第3章 海洋水文要素观测

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 。
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 。
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
从 某 一 基 准 面 量 至 海 面 的 高 度
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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。
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。
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)]
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。
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。
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
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
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。
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
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：
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
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。
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
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
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)
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。
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 。
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。
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。
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
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。