第3章 海洋水文要素观测

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。
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


本

章
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
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
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 。
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)
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。
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。
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。
3．3．2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。
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
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。
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
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
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。
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 (32.435615,0) ,
a0 0.0080 a1 0.1692 a2 25.3851 a3 14.0941 a4 7.0261 a5 2.7081
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：
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 。
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。
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 。
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
R15为一个标准大气压和15℃恒温水的条件下，海水样品 与盐度为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)]
海水状态方程：
P ( S , t , p) ( S , t , 0)(1 10 ) 1 K ( S , t , p)