2022年《海洋學》教案

1、精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -海洋學教案緒論一、海洋學及其分類（一）海洋學的定義海洋學是爭論 海洋 中物理 、化學 、生物 、氣象 、地質 及其他過程和現象的發(fā)生、進展、演化規(guī)律及其 開發(fā)利用和愛護的學科；海洋學又稱海洋科學，屬于地球科學體系；地球科學是由眾多分支及相關學科組成的復雜的科學體系，主要包括地理學、地質學、大氣科學、海洋科學、水文科學及固體地球物理學等；（二）洋學的對象及內容爭論對象：海洋；包括海水、溶解或懸浮于其中的物質、生活于海洋中的生物；海洋的上邊界，即海面及其上大氣邊界層；海洋的側邊界，包括河口和海岸帶等；海洋底邊界，包括海洋沉積

2、和海底巖石圈；爭論內容：海水運動規(guī)律、海洋中物理、化學、生物、地質過程及其相互作用的基礎理論；海洋資源開發(fā)利用、海洋環(huán)境監(jiān)測、愛護和治理等；（三）洋學的分類基礎性學科分支：物理海洋學、化學海洋學、生物海洋學、海洋地質學等；應用性學科分支：漁業(yè)海洋學、海洋生態(tài)學、衛(wèi)星遙感海洋學、海洋聲學和光學技術及應用、工程海洋學、環(huán)境海洋學、海洋環(huán)境監(jiān)測和預報等；二、海洋空間特點及其與環(huán)境的相互作用（一）洋空間特點海洋空間上有以下特點：（1）無界與有界；（ 2） 通達與阻隔；（3）深厚與淺?。ǘ?海洋環(huán)境的相互作用海洋環(huán)境的相互作用表現在以下幾個方面：（1）海洋 - 大氣相互作用；（2）海洋 - 海底相互作

3、用：（ 3）海洋 - 陸地相互作用：（4）海洋 - 天體相互作用海洋通過海面與大氣底層相接觸，從而海水和大氣通過海面不斷發(fā)生相互作用，這種相互作用是通過物質、動量和能量的交換輸送來實現的；上層海水通過海面接受來自太陽的輻射 能；低層大氣又從海面獲得能量（熱量），形成大氣環(huán)流；大氣環(huán)流將部分動量輸送給上層海水，并促成上層海洋環(huán)流形成；上述過程中，通過水分的蒸發(fā)、凝聚和降水，海洋和大氣之間又不斷發(fā)生水分的交換，從而形成全球的水分循環(huán)；海洋通過海底與海底巖石圈相接觸，從而海水和海底巖石圈通過不斷發(fā)生相互作用，這種相互作用是通過物質、動量和能量的交換輸送來實現的；盡管從地球內部穿過海底地殼輸向海洋的熱

4、量海底熱流，平均只有10 2 w / m 2 量級，但海底火山、大洋中脊、海嶺及某些海底深潭等處的海底熱泉，對局部海疆的影響卻不容忽視；海洋 -陸地相互作用是在沿岸帶發(fā)生的，并進而影響到整個大洋；通過沿岸帶陸源物質輸入海洋，形成海洋沉積；海洋能量也在沿岸帶耗散，從而對沿海陸地產生深刻影響；同時由于陸地和島嶼的存在，使海水運動更加復雜化，增加明白析或數值求解的難度；通過萬有引力場，地球之外的天體（主要是月球和太陽）及地球本身對海洋的引力作用直接導致了海洋潮汐和潮流的產生；三、海洋科學的進展海洋科學的進展史可分為三大階段；（一）洋學問的積存與早期的觀測、爭論在 18 世紀以前，人類在生產活動中不斷

5、積存了有關海洋的學問，其中不少觀點具有肯定科學性；公元前7-6 世紀，古希臘的泰勒斯認為大地是浮在茫茫大海之中的；公元前4 世紀，精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 1 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -古希臘的亞里斯多德在動物志中已描述和記載了愛琴海的170 余種海洋動物；但是，對海洋的更多的明白，是從公元15 世紀資本主義興起之后；在所謂的地理大發(fā)覺時代的15-16 世紀紀，意大利人哥倫布于1492-1504 年 4 次橫渡大西洋到達南美洲；葡萄牙人麥哲倫在1519-1

