海洋水文要素觀測課件

1、本節(jié)提綱 水文要素觀測的意義概念：意義： 分類：水文要素觀測的分類海溫特征: 溫度是海洋的基本物理要素之一，很多海洋現(xiàn)象乃至地球現(xiàn)象都與海水溫度有關(guān)。海洋測量中，采用的很多設(shè)備是聲學(xué)設(shè)備，而海水中聲波的傳播速度取決于溫度、鹽度和深度。 海水表層的水溫取決于太陽輻射，因而，低緯度海區(qū)水溫高，高緯度海區(qū)水溫低，高低相差30。 水溫一般隨深度的增加而降低，在水深1000m處，水溫為45；水深2000m處，水溫為23；水深3000m處，水溫為12。占大洋總面積70%的海水，溫度在06之間；全球海洋的平均溫度在3.8。 水溫隨深度的分布除了有較淺的季節(jié)性溫躍層外，一般都存在主溫躍層。若以10等溫面作為主

2、溫躍層特征值，經(jīng)觀測得知，它在赤道附近較淺，而在亞熱帶較深，在中緯度又較淺，到亞極地上升達(dá)海面。主溫躍層以上為水溫較高的暖水區(qū)，其下為水溫低、垂直梯度很小的冷水區(qū)。海水溫度觀測沿132E溫度剖面圖 。海水溫度觀測22 N24 N26 N28 N30 N32 N34 N36 N38 N40 N120 E125 E130 E-4-12581114172023262932溫度觀測儀器: 測定海洋表層水溫一般利用海水表面溫度計(jì)及其他的測溫儀器，其構(gòu)造與普通水銀溫度計(jì)基本相同，不過裝在特制的圓筒內(nèi)，使得溫度計(jì)提出水面時(shí)仍浸在水中，避免與外界空氣接觸而發(fā)生變化。另一種方法，即用水桶提取海水，再用精密溫度計(jì)

3、測定水溫。另外，在衛(wèi)星或者船舶上通常利用紅外輻射溫度計(jì)測量海水表面水溫，在海洋浮標(biāo)上一般裝有自記測溫儀器，從這些儀器上直接測得海水表層水溫。 海水溫度觀測海水溫度觀測溫度觀測儀器: 深層水溫的測定，主要采用常規(guī)的深度溫度計(jì)、自容式溫鹽深自記儀器(如STD、CTD)、電子溫深儀(EBT)、投棄式溫深儀(XBT)等。可以直接從這些儀器上測得鉛直斷面上各個水層的海水溫度。實(shí)際測量中，溫度是以國際溫標(biāo)為依據(jù)，國際符號為T(熱力學(xué)溫度)或t(攝氏溫度)；一般以攝氏溫度表示。 海水溫度觀測海水溫度圖鹽度定義: 1902年將海水的鹽度首次定義為:在一千克海水中，所有碳酸鹽轉(zhuǎn)化為氧化物，而且有機(jī)物全部氧化后所

4、含有固體物質(zhì)的克數(shù)，單位是克/千克，符號為S，也就是說鹽度是以千分比來表示的，又稱絕對鹽度。絕對鹽度的局限性和所依據(jù)的海水組成恒定性理論并不十分可靠，所以氯度滴定測定海水鹽度的方法不準(zhǔn)確，現(xiàn)場測量也不方便，不能滿足現(xiàn)代海洋調(diào)查和測量的要求。 實(shí)用鹽度標(biāo)度“PSS78” 選定一種濃度為精確值的氯化鉀(KCl)溶液，用海水水樣相對于KCl溶液的電導(dǎo)比來確定鹽度值。為保持鹽度歷史資料與實(shí)用鹽度標(biāo)度的連貫性，規(guī)定KCl溶液的濃度精確值為32.4356，規(guī)定該溶液在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，15時(shí)的電導(dǎo)率C(32.4356，15，0)與同溫同壓下標(biāo)準(zhǔn)海水電導(dǎo)率C(35，15，0)相同。海水鹽度觀測海水鹽度觀測

