第3章-海洋水文要素观测

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直接测量方法常用仪器:海水表面温度表、电测表 面温度计及其他的测温仪器 。
用水桶提取海水,再用精密温度计测定水温。
卫星上通常利用红外辐射温度计测定海洋水温 ; 在海洋浮标上一般装有自记测温仪器,记录所在位 置的温度 。
深层水温观测
主要采用的仪器:常规的颠倒温度计、深度温度 计、自容式温盐深自记仪器(如STD、CTD)、 电子温深仪(EBT)、投弃式温深仪(XBT)等。 实际测量中,温度是以国际温标为依据,国际符 号为T(热力学温度)或t (摄氏温度℃);一般 以摄氏温度表示。
3.4 海水透明度、水色观测
海水透明度: 在海洋学上,是指用直径为30cm的白色圆盘,将其垂直 沉入海水中,直至刚看不见的深度,单位为米。这一深 度称相对透明度。 国际作出的新定义为:光线在水中传播一定距离后,其 光能强度与原来光能强度之比。 且有:透明度T=e-cz ,c为衰减系数 ,z为光在海水中的传 播距离 。 观测仪器 :透明度仪、光度计等。
正规日潮:
3.5.1.3 风暴潮
风暴潮:指由于强烈的大气扰动,加强风和气压骤变所 招致的海面异常升高现象。 产生风暴潮的大气扰动通常包括热带风暴(如台风、飓风 等)、温带气旋、寒流或冷空气等。 风暴潮的一个共同特征:它们都以某种方式依赖于共振现象。
不同类型的大气扰动所引起的风暴潮的特点也不一样。由 于热带风暴移动迅速,所产生的风暴潮有急剧的水位变化;由 于热带气旋移动较慢,所引起的风暴潮的水位变化是持续的, 相对不很急剧;由寒潮或冷空气所激发的风暴潮水位变化持续 但不急剧。 中国沿岸常受到台风和寒潮大风的袭击,是一个受风暴潮 危害严重的国家。 中国风暴潮一般具有以下特点: (1)一年四季均有发生,夏季和秋季常见。 (2)发生的次数较多。 (3)风暴潮位的高度较大。 (4)风暴潮的规律比较复杂。
海洋温度的基本分布情况:
随着纬度增高,温度不规则地逐渐下降; 等温线大体呈带状分布,在寒暖流交汇处,等温线密 集,温度梯度最大。
温 度 (℃) 30
温 度 30 (℃)
20 10 0 -10 60 南纬 40 20 0 20 40
20 10 0 60 北纬 10
纬 度 (°)
3.1.2海水温度观测方法 表层水温观测方法
3.5.2潮汐观测
定义: 潮汐观测通常称为水位观测,又称验潮。
了解当地的潮汐性质,应用所获得的潮汐 观测资料,来计算该地区的潮汐调和常数、 目的: 平均海面、深度、基准面、潮汐预报以及 提供测量不同时刻的水位改正数等,供给 有关军事、交通、水产、盐业、测绘等部 门使用。
3.5.2.1 传统的潮汐观测方法
从 某 一 基 准 面 量 至 海 面 的 高 度
在海面升降的每一个周期中,海面 上涨到不能再升高时的潮汐 两个相邻的高 潮和低潮的水 位高度差
两个相邻高潮 或两个相邻低 潮之间的时间 间隔
某地潮汐变化曲线 海面下降到不能再下 降时的潮汐
涨潮 : 海面从低潮上升到高潮的过程中,海面逐渐上升的现象。 落潮 : 自高潮至低潮的过程中,海面逐渐下落的现象。
水色: 《海洋调查规范》中规定,透明度盘位于透明度值一半 的水层时,透明度盘上方所呈现的海水颜色称为水色。 水色观测方法: 观测完透明度后,将透明度盘提升到透明度值一半的水层, 根据透明度盘上方所呈现的海水颜色,在水色计中找出与 之相似的色级号码,即为该次观测的水色。 海发光: 夜间海面上出现的生物发光现象称海发光。 海发光类型可分为火花型、弥散型 、闪光型 。
基本工作原理:通过固定在水位计顶端的声学换能器向下 发射声信号,信号遇到声管的校准孔和水面分别产生回波, 同时记录发射接收的时间差,进而求得水面高度。
特点是使用方便,工作量小,滤波性能良好,适用测量。
4.压力式验潮仪 压力式验潮仪按照结构可以分为机械式水压验潮仪和电子 式水压验潮仪。
