，了解其发展史中的重要事件和发展趋势） 由于海洋科学是地球科学的分支学科之一，所以必须以地球科学为背景，才能 展开对海洋科学的介绍。
§1.1 地球科学 地球科学体系
1.1.1
1.1.2
§1.2 1.2.1 1.2.2
滩涂养殖
海水养殖场
海水养殖场
海洋生物大约26万种，其中海洋动物16万，
海洋植物约10万。发展近海15m以内滩涂21亿
亩可供养殖2000万亩，89年以来634万亩对虾 养殖产量居世界首位。
1.4.3 工程方面﹕ 船舶設計、海洋工程、环境评估、海底矿产等。
锰结核：年再生1000万吨可 提炼锰、铁、铜、镭。 石油：半数以上在海底，估 计海洋石油储量为（1100-2500 亿吨），我国大约100亿吨。 油气勘探
（1964年）学术研究活动.
古希腊时代所认知的世界，公元 前450年Herodotus所绘之地图。 摘自Stowe, K. (1995) "Exploring Ocean Science", 2th ed.。
六分儀，早年天文航海測天、測角時所使用的工具
麦哲伦的航线。摘自Thurman, H. V. (1993)"Essentials of Oceanography", 4th ed.
海洋科学专业课件
授课人；
邵秘华
2010年3月1日
序
言
一九九八年是国际海洋年，恰逢厄尔尼诺爆发时期，全球 气候异常，中国两江洪水肆虐，海洋成了人们关注的焦点。
海洋是生命的摇篮，她孕育了人类的文明。现今人类的70%
以上，过半数的超百万人口的大城市，都离海岸不足100km，这 反映了人类与海洋关系的密切。对于困扰全世界的人口、资源
海、葡萄牙海、地
中海與西部大西洋 挑戰號官方報告中所繪 之HMS挑戰號插圖。 摘自Scientific American (1977) "Ocean Science"。 等海域 .
1873-1876年乘挑戰
號（Challenger）探測 全世界三大洋與南大洋，
探測項目包括海水溫度、
鹽度、比重、化学成份、 海洋生物、海底沈澱等。
地理学——指地球表面自然、人文现象及其它们之间相互关系和区 域分异。 △ 如：经纬度，热、副热带 地质学——指地球的物质组成、内部构造、外部特征、各层圈之间 的相互作用和演变历史的知识体系 。（岩石圈的组成、结构、特征等。）
包 括
△
如：花岗岩、玄武岩
固体地球物理学——用物理学的观点和方法研究固体地球的运动、 物理状态、物质组成、作用力和各种物理过程的综合性学科。 （相对于大气和海洋） 大气科学——指大气各现象、规律与人类活动的关系。 如：对流层、台风
1.2.1 海洋知识的累积与早期的观测、研究（公元前～1775年），以地理学上 的海洋探险为主 1.2.2 海洋科学的奠基与形成（1831～1949年） 奠基于海洋调查丰富资料。英国“挑战者”号环球考察(1872～1876年)。 形成标志是陆续出版海洋科学方面经典著作，如《海洋》。先后成立多个海 洋研究所。 1.2.3 现代海洋科学时期
和环境等难题的解决，人们都寄希望于海洋的开发和利用。
海洋的开发利用，依赖于科学技术的进步，因为对海洋特征和 规律的研究，是开发和利用的基础。但是，人类虽早已登上远 离地球384 400km的月球，却至今仍然没能下潜至只有10km之多 的地球海洋的最深处进行直接探测。海洋的探索和研究更具有 挑战性。
海洋是一个开放的、具有多样性的复杂系统，其中有各种不同
海洋科学导论
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章 绪论 地球系统与海底科学 海水的物理特性和世界大洋的层化结构 海水的化学组成和特性 海洋环流 海洋中的波动现象 潮汐 大气与海洋 海洋生物 海洋中的声、光传播及其应用 卫星海洋遥感 中国近海的区域海洋学
就較高。二次大戰時，德國便將物理海洋学的知識應用於戰場，使 英國莫測高深。例如英軍在直布罗陀海峽設有监听哨以防止德國潛 艇進入地中海，但是英國艦艇在地中海內仍时遭德軍潛艇攻擊，使 英軍甚为困惑，后来才知道原因。由於直布罗陀海峽上、下层流向 不同，上层系由大西洋流入地中海，下层則由地中海流往大西洋， 流速2-4节。德國與義大利潛艇即利用此洋流，在接近海峽时停车隨
化学海洋学（海洋化学）：海洋各部分化学组成、物质的分布、结构、 1. 基 础 科 学 性质、输送通量和化学过程。（第四章） 生物海洋学（海洋生物学）：海洋中生物的生活习性及其与海洋环境关 系 （第九章）
海洋地质学（地质海洋学）：地球被海水覆盖部分（即海底）的特征及 其演变 （第二章）
区域海洋学：特定海域的海洋现象、性质及其规律。 （第十二章）
地磁场分佈(A)以及磁傾角 随纬度变化情形示意图(B)。 摘自Thurman, H. V. (1993) "Essentials of Oceanography", 4th ed.。
英國首先組織
了大規模的海洋科 学探測隊，由愛丁 堡大学教授湯姆遜 （Charles Wyille Thomson）率領出 海，如1868年電 號（Lighting）， 1869-1870年豪豬 號（Porcupine）， 探測愛爾蘭西方深
其後，經二十年之整理
與研究，發表50巨冊探 測報告書。這是有史以
來初次最詳盡的海洋調
查，
挑戰號甲板上之Dredging 以及Sounding的裝備。 摘自Scientific American (1977) "Ocean Science"。