海洋學(xué)：第一章 緒論

1、第一章 緒論,一、地球科學(xué) 二、海洋科學(xué) 三、海洋科學(xué)發(fā)展史 四、中國海洋科學(xué)發(fā)展,研究內(nèi)容 研究方法 研究意義,一、地球科學(xué),地球科學(xué),地理學(xué),地質(zhì)學(xué),大氣科學(xué),固體地球物理學(xué),水文科學(xué),海洋科學(xué),地球科學(xué)是以地球為研究對象的科學(xué)體系,地球科學(xué)的內(nèi)容,地理學(xué)：是研究地球表面自然現(xiàn)象、人文現(xiàn)象以及它們之間的相互關(guān)系和區(qū)域分異的學(xué)科 。 地球表面，通常是指地球的大氣圈、巖石圈、水圈、生物圈和人類圈相互交接的界面 廣義：大氣圈對流層頂至巖石圈沉積巖層底部（3035km）；狹義：大氣圈、巖石圈和水圈交界面，地面邊界層到太陽輻射可達(dá)深度（200300m） 主要分支學(xué)科有自然地理學(xué)、人文地理學(xué)、歷史地理

2、學(xué)、區(qū)域地理學(xué)、地圖學(xué)、地名學(xué)、方志學(xué)等,地球科學(xué)的內(nèi)容,地質(zhì)學(xué)：是關(guān)于地球的物質(zhì)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部特征、各圈層間的相互作用和演變歷史的知識體系 研究對象：地球的內(nèi)、外圈層，礦物和巖石，地層和古生物，以及地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)作用等 地質(zhì)學(xué)的分支學(xué)科大體可分為兩類。第一類是探討基本事實和原理的基礎(chǔ)學(xué)科，有礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、動力地質(zhì)學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、地質(zhì)力學(xué)等(偏理論) 第二類是由基礎(chǔ)學(xué)科與生產(chǎn)或其它學(xué)科結(jié)合而形成的學(xué)科，有水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、災(zāi)害地質(zhì)學(xué)、金屬礦產(chǎn)地質(zhì)學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、煤地質(zhì)學(xué)、找礦勘探地質(zhì)學(xué)和礦山地質(zhì)學(xué)等（偏應(yīng)用）,地球科學(xué)的內(nèi)容,固體地球物理學(xué)：研究地球

3、固體部分的物理場和物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形成及其中發(fā)生的各種物理過程。 包括勘探地球物理學(xué)（或應(yīng)用地球物理學(xué)），地震預(yù)測、地球內(nèi)部構(gòu)造、大地構(gòu)造等分支學(xué)科 大氣科學(xué)：研究大氣的各種現(xiàn)象及人類活動對它的影響，這些現(xiàn)象的演變規(guī)律，以及如何利用這些規(guī)律為人類服務(wù)。 包括大氣物理學(xué)、動力氣象學(xué)、天氣學(xué)、氣侯學(xué)、應(yīng)用氣象學(xué)、大氣化學(xué)、大氣探測和人工影響天氣等,地球科學(xué)的內(nèi)容,水文科學(xué)：是關(guān)于地球上水的起源、存在、分布、循環(huán)、運(yùn)動等變化規(guī)律和運(yùn)用這些規(guī)律為人類服務(wù)的知識體系。 包括河流水文學(xué)，湖泊水文學(xué)，沼澤水文學(xué)，冰川水文學(xué)，雪水文學(xué)，水文氣象學(xué)，地下水水文學(xué)，區(qū)域水文學(xué)和海洋水文學(xué)等。,固體地球物理學(xué) 大氣

