第三章 海温观测

问题：为什么要求准确度？ 答：温度对密度影响显著，而密度的微小变化都 可导致海水大规模运动 海洋学上，大洋温度的测量，特别是深层水温的 观测，要求达到很高的准确度
下层水温的准确度必须在0.05˚C以下 有时要求达到0.01˚C，如研究温度变化很小的深层 大洋
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对于大陆架和近岸浅水域，温度变化相对较大， 用于测定表层水温的温度计的准确度不一定很高 实际工作中，根据所测项目的要求，制定测温的 准确度范围
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(4)颠倒温度计在各预定水层感温7分钟，测量钢丝倾角， 投下使锤，记下钢丝绳倾角和打锤时间。待各采水器全部 颠倒后，依次提取采水器，并将其放回采水器架原来的位 置上，立即读取各层温度计的主、辅温值，记入颠倒温度 计测温记录表内 (5)如需取水样，待取完水样后，第二次读取温度计的主、 辅温值，并记入观测记录表的第二次读数栏内，第二次应 换人复核。若同一支温度计的主温读数相差超过0.02˚C， 应重新复核 (6)若某预定水层的采水器未颠倒或某层水温读数可疑， 应立即补测；若两支温度计之间的水温差值多次超过 0.06˚C，应考虑更换可疑温度计 (7)颠倒温度计不宜长时间倒置，每次观测结束后必须正 置采水器
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3.5 颠倒温度计测温
颠倒温度计功能：测温、测压 一、颠倒采水器及颠倒温度计的结构和原理 1. 颠倒采水器的结构和原理 结构：具有活门的采水桶 上下活门装有平行杠杆，通过连接 杆连接，通过仪器下端的固定夹杆 和上端的释放器及穿索切口固定
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颠倒采水器工作原理 •投下使锤，击中释放器 的撞击开关 •仪器上端离开钢丝绳， 连接杆使上下活门关闭 •使锤继续下落，击中固 定夹上的小杠杆，在钢丝 钩上的第二个击锤下 落……
机械式温度计
代表：深度温度计 现已淘汰 •用于自动记录各深度层的水温数值 •能连续反映温度垂直变化，判别温跃层深度、强度
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二、电子温度计 液体和机械式温度计缺点：感温较慢、灵敏度不 高、不能长期连续自记 广泛采用电学式或电子式温度计 热电式温度计
•可在定点或走航时使用 •测温深度100m以内 •测温准确度较低，约为±0.5˚C
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2. 钢丝绳倾角接近0˚时，各采水器之间的距离计算 方法 (1)在船舷外把最下面一个(底层)采水器挂在离重锤 1 m的钢丝绳上，将计数器清零或记下起点读数 (2)按下式和计算表来悬挂各层采水器：
l ha
l：计数器读数 h：所挂采水器与底层间的距离 a：计数器校正数，根据h及计数器校正系数A查表 可得
因太阳照射不均匀，全球海洋温度分布也不均匀
赤道海区太阳直射时间长，海水温度较高 中纬度海区日射偏斜，海水温度相对赤道地区低 极地海区太阳照射更少，海面终年冰封或水温极低
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T: 实测温度 θ: 位势温度
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3.1 温度观测的基本要求
一、温度观测的准确度要求
海洋温度的单位均采用摄氏温标(˚C)
•除根据海区具体情况外，须从客观需要出发，尽量达 到一种资料多种用途的效果 •应考虑到现有的技术水平
世界海洋学家共识：
•对于大洋，因其温度分布均匀，变化缓慢，观测准确度 要求较高，准确度应达到±0.02˚C •对用遥感手段观测海温或其他仪器观测上层海水跃层情 况时，可适当放宽要求 •在浅海，海温变化剧烈，准确度为±0.1˚C 6
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5. 在使用或保存颠倒温度计时应注意的问题
(1)颠倒温度计必须经常垂直地保持正置状态，否则断裂 的水银柱与整个水银体长期相隔会在断裂处形成氧化膜， 从而发生不正常断裂 (2)颠倒温度计要保持在温度高于0˚C的室内，但室内的最 高温度不要超过温度计刻度的最大值 (3)颠倒温度计必须保存在特制的箱内，使得在搬运时能 保持正置状态，并避免受剧烈震动
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2. 颠倒温度计的结构和原理 闭端(防压)：测量水温 开端(受压)：与闭端配合确定仪器的沉放深度 闭端颠倒温度计结构：
•主要温度计和辅助温度计装在厚 壁玻璃套内，主温用于测温，辅 温用于测量玻璃套内的温度以进 行还原订正 •主温与辅温相互倒置 •主温由储蓄泡和与其相连的毛细 管构成，在储蓄泡与外套管间的 空隙里，为消除空气的绝热作用 而装有水银，并用软木塞堵住