机械式水压验潮仪主要组成:水压钟、橡皮管、U 型水银管和自动记录装置组成。
3、声学测定盐度法
方法:根据声速与海水盐度、温度和压力的关系,利用声 速仪测得声速、并测出海水温度和深度来反算盐度。 常用的经验公式为:
c 1449.2 4.6t 0.055t 2 0.00029t 3 (1.34 0.010t )(S 35) 0.016D
综合多方面因素,电导率测定盐度法为主要测定方法 。
3.2 盐度及其测量
3.2.1盐度的定义
以化学方法为基础的盐度定义: 为在一千克海水中,所有碳酸盐转化为氧化物,溴、 碘一氯置换,而且有机物全部氧化后所含所有固体物质 的总克数。(单位是克/千克,符号S‰,又称绝对盐 度)。 根据海水组成恒定性原理 ,常用氯度来测定盐度。 盐度与氯度的经验关系式为:
在重新定义盐度的同时,提出了盐度与氯度新关系公式:
S ‰ 1.80655 CI‰
1978年实用盐度标度 : 测定方法: 选定一种浓度为精确值的氯化钾(KCl)溶液,用海 水水样相对于KCl溶液的电导比来确定盐度值。(规定KCl 溶液的浓度精确值为32.4356‰)
S ai K152
R15为一个标准大气压和15℃恒温水的条件下,海水样品 wk.baidu.com盐度为35‰的标准海水的电导率比值,称为相对电导率 或电导比。
如果样品的电导率Rt是在任意温度t℃下测定的,则需进 行温度订正,订正公式为:
15 (t ) R15 R 105 Rt (Rt 1)(t 15)[96.7 720Rt 37.3Rt2 (0.63 0.21Rt2 )(t 15)]
3.3.2海水密度的测定 1、海洋表层密度的测定
Knudsen(1902)发现在一大气压下,温度为0℃海水密 度σ0为盐度的函数。关系式:
0 0.093 0.8149S 0.000482S 2 0.0000068S 3
2、海洋表层以下密度的测定
方法:一般采用数值计算的方法求得不同深度的海水密度。
a 35.0000
i 0 i
5
实用盐度公式适用范围为2≤S≤42 。
3.2.2 盐度的测定方法 1、光学测定盐度法
原理:光的折射性。 1967年Rusby发表的折射率差值和盐度关系式:
S 35.000 5.3302 103 n 2.274 105 n2 3.9 106 n3 +10.59n(t-20)+2.5 102 n2 (t 20)
S ‰ 0.030 1.8050 CI‰
盐度‰
盐度‰
36
35
36 35 34 33
34
33 32
60
40
20
0
纬度°
20
40
60
32
1969年电导盐度定义和盐度测定方法:
电导盐度的定义:长1立方米海水的电导。 盐度计算公式为:
2 3 4 5 S ‰ 0.08996 28.2972R15 12.80832R15 10.67869R15 5.98624R15 1.32311R15
B A
分点潮 N B A
以上现象产生的原因:月球赤纬的变化。
回归潮
2、潮汐类型
一个太阴日(约24小时50分)内,有两 正规半日潮 : 次高潮和两次低潮,相邻的高低潮之间的 潮差几乎相等,此类潮汐称为正规半日潮。 一个太阴日内,也有两次高潮和两次低潮, 不正规半日潮: 但相邻的高低潮之间的潮差不等,涨落潮 时间也不等,且是变化的。 不正规日潮: 一个朔望月内出现的一日一次高潮和一次 低潮的日潮类型。 一个朔望月内大多数天是日潮的性质,少 数天发生不正规半日潮。
平潮: 当海面达到高潮时,在一段时间内海面暂时停止上升的现象。 停潮: 当海面达到低潮时候,在一段时间内海面暂时停止下降的现象。
3.5.1.2 潮汐日不等现象与潮汐类型
1、日不等现象 日不等现象: 通过长时间的水位观测,可以从其记录曲线上看出,每 日的潮差是不等的,这种现象成为潮汐日不等现象。 产生原因: 太阳、月球、地球之间的相对位置的不同 。 大(小)潮 : 潮差最大(小)这一天的潮汐 。 大潮差: 大潮时的潮差 。