6、522 年完成了人類第一次環(huán)球航行；1768-1779 年英國人庫克4 次進行了海洋探險，第一完成了環(huán)南極航行，并最早進行了科學考察，獵取了第一批關于大洋深度、表層水溫、海流等資料；這一時期取得了很多為海洋科學奠定基礎的科學成就；1673 年英國人玻意耳發(fā)表了關于海水濃度的論文，1687 年牛頓用萬有引力定律說明白海洋潮汐，1740 年瑞士人貝努利提出了平穩(wěn)潮學說，1770 年美國人富蘭克林發(fā)表了大西洋灣流圖，1775 年法國人拉普拉斯首創(chuàng)大洋潮汐動力理論等等；（二）洋科學的奠基與形成（19-20 世紀中葉）這一時期的特點表現為由海洋探險逐步轉向對海洋的綜合考察，隨之而來的是海洋爭論的深化、成

7、果的涌現和理論體系的形成；詳細來說，海洋調查方面，如1831-1836 年達爾文隨“貝格爾”號調查船的環(huán)球探險，英國人羅斯1839-1843 年的環(huán)南極探險，特殊是英國“挑戰(zhàn)者”號于1872-1876 年的環(huán)球航行考察，被認為是現代海洋科學爭論的真正開頭；此后，德國“流星”號1925-1927 年的南大西洋調查，采納了很多新奇儀器設備，取得了豐碩的成果；海洋科研方面，英國人福布斯在19 世紀40-50 歲月出版了歐洲海的自然史，美國人莫里1855 年出版了海洋自然地理學，英國人達爾文1859 年出版了物種起源，它們被譽為海洋生態(tài)學、近代海洋學和進化論的經典著作；海洋化學方面，迪特瑪1884 年

8、證明白海水主要溶解成分的恒比關系，為海水鹽度測定奠定了基礎；海流爭論方面，1903 年海蘭 -漢森提出了深海海流的動力運算方法，1905 年?？寺岢隽似骼碚摚缓Ｑ蟮刭|方面，默里于1891 年出版了深海沉積一書；特殊是斯韋爾德魯普等合著的海洋（The oceans）一書，被譽為近代海洋科學產生的標志；（三）現代海洋科學時期（20 世紀中葉至今）這一時期國際上很多政府間和民間的海洋科學組織先后建立，同時海洋國際合作調查爭論也在更大規(guī)模上綻開；海洋科學調查爭論的儀器設備性能更好，技術手段更先進，運算機、微電子、聲學、光學及遙感技術等廣泛地應用于海洋調查和爭論中，如CTD 、聲學多普勒流速剖面儀、

9、錨泊海洋浮標、水下試驗室、水下機器人及氣象海洋衛(wèi)星等等；隨著現代化儀器設備的廣泛應用，海洋科學理論取得了一系列重大成就，如關于厄爾尼諾-南方濤動、熱鹽微小結構、大洋中尺度渦、大洋環(huán)流理論、海浪譜理論、海洋生態(tài)平穩(wěn)理論等的科研論著不斷涌現；當今世界，人口激增，耕地銳減，陸地資源日趨削減，環(huán)境惡化嚴峻；因此，海洋資源的開發(fā)、利用和愛護愈來愈受到人們的重視，很多國家相繼制訂了21 世紀的海洋進展戰(zhàn)略，可以說是21 世紀的新世紀；海洋科學在經受古代、近代和現代的進展之后，必將迎來一個更為輝煌的新時代；四、本專業(yè)海洋學的內容及要求海洋學是海洋漁業(yè)與科學技術專業(yè)的專業(yè)基礎課，本專業(yè)的其他專業(yè)課，如漁業(yè)資源