5、式中，K15是在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，15時(shí)水樣的電導(dǎo)率C(S，15，0)與同溫同壓下標(biāo)準(zhǔn)KCl溶液電導(dǎo)率C(32.4356，15，0)之比值，即: 實(shí)用鹽度公式適用范圍為2S42。 鹽度的測定方法 密度定義: 海水密度是指單位體積海水含有的質(zhì)量,海水密度的單位是kg/m3.符號為 。密度是海水溫度、鹽度和壓力的函數(shù),常表示為 ，用以表示在鹽度S、溫度t()和壓力P(MPa)時(shí)的海水密度，又稱現(xiàn)場密度。海水密度可用67位數(shù)據(jù)表示，如=1028.712kg/m3。 海水密度觀測),(PtS海洋表層密度的測定可以通過Knudsen(1902)密度模型通過測定鹽度S獲得。 海洋表層以下的海水密度一般采用

6、數(shù)值計(jì)算的方法利用實(shí)測的鹽度S、溫度t()和壓力P(MPa)求得。F.J.Millero等人于1980年提出海水密度計(jì)算方程。其中， 為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的海水密度。 )0 ,(tS密度定義: 海水密度觀測 上述各式中s表示鹽度,密度單位為kg/m3,溫度t單位為,壓強(qiáng)P單位為Mpa。公式適用范圍:鹽度042,溫度240,壓強(qiáng)0100Mpa。 透明度定義:海水透明度、水色觀測 透明度是表示海水能見程度的一個量度。即光線在水中傳播一定距離后,其光能強(qiáng)度與原來光能強(qiáng)度之比。 水色定義: 水色是指海水的顏色。是由水質(zhì)點(diǎn)及海水中的懸浮質(zhì)點(diǎn)所散射的光線來決定的。 水色與透明度之間存在著必然的聯(lián)系水色與透明

7、度之間存在著必然的聯(lián)系,一般說來一般說來,水色高水色高,透明度大透明度大,水色水色低低,透明度小。透明度小。 透明度測量:海水透明度、水色觀測 海水透明度是指用直徑為30cm的白色圓盤，將其垂直沉人海水中，直至剛好看不見的深度，單位為m。這一深度，是白色透明度盤的反射、散射和透明度盤以上水柱的散射光與周圍海水的散射光平衡時(shí)的狀況，所以稱為相對透明度。 新定義：光線在水中傳播一定距離后，其光能強(qiáng)度與原來光強(qiáng)之比。 透明度儀測量，利用原理： 其中c是衰減系數(shù)，z是光傳播的距離。水色測量: 遙感方法。 水色是1/2透明度處海水所呈現(xiàn)的顏色,通常用羅馬數(shù)字表示,數(shù)值大則水色高,反之則水色低。 czeT

8、海洋波動定義：海洋波動類型及其影響 海洋中的波動是海水的重要運(yùn)動形式之一，從海面到海洋內(nèi)部處處都可能出現(xiàn)波動。波動的基本特點(diǎn)是，在外力的作用下，水質(zhì)點(diǎn)離開其平衡位置作周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)動。由于流體的連續(xù)運(yùn)動，必然帶動其鄰近質(zhì)點(diǎn)，導(dǎo)致其運(yùn)動狀態(tài)在空間的傳播，因此，海洋中的波動是時(shí)間與空間的函數(shù)。 各波動的周期可從零點(diǎn)幾秒到數(shù)十小時(shí)以上，波高從幾毫米到幾十米，波長可以從幾毫米到幾十千米。 海洋波動分類：海洋波動類型及其影響 海洋波動如按相對水深(水深與波長之比)分為深水波(短波)和淺水波(長波)；按波形的傳播分為行波與駐波；按波動發(fā)生的位置分為表面波、內(nèi)波和邊緣波；按成因分為風(fēng)浪、涌浪、地震波、