4、科學(xué) 水文科學(xué) 海洋科學(xué),地球物理學(xué) Journal of Geophysical Research,海洋科學(xué),二、海洋科學(xué),定義：研究海洋的自然現(xiàn)象、性質(zhì)與其變化規(guī)律，以及和開發(fā)與利用海洋有關(guān)的知識體系。,對象：世界海洋及其邊界（大氣圈、巖石圈和生物圈等）。,內(nèi)容：既有海水的運(yùn)動規(guī)律、海洋中的物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)過程，及其相互作用的基礎(chǔ)理論，也包括海洋資源開發(fā)、利用以及有關(guān)海洋軍事活動所迫切需要的應(yīng)用研究。（現(xiàn)象、機(jī)理和應(yīng)用）,基礎(chǔ)性科學(xué)：物理海洋學(xué)、化學(xué)海洋學(xué)、生物海洋學(xué)、海洋地質(zhì)學(xué)等。,應(yīng)用與技術(shù)研究：衛(wèi)星海洋學(xué)、漁場海洋學(xué)、軍事海洋學(xué)、航海海洋學(xué)等。,管理、開發(fā)研究：海洋法學(xué)、海域管

5、理、海洋環(huán)境功能區(qū)劃、海洋污染治理等。,跨多學(xué)科的科學(xué)！,分支,海洋科學(xué)研究對象的特性,1）廣漠而有垠 占地球表面積70.8%，但有邊 2）深又淺 平均深度4000米，最深11034米（陸地最高8848米),但地球半徑6371公里。地球上一薄層；與水平尺度比10-3量級 3）連通又阻隔 各大洋水域連成一體，可以充分進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換。北冰洋與印度洋、大西洋、太平洋之間又有大陸分布,影響與差別共存,海洋科學(xué)研究對象的特點,1、既特殊又復(fù)雜：太陽系中唯一，且海洋占地球表面的70.8%，體積龐大；獨特的物理性質(zhì)、理化性質(zhì)等。有機(jī)界和無機(jī)界相互作用和聯(lián)系的復(fù)雜系統(tǒng)，物種繁多。,2、水-汽-冰三態(tài)無時

6、無刻不在轉(zhuǎn)化：海洋每年蒸發(fā)約44億噸水，使大氣中的水分1015天完成一次更新。,3、多層次、多海洋過程的耦合：海洋中存在各種各樣的矛盾，各種過程相互作用使海洋成為一個全球規(guī)模的、多層次復(fù)雜的自然系統(tǒng)。,海洋科學(xué)研究的特點,1、顯著依賴直接觀測：有計劃的現(xiàn)場觀測相當(dāng)重要。 眼見為實,2、信息論、控制論和系統(tǒng)論越來越重要：重視新思想和方法的運(yùn)用。 與時俱進(jìn)的研究手段,3、分支細(xì)化、學(xué)科交叉趨勢日趨明顯：重視多學(xué)科之間的合作和發(fā)展。 合久必分，分久必合,4、理論與應(yīng)用并重：得到理論性的認(rèn)識，并應(yīng)用于造福人類。 海洋學(xué)研究的根本,海洋科學(xué)的研究方法,物理海洋學(xué)的研究方法 1、常規(guī)和遙感觀測： 分析觀測

7、數(shù)據(jù)，得到海洋現(xiàn)象和規(guī)律的認(rèn)識。 傳統(tǒng)儀器觀測，CTD、ADCP、測波儀 遙感觀測：遙感資料反演海洋參量，如海面溫度、有效波高、海流、海面高度、海面風(fēng)場等。 2、實驗和數(shù)值模擬 實驗室或計算機(jī)模擬反演海洋過程。 3、理論研討 從理論模式，探討海洋規(guī)律，認(rèn)識海洋。,物理海洋相關(guān)的實驗教學(xué)中心,海洋與大氣學(xué)院的海洋調(diào)查實驗室,海洋與大氣學(xué)院的大型風(fēng)浪流水槽,海洋與大氣學(xué)院的數(shù)值計算服務(wù)器,課后作業(yè)：所學(xué)專業(yè)方向有哪些具體的研究方法？,海洋科學(xué)的研究意義,漁場 航運(yùn) 國防 氣候 災(zāi)害 資源 ,海洋 生命的搖籃,北海漁場,踩著鱈魚群的脊背就可上岸”的美名,海洋漁場：在什么地方？何時去？ 世界著名的漁場