10、學、漁場學、漁業(yè)資源評估、漁具漁法學、航海技術、魚類行為學及漁業(yè)工程等都與海洋學有肯定關系；（一）主要內容（ 1）海水理化性質的基本概念和原理；（ 2）海水主要水文要素的變化、分布規(guī)律及其影響因子；（ 3）海水破浪、海流、潮汐及混合等動力過程的形成規(guī)律和主要結論；（ 4）常規(guī)海洋環(huán)境調查內容、方法及海洋資料的分析處理方法；（二）基本要求（ 1）熟識并把握上述主要內容有關的基本概念和理論；（ 2）具備肯定的海洋環(huán)境調查及海洋資料的分析處理的動手才能；精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 2 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結

11、 - - - - - - - - - - - -1 1 海陸分布地球 表面海陸分布極不平穩(wěn)：第一章海洋外形地球表面總面積= 5.1108 km2海洋面積 = 3.61陸地面積 =1.49108 km2 ，比例 =70.8%108 km2 ，比例 =29.2%海陸面積之比 =2.5 ： 1南北半球海洋和陸地占全球面積的比例見下表；海洋比例 %陸地比例 %北半球60.7 （ 42.1）39.3（ 66.1 ）南半球80.9 （ 57.9）19.1（ 33.9 ）備注： 1）括號內數字為南、北半球的海洋和陸地分別占其總面積的比例2 ）無論如何劃分地球，任一半球海洋比例均大于陸地比例3 ）海洋是相通的

12、，而陸地就是相互分別的地球表面不同高度和深度上的面積分布情形可用地殼起伏曲線表示1 2 海洋劃分依據海洋水文要素及其外形特點，可將世界大洋分為主要部分洋和附屬部分海、海灣及海峽；1 2 1 洋洋是海洋的主體部分；特點： 1）一般遠離大陸，面積寬敞，約占海洋總面積90.3% ； 2 ）深度大，一般大于2000m；3 ）海洋水文要素如溫度、鹽度等不受陸地影響，季節(jié)變化小；4 ）水色高、透亮度大；5 ）具有獨立的潮汐系統(tǒng)和強大的洋流系統(tǒng)；組成： 太平洋 （圖 1.2）、 大西洋 （圖 1.3）、 印度洋 （圖 1.4）和北冰洋（圖1.5）；1 2 2 海灣及海峽海：海洋的邊緣部分；據統(tǒng)計全世界共有5

13、4 個海，占世界海洋總面積的9.7% ；海具有以下特點：（ 1）深度較淺，一般在2000m 以內；（ 2）溫度、鹽度等海洋水文要素受陸地影響 很大，季節(jié)變化明顯；（3）水色低、透亮度??；（4）沒有獨立的潮汐，但潮汐漲落比大洋顯 著；（ 5）有肯定的海流系統(tǒng)；按海所處位置可分為陸間海、內海和邊緣海；海灣：是洋或海延長進入大陸且深度逐步減小的水域，一般以入口處海角之間的連線或人 口處的等深線坐為與洋或海的分界線；特點：與鄰接海洋水文狀況很相像，但常顯現最大潮差，如我國杭州灣；海峽：是兩端連接海洋的狹窄水道；特點：流速大，且有的上下層流向相反，有的左右流向不同，前者如直布羅陀海峽，后者如渤海海峽；1

14、 3 海洋地勢海洋地勢 （圖 1.5）通常分為海岸帶、大陸邊緣和大洋低三個部分；1 3 1 海岸帶精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 3 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -海岸帶：是海陸交互作用的地帶，其地貌是在波浪、潮汐和海流等作用下形成的；組成：海岸、海灘及水下岸坡；海岸是高潮線以上狹窄的陸上地帶，大部分時間里暴露于海水面之上，僅在特大風暴潮時才被埋沒，故又稱為潮上帶；海灘是高低潮之間的地帶，高潮時被水埋沒，低潮時露出水面，故又稱為潮間帶；水下岸坡是低潮線以下直到波浪作