9、潮波等。風(fēng)浪按風(fēng)力大小產(chǎn)生的漣波，其恢復(fù)力為表面張力又稱表面張力波。風(fēng)力較大水分子移動的位置較大，其恢復(fù)力為重力又稱重力波。按振動特性分自由波和強(qiáng)制波。按波動周期T分為表面張力波（ ），超重力波（ ），重力波（ ），低重力波（ ），長周期波 （ ），潮波（ ），超潮波（ ）。sT1 . 0sTs11 . 0sTs301min530TshT12min5hTh2412hT24 海洋內(nèi)波是在密度(穩(wěn)定)層結(jié)海洋中或密度不連續(xù)的分界面出現(xiàn)的一種波動。在分層的交界面上，若是碰到外力，如大氣壓力變化、引潮力、地震、船舶經(jīng)過造成的擾動等等，就會形成波動。內(nèi)波的振幅卻可深達(dá)一百五十米，波長可達(dá)數(shù)萬米。 海浪監(jiān)

10、測：海洋波動類型及其影響海面上最為常見的波動是風(fēng)浪和涌浪，合稱為海浪。 風(fēng)浪亦稱風(fēng)成波。在風(fēng)力的直接作用下，海面或湖泊產(chǎn)生的波動，屬強(qiáng)制波。波浪級別的劃分主要根據(jù)觀測所得的平均周期T，在100個波浪中測15個完整且較大的波浪，取其中10個較大的波高的平均值，作為1/10部分大波波高H1/10值；采用同樣的原理，可以得到H1/3的波級。 涌浪則指的是海面上由其他海區(qū)傳來的或者當(dāng)?shù)仫L(fēng)力迅速減小、平息，或者風(fēng)向改變后海面上遺留下來的波動。在海洋中風(fēng)浪和涌浪會單獨(dú)存在，也往往同時(shí)存在，其傳播方向也往往不同。海浪監(jiān)測：海洋波動類型及其影響波參數(shù) 精度范圍/分辨率有效波高+/-10% or +/-0.5m

11、0.5 - 20 m / 0.1 m波峰峰向 +/- 5 0 - 360/ 1 波峰周期+/-5%3.5 - 40 s / 0.1 s波峰波長+/- 10 % 15 - 600 m / 1mWAVEX WAMOS II 海流定義:海流觀測 海流亦稱洋流，海洋中海水以相對穩(wěn)定的速度，沿一定的方向做大規(guī)模的非周期性運(yùn)動。其流動方向有水平方向，也有垂直方向。環(huán)繞大洋或者海區(qū)作循環(huán)的流稱為海洋環(huán)流。海流的強(qiáng)弱用流速表示，單位為cm/s或kn；流向指海流流去的方向，以角度表示。流向與風(fēng)向的表示恰恰相反。一般表層的流速為幾個cm/s到300cm/s，深層流速則在10cm/s。海流分類:按照流經(jīng)海洋溫度的差

12、異，可分為寒流和暖流。按照與海岸的關(guān)系，可分為沿岸流、離岸流和向岸流。按照海流的成因，又分為風(fēng)海流、密度流、傾斜流和補(bǔ)償流。按照海流的運(yùn)動特征，可分為潮汐和潮流。 海流測量:海流觀測 ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler，聲學(xué)多普勒流速剖面儀)根據(jù)多普勒原理，利用矢量合成法，測量水流的垂直剖面分布。 ADCP向水體發(fā)射聲波脈沖，利用背向散射聲波脈沖的多普勒頻移可以連續(xù)地測量各層水體的三維流速。ADCP向水體中發(fā)射的聲波脈沖碰到水體中懸浮的、隨水體運(yùn)動的微粒后，產(chǎn)生反射，其中的部分信號被反射到ADCP，ADCP發(fā)射的聲波脈沖和接收的被反射的聲波脈沖頻率會有一定的差