8、與海流關(guān)系密切,北海道漁場,紐芬蘭漁場,秘魯漁場,舟山漁場,順岸風(fēng)離岸流上升流,秘魯沿岸著名的上升流區(qū),鳀魚,海洋漁場：海洋動力因素對生態(tài)系統(tǒng)的影響,海洋牧場：何時投餌？何時捕撈？何時 與近海海洋動力環(huán)境和生態(tài)環(huán)境關(guān)系密切,海洋航運(yùn)：海洋動力因素對港口碼頭有重要影響,漲潮時,落潮時,風(fēng)暴潮、海浪等對碼頭具有很大的破壞作用！,海洋航運(yùn)：海洋動力因素對海上運(yùn)輸有重要影響,洋流、臺風(fēng)等海上動力過程對海上航行具有重要影響！ 很多軍艦、商船、科考船等都會有隨船水文氣象保障人員，并與地面保持緊密聯(lián)系！,動畫海賊王中有很多關(guān)于海洋的奇思妙想和海流對航海的影響探討,沿海旅游：海邊游玩需謹(jǐn)慎！生命寶貴！,海洋國

9、防：海洋權(quán)益的保障,近代中國所受到的侵略，基本上都來自海上。 1996年5月15日，我國批準(zhǔn)聯(lián)合國海洋法公約。公約規(guī)定沿海國有權(quán)劃定12海里領(lǐng)海、24海里毗連區(qū)和200海里專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)。確定了大陸架是沿海國領(lǐng)土自然延伸的原則。 按照國際海洋法，我國有300萬平方公里面積的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)。,海洋國防：海洋權(quán)益的保障領(lǐng)土與資源,釣魚島！,“沖之鳥”位于琉球群島以南海域，距離東京1740公里。 沖之鳥島實際上是一塊巖礁，漲潮時僅有兩塊床墊大小的礁石露出水面，高1米多，寬約4.6米。 日本認(rèn)為“沖之鳥”是一個島嶼，可以在其周邊200海里設(shè)定自己的專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)。 中國認(rèn)為那是一塊礁石，不是島嶼，不具備專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)

10、的條件，中國海洋調(diào)查船在那一帶從事海洋調(diào)查活動也不需要事先向日本有關(guān)方面報告。,海洋國防：海洋權(quán)益的保障領(lǐng)土與資源,海洋國防：海洋權(quán)益的保障領(lǐng)土與資源,釣魚島周邊海域的石油儲量中方估計為7001600億桶，日方估計為1095億桶,摘自網(wǎng)易新聞,海洋國防：海洋權(quán)益的保障領(lǐng)土與資源,哭泣的南沙群島！,南沙群島北起雄南灘，南至曾母暗沙，東至海里馬灘，西到萬安灘，南北長500多海里，東西寬400多海里，水域面積約82萬平方公里，約占中國南海傳統(tǒng)海域面積的2/5 南沙群島由550多個島、洲、礁、沙、灘組成，但露出海面的約占五分之一，其中有11個島嶼，5個沙洲，20個礁露出水面的。 南沙群島的主要島嶼有太

11、平島、南威島、中業(yè)島、鄭和群礁、萬安灘等。曾母暗沙是中國領(lǐng)土最南點。,緯度相同的兩城市 青島沿海城市 蘭州內(nèi)陸城市,青島平均溫差約6 蘭州平均溫差約13 ,青島,蘭州,青島年平均降水60mm 蘭州年平均降水27mm,氣候：海洋對區(qū)域尺度的影響,氣候：海洋對全球尺度的影響,溫室氣體海洋地球氣候異變！,氣候：海洋大尺度影響的其他現(xiàn)象,海洋災(zāi)害：臺風(fēng)和風(fēng)暴潮,海洋災(zāi)害：災(zāi)害性海浪,海洋災(zāi)害：海冰,海洋災(zāi)害：海嘯,第一名，2004年印度洋海嘯 死亡人數(shù)：約22.6萬 第二名，古希臘克里特火山爆發(fā)引發(fā)的海嘯 死亡人數(shù)：10萬或更多 第三名，葡萄牙里斯本大地震引發(fā)的海嘯 死亡人數(shù)：60000 第四名，華南