15、用所能到達的海底部分，又稱為潮下帶，其下限相當于1/2 波長的水深處，通常約10-20m ； 1 3 2 大陸邊緣大陸邊緣是大陸與大洋之間的過渡帶，通常由：大陸架、大陸坡、大陸隆及海溝等組成；（ 1）大陸架是大陸四周被海水埋沒的淺水地帶，是大陸向海洋底的自然延長，其范疇是從低潮線起以極其平緩的坡度延長到坡度突然變大的地方（即陸架外緣）為止；主要特點：平均坡度為0.1°，平均深度132m ，最深為 500 m，平均寬度75km，最寬為1000 km ；大陸架的沉積物主要是來自大陸的泥沙，形成階狀海底平整面，其上為一些水下沙丘或丘狀起伏的地貌外形；水文要素有明顯的季節(jié)變化，風浪、潮流及海

16、水混合作用劇烈；海水養(yǎng)分鹽及氧含量豐富，海洋初級生產力高，易形成良好漁場；全球大陸架水面面積占海洋總面積的7.6%（ 2）大陸坡是陸架外緣陡傾的全球性龐大斜坡，其下限為坡度突然變小的地方；主要特：坡度較陡，平均為3° -7°，最大坡度在斯里蘭卡海岸外，達35° -45 °，寬度從幾海里到幾百海里不等；大陸坡表面主要是一些海底峽谷和深海平整面；大陸坡水域離大陸較遠，水文要素分布較穩(wěn)固；全球大陸坡水面面積占海洋總面積的15.3% ；（ 3）大陸隆是從大陸坡下界向大洋底緩慢傾斜的地帶，又稱大陸基或大陸裾；主要特點：大陸隆表面坡度平緩，水深在2500-4000m

17、 ；沉積物深厚，形成深海扇形地，富含有機質，具有龐大的海底油氣資源；全球大陸隆水面面積占海洋總面積的15.3% ；4海溝是大陸邊緣底部狹長的海底陷落帶, 深度通常大于6000 米 , 幾多數海溝分布在太平洋四周 .1 3 3 大洋底大洋底是大陸邊緣之間的大洋總統(tǒng)部分，由大洋中脊和大洋盆地構成（ 1） 大洋中脊是貫穿世界四大洋、成因相同、特點相像的龐大海底山脈系列；全長 65000km ，頂部水深2-3 km ，高出大洋底1-3 km ，有的露出海面成為島嶼，寬數百至數千千米不等，面積占洋底面積的32.8%，是世界上規(guī)模最龐大的環(huán)球山脈；大西洋中脊延長方向大致 與兩岸平行，印度洋中脊呈“人”形，

18、太平洋中脊偏居東側且邊坡較平緩，故有東太平洋海隆之稱；各大洋中脊的北端分別延長至陸的，南端相互連接；大洋中脊的頂部有沿其走向延長的 陷落谷地，深1-2km, 寬數十至一百多千米，稱為中心裂谷；該裂谷是海底擴張中心和海底巖石圈增生的場所，擴張和增生主要通過沿裂谷帶的廣泛火山活動來實現；大洋中脊占世界大洋底 總面積的32%；（ 2）大洋盆地是大洋中脊和大陸邊緣之間的寬廣洋底；大洋盆地坡度微小，約0.3-0.7° 深度 6000m 左右，面積約占世界海洋面積的一半；大洋盆地上通常分布一些海槽、海底谷、斷裂帶等負地勢及一些海山、海丘、海嶺等的正地勢；1 4 中國近海地勢中國近海屬于北太平洋西

19、邊界的部分邊緣海，稱為東中國海（the East China Sea）， 包括渤海、黃海、東海及南海，跨經溫帶、亞熱帶和熱帶，具有世界上最寬敞的大陸架之一；1 4 1 海區(qū)劃分渤海：半封閉內海，遼東半島的老鐵山與山東半島蓬萊角的連線為渤海與黃海的分界線；黃海：半封閉的陸架淺海，長江口北角啟東至濟洲西南角連線為黃海與東海的分界線，山東半島的成山頭與朝鮮西岸的長山串的連線為南黃海與北黃海的分界線；東海：為太平洋邊緣海，西北接黃海，東北從濟洲島至五島列島為與朝鮮海峽為界，東面以琉球群島與太平洋相連，南面自福建東山島至臺灣南端與南海相通；精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 4