式中S为盐度,t为温度(℃),△n = n t -n 35 :光的波长 =5462.27米。 目前使用的仪器有:通用的阿贝折射仪、多棱镜差式 折射仪、现场折射仪等。
2、比重测定盐度法
方法 :根据国际海水状态方程 ,当测得海水的密度、温 度和深度时,就可以反算出海水盐度。 主要工具:比重计。 该方法一般只适用于室内,在精度要求不高的场合可直 接用该法测定,如制盐场和渔业系统。
发生在海洋中的许多自然现象和过程往往与 海水的物理性质密切相关。人类要认识和开发海洋, 首先必须对海洋进行全面深入地观测和调查,掌握 其物理性质。在海洋调查中,观测海洋水文气象方 面的环境参数更有其重要的意义。
3.1 海水温度及其测量
3.1.1 海洋水温及其分布
温度是海洋的基本物理要素之一,很多海洋 现象乃至地球现象都与海水温度有关。 在海洋声学测量中,温度是计算声速的首要因素。
3.5 潮汐及潮汐观测
3.5.1 潮汐 3.5.1.1潮汐现象
海洋潮汐 :海水受到月球和太阳的吸引力作用,产生一种 规律性的升降运动,这种海面升降现象叫做海洋潮汐。 潮:海水白天的涨落现象。 潮汐 汐:海水夜间的涨落现象。 产生潮汐现象的主要原因:地球上各点距离月球和太阳的 相对位置不同 。
月球经过某地的子 午线圈时刻。
1.水尺验潮 水尺上面标有一定的度量刻度,一般最 小刻度为cm,长度大约3 ~ 5 m,一般 将其固定在码头壁、岩壁或海滩上,利 用人工在任意时刻读取水位数据的。
水尺
验潮井
2. 井式自记验潮仪
主要结构 :验潮井、浮筒、记录装置
工作原理:通过在水面上随井内水面起伏的浮筒带动上面的 记录滚筒转动,使得记录针在装有记录纸的记录滚筒上画线, 来记录水面的变化情况,达到自动记录潮位的目的。 3.超声波潮汐计 主要组成部分:探头、声管、计算机
现代海洋测绘
赵建虎
第三章
海洋水文要素观测 Observations for Ocean Hydrological Factors
赵建虎





内 容

海水温度 海水盐度 海水密度 海水透明度、水色 潮汐及潮汐观测 海洋波动类型及其影响 海流的类别及其特点 ADCP及流速、流向测量 思考题
i
5
i 0
K15是在一个标准大气压下,15°C时水样的电导率C(S, 15,0)与同温同压下标准KCl溶液电导率C(32.4356,15, 0)之比值,即
K15
C ( S ,15,0) C (32.4356 ,15,0)
a0 0.0080 a1 0.1692 a2 25.3851 a3 14.0941 a4 7.0261 a5 2.7081
海水状态方程:
P ( S , t , p) ( S , t , 0)(1 10 ) 1 K ( S , t , p)
则实用海洋表层以下密度为:
(S , t,0) 0 AS BS 3/ 2 CS 2
公式适应范围:盐度0~42,温度2 ~ 40℃,压强0 ~ 100 Mpa。密度单位kg/m3 ,温度t单位为℃,压强P单位Mpa。
3.3海水密度及其测量
海水的密度定义: 单位体积海水的质量,单位是千克/米3符号ρ。
3.3.1海水密度的特点及其分布
一切影响温度和盐度的因子都会影响到海水的密度。 海水的密度随地理位置、海洋深度都有复杂的分布, 并随时间而变化。
赤道地区海水密度低,向两极则逐渐增大。表层 海水密度的水平分布受海流的影响较大,有海流的地 方,密度的水平差异比较大。 在海面,密度的分布和变化仅取决于温度和盐度。 在盐度变化较小的海区,海水的密度主要决定于温度状 况。在温度变化较小的海区,则主要决定于盐度的状况。
高(低)高潮 :较高(低)的一次高潮 。
低(高)低潮 :较低(高)的一次低潮。 日潮不等:一日内两次高潮或低潮潮高不等现象 。 分点潮 :当月球在赤道附近,则两高 潮(低潮)的潮高约相等,此时的潮 汐称为分点潮。 回归潮 :当月球在最北或最南附近时, 所产生的日潮不等为最大,此时潮汐叫 回归潮。 N
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