12、海嘯 死亡人數(shù)：超過4萬 第五名，印尼火山爆發(fā)引起的海嘯 死亡人數(shù)：36000,摘自百度百科,推薦視頻 殺人浪,通常指的是海洋浮游植物、原生動物或細(xì)菌在短時間內(nèi)突發(fā)性增殖或高度聚集而引起海水變色的一種有害的生態(tài)異?，F(xiàn)象。,2012年4月10日在深圳大鵬新南澳月亮灣區(qū),海洋災(zāi)害：赤潮,2008年6月，青島海濱的滸苔,海洋災(zāi)害：綠潮（滸苔）,海洋災(zāi)害是多學(xué)科、多層次的，正確、及時的理解、預(yù)防和治理這些災(zāi)害是海洋工作者的重要任務(wù)之一。,石油：半數(shù)以上在海底 估計儲量為(11002500億噸)，我國100億噸,海洋資源：油氣資源,錳結(jié)核：年再生1000萬噸，可提煉錳、鐵、銅、鐳等。 此外,金剛石、重晶

13、石、金、錫都在礦砂中找到。,海洋資源：礦產(chǎn)資源,中國多金屬結(jié)核資源礦區(qū),紫色：海底石油分布 綠色：海底錳結(jié)核分布,大量無機(jī)鹽：海水中含80多種元素。 1kg海水含35g無機(jī)鹽。全球5億億噸 黃金：500萬噸；鈾：50億噸；鎂：2100億噸；銀：4億噸；鈷：7億噸；碘：820億噸；鹽：1km3含27萬噸。,海洋資源：化學(xué)資源,生物26萬種，動物16萬，植物10萬 海洋捕撈：蛋白質(zhì)主要來源 發(fā)展近岸養(yǎng)殖業(yè)，我國近海15m以內(nèi)灘涂2.1億畝，可供養(yǎng)殖2000萬畝，89年以來634萬畝。對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量居世界首位。 提取海洋藥物：達(dá)分子水平上，基因工程、細(xì)胞工程。,海洋資源：生物資源,潮汐：潮能發(fā)電，潛力

14、10億千瓦 1913年德國在北海建成世界第一座潮汐發(fā)電站 最大（1.2兆瓦）：英國北愛爾蘭 山東乳山、浙江江廈、浙江岱山、福建平潭,海洋資源：動力資源,海浪發(fā)電：空間分散，時間上間斷，破壞力大。 最大（20兆瓦）：英國西南部的圣艾夫斯灣 挪威ToHestallen的MOW電站1985年運(yùn)行，1988年自基礎(chǔ)削去。蘇格蘭Dounreng電站于安裝過程被沖毀。 海流：能量最低。 溫差：表底18度，但難度大。,海洋資源：動力資源,三、海洋科學(xué)發(fā)展史,三大階段,18世紀(jì)以前：海洋知識的積累 1920世紀(jì)中葉：海洋科學(xué)的奠基與形成 20世紀(jì)中葉至今：現(xiàn)代海洋科學(xué)時期,慢,快,非常快,18世紀(jì)以前：海洋知

15、識的積累,不是海洋科學(xué)！,1516世紀(jì)地理大發(fā)現(xiàn)時代海洋探險,1492-1493 1493-1496 1498 1502-1504,1497-1499,V.da-伽馬 葡萄牙航海家,從歐洲繞好望角到印度航路的開拓者。,哥倫布 意大利航海家,麥哲倫首次航海繞地球一周,1519-1522環(huán)球航行，證明地球是圓的,18世紀(jì)以前：海洋知識的積累,James Cook （1728-1779） /wiki/James_Cook,17681779間三次海洋探險 最早進(jìn)行科學(xué)考察 首先完成環(huán)南極航行,18世紀(jì)以前：海洋知識的積累,1768-1779，三次大洋調(diào)查，