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方法步骤 用水桶取水观测时 •应将取上的海水放于阴影处，把表面温度计放入 桶内搅动，感温1～2分钟后将海水倒掉，再重新 取上一桶海水并把表面温度计放入桶内(注意：把 温度计放入桶内前，应将温度计桶内的海水倒尽) •感温3分钟即可读数，此时温度计不可离开水面 •第一次读数后过1分钟再读数一次，当气温高于水 温时取偏低的一次，反之取偏高的一次 •水桶材质应为木质、塑料等不宜传热的材料 读取的温度须经器差订正后才为实测的表层水温值
二、温度观测的时次与标准层次 1. 观测层次 表层温度观测
•表层：海表面以下1m以内水层
表层以下温度观测 •底层的定义：
•水深<50m时，底层为离底2m的水层 •水深在50~100m时，底层为离底5m的水层 •水深在100~200m时，底层为离底10m的水层 •水深>200m时，在保证仪器不触底的原则下尽量靠 近海底，通常离底距离不小于25m
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方法步骤 把温度计直接浸入海中进行测温时 •用绳拴住金属管上端的圆环，在离开船舷0.5 m以 外的地方放入水中，然后提上，把桶内的水倒掉， 重新放入水中，并浸泡在0～1 m深度处感温5分钟 后取上读数 •为避免外界气温、风及阳光的影响，读数应在背 光、背风处进行，并力求迅速，从温度计离开水 面到读数完毕不超过20秒，读数精确到0.1˚C •读数完毕后，将圆桶内的海水全部倒掉，并把表 面温度计放在阴暗的地方
玻璃液体温度计的感应部分是一充满液体的球部，与 它相连的是一根一端封闭、粗细均匀的毛细管 设温度为0˚C时球部与管部的液体体积为V0，当温度 改变到t˚C时，液体体积为Vt，变化量为ΔV
V Vt V0 V0 (1 t ) V0 V0t
α为测温液的视膨胀系数，即测温液体与玻璃膨胀系数差
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二、颠倒温度计观测与使用方法 颠倒采水器和颠倒温度计是采水样和观测水温的 重要仪器，可同时取到不同水层的温度和水样 1. 为保证观测准确和仪器安全，在观测前需要做 的工作 (1)挑选V0和器差相近的良知颠倒温度计，装在同 一采水器的套筒中，水深超过100 m时，应更换温 度计套筒，增加一只开端温度计 •挑选温度计的基本要求：颠倒时，水银断裂灵 活，断点位置固定；复正时，接受泡的水银全 部回流，主辅温度计固定牢靠
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(8)若因某种原因，不能一次完成全部标准层的水温观测 时，可分两次进行，但两次的间隔应尽量短 (9)如果需测表层水温，除颠倒温度计外，还可用表面温 度计或电测表面温度计观测
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4. 颠倒温度计测温记录的整理
(1)首先要对温度计读数做器差订正 (2)经器差订正后还要做还原订正 1)闭端颠倒温度计还原订正值K的公式为：
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闭端颠倒温度计结构： •离储蓄泡不远的毛细管上有一狭窄处，并从此处 向储蓄泡方向伸出一盲枝 •当温度计被颠倒后时，水银必须永远断裂在盲枝 的分枝处－决定温度计示数准确性的主要原因 •读数工作在温度计颠倒后进行，刻度从毛细管顶 端开始 开端颠倒温度计结构： •与闭端颠倒温度计基本相同，不同之处仅在于外 套管下端是开口的 •此温度计受压，温度计水银柱长度受温度和水压 变化影响－计算仪器的实际沉放深度
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温度变化Δt引起测温液体积的变化量为ΔV，并进入截 面积为S的毛细管，使得毛细管内液柱的长度改变了 ΔL：
V V0 L t S S
V0，α，S对温度计来说都已固定，故液柱长度的改变 量ΔL与温度的变化成正比：温度升高，毛细管中的液 柱就伸长；反之，温度降低，液柱缩短
L V0 t S
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三、远距离海表温度辐射探测 红外线观测海表温度 热红外辐射计接收从海面发射的热辐射，从而推 算海表面温度 遥感温度优点： 观测面积大，时间短，可以研究各种尺度的海洋 现象 遥感温度缺点： 只能观测海洋表面的温度，不能得到海洋垂直温 度分布
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3.3 玻璃液体温度计
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表面温度计和颠倒温度计都属于玻璃液体温度计 利用装在玻璃容器中的测温液体，随温度改变而 引起体积的变化，以液柱位置的变化来测定温度 一、玻璃液体温度计的测温原理