20、 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -南海：背面以臺灣海峽與東海相通，東面接菲律賓、巴拉望、加里曼丹等與太平洋分隔，南面接馬來半島、納土納群島、加里曼丹等與印度洋分隔；1 4 2 海底地勢中國近海海底地勢與大陸相像，即西高東低：西部水淺、東部水深；自海南島南面經臺灣至日本九洲連一線，此線以西，水深較淺、海底平整、坡度較小；此線以東，水深、坡度大、有海溝等；南海四周淺，中心深，形成南海盆地；渤海和黃海海底全屬于大陸架，東海極大部分屬于大陸架，只有東部一小條狹窄地帶為大陸坡，南海四周邊緣為大陸架和大陸坡，

21、中心為深海盆；渤海平均水深26m，最大 70m；黃海平均水深44m，北黃海為38m、南黃海為46m，最深 在濟洲島西北達120m ；東海大陸架平均水深72m，大陸坡發(fā)育在沖繩海槽東西兩側，最大水深 2000m 多；南海海盆水深34005500m中國近海海底地勢總特點：緊鄰大陸，海底平整，坡度緩和，大陸架寬敞，大陸徑流充分，泥沙沉積作用明顯，海水混合劇烈，養(yǎng)分豐富，沿岸曲折多港灣，水文狀況復雜；1 4 3 中國海岸、海港、海峽及島嶼（一）中國近海海岸線全長18400Km ；主要有平原積累海岸、山地丘陵基巖海岸及生物海岸；（二）港口（三）海峽（四）島嶼精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - -

22、 - - -第 5 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -其次章 海水的物理和化學性質海水是一種溶解有多種無機鹽、有機物質和氣體及含有很多懸浮物質的混合液體，這使海水的一些理化特性與純水的有很大差異；然而海水中無機鹽等的含量約占3.5%，極大部分是 純水，因而海水的基本理化特性與純水的有著親密關系；2 1 水的結構和特性2 1 1 水的結構水分子 （圖2.1）是由一個氧原子和兩個氫原子組成的，即H 2 O ，兩個氫原子并不對稱排列在氧原子的兩側，而是以104.5°的鍵角排列在氧原子的一側，這樣

23、氧原子和兩個氫原子的 正負電荷不能相互抵消，所以水分子是極性分子；分子極性使得相鄰水分子之間形成氫鍵，進 而締合成較為復雜的水分子；這種締合水分子并不轉變水的化學性質，但使水具有了一些特殊 而好玩的物理性質；2 1 2 純水的特性第一，純水的密度隨溫度變化表現出反常變化；純水在大氣壓力下，溫度4° C 時密度最3大，等于1000 kg.m；4° C 以上時，密度隨溫度上升而減小，4° C 以下時，密度卻隨溫度降低而減小；水結冰時，體積增大，密度減小, 為 916.7kg.m3，故冰總是浮在水面上；其次，水具有極強的溶解才能，海水正是水溶解了來自陸地和海底的很多物質

24、后而形成的一種復雜溶液；而這些溶解物質又使海水具有一些不同于純水的特性；最終與其它液體相比，水的熱性質有很多反常；如與氧族元素的其它氫化物相比，水的熔點、沸點、比熱、蒸發(fā)潛熱和表面張力都反常的高；水的相對分子量最小，其理論上的熔點和沸點應分別為-90 °C 和-80 ° C；純水的這些特性均可由水特殊的分子結構得以說明；2 2 水溫度和熱性質2 2 1 海水溫度海水溫度是表示海水冷熱程度的物理量，以攝氏度表示；其高低反映了海水分子熱運動平均動能的大??；海水溫度的變化取決于其熱量平穩(wěn)狀況，影響海水熱量平穩(wěn)的因素主要有輻 射、蒸發(fā)、海氣間顯熱交換等過程；2 2 3 海水熱性質熱