16、澄清了地理大發(fā)現(xiàn)時期留下的許多不定的問題，對印度洋和太平洋的幾乎所有島嶼進(jìn)行了詳細(xì)的考察。是海洋學(xué)的奠基人。 1768-1771，“奮斗”號，目的尋找金星凌日軌跡，對新西蘭考察，發(fā)現(xiàn)是島而非大陸。 1772-1775，探索未知的南方大陸（即澳大利亞）。 1776-1779，為打通太平洋到大西洋的北部航路。發(fā)現(xiàn)夏威夷群島，在1779年被夏威夷島上的土人殺死。,海洋學(xué)奠基人庫克三次大洋考察,18世紀(jì)以前：海洋知識的積累,科技成就 1567年，鮑恩發(fā)明計程儀 1569年，墨卡托發(fā)明繪制地圖的圓柱投影法 1579年，哈里森制成當(dāng)時最精確的航海天文鐘 1600年，吉伯特發(fā)明測定船位緯度的磁傾針 1673

17、年，英國人玻意爾發(fā)表研究“海水濃度”的論文 1674年，荷蘭人列文虎克在荷蘭海域發(fā)現(xiàn)海洋原生動物 1687年，英國人牛頓用萬有引力解釋潮汐 1740年，瑞士人貝努利提出平衡潮學(xué)說 1770年，美國人富蘭克林發(fā)表灣流圖 1772年，法國人拉瓦錫測定海水成分 1775年，法國人拉普拉斯提出大洋潮汐動力理論,18世紀(jì)以前：海洋知識的積累,1920世紀(jì)中葉：海洋科學(xué)的奠基與形成,海洋探險轉(zhuǎn)為海洋的綜合考察、海洋研究深化、理論體系形成,通過政府資助和倫敦皇家學(xué)會支持，英國人為海洋學(xué)奠基起了重要作用 英國“Beagle”號: 1831-36，達(dá)爾文作為自然學(xué)家參加，描述、收集、分類、整理海陸動植物，發(fā)現(xiàn)各

18、地物種相類似 又截然不同，1859年發(fā)表生物進(jìn)化論物種起源,1839-1843年，英國人羅斯環(huán)南極探險 1872-1876年，英國人湯姆孫乘“挑戰(zhàn)者”號環(huán)球航行考察，現(xiàn)代海洋學(xué)研究的真正開始。海洋學(xué)開始脫離地理學(xué)領(lǐng)域 在三大洋和南極海域的幾百個站位，進(jìn)行了多學(xué)科綜合考察，遍及北冰洋外的所有大洋，進(jìn)行測溫、海流、地質(zhì)底質(zhì)取樣、生物采樣、采水等。起因?qū)Α吧詈Ｓ袩o生物”的爭論。 1925-1927年，德國“流星”號南大西洋考察，測繪了海底地形，得到了鹽度、溫度和溶解氧的深度剖面 之后，挪威、荷蘭、英國、美國、蘇聯(lián)先后進(jìn)行海洋調(diào)查,1920世紀(jì)中葉：海洋科學(xué)的奠基與形成,北極探險家南森（https:/

19、/wiki/Fridtjof_Nansen），1861-1930，挪威人。1893.6，率“前進(jìn)”號漂至840N后步行,是當(dāng)時北極探險中離極地最近的人,不到400km。 第一個證實北極是海洋，北冰洋存在自東向西的海流， 第一個徒步穿越格陵蘭島引起全國轟動。1923年獲諾貝爾和平獎。,1920世紀(jì)中葉：海洋科學(xué)的奠基與形成,南北極探險家阿蒙森/wiki/Roald_Amundsen,兩極探險家阿蒙森(1872-1928)，1903年，打通了從北冰洋進(jìn)入太平洋的通道，1906到達(dá)舊金山。1911.12.14，登上南極點，

20、1926年首次乘飛艇飛越北極。,1920世紀(jì)中葉：海洋科學(xué)的奠基與形成,1820年，Alexander Marcet證實了海水主要溶解成分的恒比關(guān)系 19世紀(jì)中葉，英國人福布斯出版海產(chǎn)生物分布圖和歐洲海的自然史 1855年，美國人莫里出版海洋自然地理學(xué)，被譽(yù)為物理海洋學(xué)之父，美國再版8次，英國再版19次 1859年，英國人達(dá)爾文出版物種起源 1891年，默里出版深海沉積 1903年，桑德斯特朗和海蘭-漢森提出深海海流的動力計算方法 1905年，Ekman提出大洋漂流理論 斯韋爾德魯普、約翰遜和福萊明合著海洋，被稱為海洋科學(xué)建立的標(biāo)志,1920世紀(jì)中葉：海洋科學(xué)的奠基與形成,專門研究機(jī)構(gòu)的建立