ΔL/Δt表示温度每变化1˚C 时，液体的改变量，即单位 刻度的长度，也即温度计的灵敏度 温度计球部的容积越大，温度计越灵敏
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二、玻璃液体温度计的误差 1. 常定误差 由于制作温度计技术条件的限制和材料的某些物 理特性变化而引起的，可通过与标准温度计作比 较检定而得出器差 因制作不良而引起的误差 •刻度标准和零点位置不正确 •毛细管内径不一致 非线性误差 因液体分化引起的误差 由于玻璃收缩引起的误差
电阻式温度计
•可在定点或走航时使用 •测温深度可达500m •测温准确度较高，约为±0.1˚C •国内外广泛采用的测温仪器
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电子式温度计
•可在定点或走航时使用 •测温准确度较高，定点时可达±0.02˚C，航速为16节时可 达±0.1˚C •国内外广泛采用的测温仪器
晶体振荡式温度计
•测温准确度很高，可达±0.001˚C •感温时间较长，不适合走航使用 •专供定点观测及校正仪器用
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2. 非常定误差 由于外界因素和人为因素的影响而引起的仪器误 差，不能完全通过器差订正消除 水温与气温不一致造成的误差 •在水中测温，在空气中读数 视线误差
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3.4 表面温度计测温
表面温度计用于测量表层温度，范围-6˚C~+40 ˚C， 分度值0.2˚C，准确度0.1˚C 一、仪器结构 由一支普通的水银温度计安装在一个金属外壳内 构成的，外壳下端是一个直径约5 cm、高约6 cm 的金属桶，桶外壳上有数个小孔，供海水进出 二、观测与使用 可在台站或船上使用 即可把温度计直接放入水中(风浪较小) 百度文库可用水桶取水进行(风浪较大)
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(2)将颠倒温度计牢固地固定在采水器的套筒内 •安装时，主温度计的储蓄泡应在下端，温度计 的刻度恰好对着套筒的宽缝，能清晰看到温度 计全部刻度 (3)按采水器编号顺序，自左向右将采水器安置在 采水器架上 (4)检查采水器的活门密封性是否良好，活门弹簧 松紧是否适宜，水龙头是否漏水，气门是否漏气， 固定夹和释放器有无故障 (5)检查钢丝绳、绞车
(T t )(T V0 ) T V0 K 1 n n
T：经器差订正后的主温表读数 t：经器差订正后的辅温表读数 V0：闭端颠倒温度计的主温表自接受泡至刻度0处的水银 容积，以温度数表示 1/n：水银与温度计玻璃的相对视膨胀系数 K：主温表测得的水温受到气温的影响 T0 T K
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3. 观测水温和采取水样的方法与步骤
(1)将装温度计的采水器从表层至深层集中安放在采水器 架上，根据测站水深确定观测层次，并将各层的采水器编 号、颠倒温度计的器号和值计入颠倒温度计测温记录中 (2)观测时，将绳端系有重锤的钢丝绳移至舷外，将底层 采水器挂在重锤以上1 m的钢丝绳上，然后根据各观测水 层之间的间距下放钢丝，并将采水器依次挂在钢丝绳上。 若存在温跃层时，在跃层内适当增加测层 (3)当水深在100 m以浅时，在悬挂表层采水器之前，应先 测量钢丝绳倾角；倾角大于10度时，应求得倾角订正值。 若订正值大于5 m，应每隔5 m加挂一个采水器。当底层 采水器离预定的底层在5 m以内时，再挂表层采水器，最 后将其下放到表层水中
第三章 海温观测
主要内容
温度观测的基本要求 各式测温计简述 玻璃液体温度计 表面温度计测温 颠倒温度计测温 温深系统测温 遥感测温
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概述
海水温度是海洋物理性质中最基本的要素之一
•海洋水团划分 •海水不同层次的锋面结构 •海流的性质判别 海水密度大小与温度高低相关 海温分布不均匀导致海水发生水平与垂直方向的运动
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2. 观测时次 沿岸台站只观测表面水温，观测时间一般为2、8、 14、20时 海上观测 •大面或断面站，船到站就观测一次 •连续站每两小时观测一次
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3.2 各式测温计简述
一、液体和机械式温度计 液体温度计
代表：表面温度计、颠倒温度计 •颠倒温度计：自发明(1876年)至今已有100多年 •优点：准确度高、使用方便、性能比较稳定，仍是深 层水温观测的基本标准仪器 •只能在停船时使用，且只能测定单层温度