21、1925年，美國SCRIPPS海洋研究所建立 1930年，美國WOODS HOLE 海洋研究所建立 1946年，蘇聯(lián)科學(xué)院海洋研究所建立 1949年，英國國立海洋研究所建立,1920世紀(jì)中葉：海洋科學(xué)的奠基與形成,1951年，成立“世界氣象組織（WMO）” 1957年，成立“海洋研究科學(xué)委員會（SCOR）” 1960年，成立“政府間海洋學(xué)委員會（IOC）” 1966年，成立“國際生物海洋學(xué)協(xié)會（IABO）” 1967年，成立“國際海洋物理科學(xué)協(xié)會（IAPSO）” 國際地球物理年（IGY,1957-1958） 國際印度洋考察（IIOE, 1957-1965） 國際海洋考察10年（IDOE, 19

22、71-1980） 熱帶大西洋國際合作調(diào)查（ICITA, 1963-1964） 黑潮及鄰近水域合作研究（CSK, 1965-1977） 全球大氣研究計劃（GAPP, 1977-1979） 世界氣候研究計劃（WCRP, 1980-1983） 深海鉆探計劃（DSDP, 1968-1983）,20世紀(jì)中葉至今：現(xiàn)代海洋科學(xué)時期,全球或者區(qū)域的大規(guī)模的國際合作計劃、政府投入大幅度增加、科技發(fā)展快速、重要突破屢見不鮮！,大洋鉆探計劃（ODP） 全球海洋通量研究（JGOFS） 熱帶大洋與全球大氣（TOGA）;熱帶海洋全球大氣耦合響應(yīng)試驗（TOGA-COARE） 全球大氣海洋:以ENSO為中心研究全球氣候季節(jié)

23、到年際變化，其成果加深對氣候系統(tǒng)的了解及ENSO形成機(jī)制的理論模型。,20世紀(jì)中葉至今：現(xiàn)代海洋科學(xué)時期,WOCE(90-2002)十年海洋環(huán)流試驗：1990-1998為全球觀測階段，1998-2002為數(shù)據(jù)分析和數(shù)值模擬階段,20世紀(jì)中葉至今：現(xiàn)代海洋科學(xué)時期,觀測一次的斷面,Why 數(shù)值模擬？能得到全球海洋四維時空分布信息,氣候變率和可預(yù)報性研究計劃（CLIVAR, 1993-2008）預(yù)測季、年際尺度氣候變化；引起季、年尺度氣變原因，預(yù)測人類活動影響；通過古氣候運(yùn)動認(rèn)識現(xiàn)今氣候。,20世紀(jì)中葉至今：現(xiàn)代海洋科學(xué)時期,NPOCE,SPICE,胡敦欣 中國科學(xué)院院士,Hu et al., 2015 Nature,1、氣候及其變異： ENSO的全球影響、長時間變化及其可預(yù)測性,海洋工作者關(guān)注的問題舉例：,PDO：太平洋年代際變異,氣候突變,模式,電影,新仙女木事件,全球變暖,2、海洋生態(tài)系統(tǒng) 黃魚等魚變小，捕撈亂一方面，也可能是環(huán)境變化改變了生物鏈 3、海洋減災(zāi)、防災(zāi) 大風(fēng)、巨浪造成損失達(dá)100億 環(huán)境預(yù)報研究 赤潮連年發(fā)生,2007年我國共發(fā)生風(fēng)暴潮、海浪、海冰、赤潮和海嘯等海洋災(zāi)害163次，造成直接經(jīng)濟(jì)損失88.37億元，死亡(含失蹤)161人 2007年中國海洋災(zāi)害公報,海洋環(huán)境與生態(tài)的關(guān)系,沙丁魚 鳀魚,魚卵分布 潮汐鋒,anchovy,未