25、容 一物體溫度上升（或降低）1° C 所吸?。ɑ蚍懦觯┑臒崃糠Q為熱容，單位為JC 1 ；單位質量物體的熱容稱為比熱容（簡稱比熱），單位為J Kg1C 1 ；單位體積物體的熱容稱為容積熱容，單位為Jm 3C 1 ；海水比熱指海水在肯定壓力下的比熱，即定壓比熱（或定壓比熱容）C p ，它是海水溫度、鹽度、與壓力的函數；大致規(guī)律為：一個大氣壓下，C p 隨鹽度的增高而降低；低溫、低鹽時，C p 隨溫度上升而減小，高溫、高鹽時C p 就隨溫度上升而增大；通常在鹽度S>30、溫度 t>10 ° C 時， C p總是溫度上升而增大；密度定壓比熱容積熱容Kgm 3 C p （

26、 JKg1C 1 ）C p Jm 3C 1精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 6 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -海水1.0251033.891034.010 6空氣1.291.001031.29103蒸發(fā)潛熱肯定質量的海水化為同溫度的蒸汽時所吸取的熱量稱為海水的蒸發(fā)潛熱，它與 鹽度關系不大，但隨溫度上升而減小，即L=2479-2.2t ；海水蒸發(fā)潛熱是全部物質中最大的，對海 -氣熱交換有著重大影響；熱傳導海水中熱量從高溫處傳向低溫處稱為海水熱傳導，分為海水分子熱傳導和海

27、水湍流熱傳導兩種；熱膨脹海水體積隨水溫變化而轉變，其相對變化率稱為熱膨脹系數，以表示，單位1K ；在肯定壓力和鹽度下1VVtp ,S或1tp ,S式中V 和分別是海水的體積和比容；是 S、t 和 p 的函數，其變化規(guī)律是：比純水的要 大；隨 S、t 和 p 的增大而增大；在一個大氣壓下，低溫、低鹽時，為負值；由正值變?yōu)樨撝邓鶎臏囟确Q為海水最大密度溫度tm ax ，它隨鹽度S 增大而降低；壓縮性海水體積隨壓力變化而轉變，其負的相對變化率稱為海水壓縮系數，有等溫壓縮系數和絕熱壓縮系數兩種；等溫壓縮系數以t 表示1tpS ,tt 隨 S、t 和 p 的增大而減??；與其它液體相比，海水壓縮系數是很

28、小的，故海洋學中常將海水視為不行壓縮；絕熱變化海水微團絕熱上升或下沉過程中，其溫度隨壓力轉變而變化；如肯定深度處的海水現場溫度為t，該處海水微團絕熱上升至海面溫度下降t ，就稱tt 為該水團在該深度處的位溫；位溫適用于爭論深層水溫分布，由于那里絕熱變化效應較為明顯；2 3 海水鹽度2 3 1 基于化學方法的鹽度首次定義1902 年鹽度首次定義：1Kg 海水中碳酸鹽全部轉化成氧化物，溴和碘以氯當量置換，有機物全部氧化之后所剩固體物質的總克數；單位g/Kg ，符號；此后依據“海水組成恒定性”，歸納出用測定海水氯含量來運算其鹽度的公式：S =0.030+1.8050Cl上式稱為Knudsen 鹽度公

29、式；式中Cl 定義為海水的氯度，即“1Kg 海水中的溴和碘以氯當量置換后氯離子的總克數”，單位和符號與鹽度相同，其值可用AgNO 3 滴定法測定；測定時要用一種所謂的標準海水來標定AgNO 3 溶液的濃度；國際上規(guī)定標準海水是氯度值精確為19.374 、對應鹽度為35.000 的大洋水；精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 7 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -2 3 2 1969 年鹽度的重新定義由于海水的電導與鹽度具有對應關系，通過測定海水水樣的電導和Cl ，并依據改進后

30、的 Knudsen 鹽度公式（即S =1.80655Cl ）算出鹽度，便可歸納出海水鹽度與其電導的函數關系；海水肯定電導很小，通常采納水樣在肯定條件下相對于標準海水電導的電導比R15 ，它被定義為“一個標準大氣壓下，15° C 時水樣的電導率C（ S，15， 0）與同溫同壓下標準海水電導率 C（ 35，15， 0）之比值”，即鹽度的重新定義：R15C S,15,0；C 35,15,0S 0 000.0899628.29720R1512.80832R210.67869R3151515155.98624R41.32311R5上述鹽度公式優(yōu)點是精度高、速度快，缺點是它依靠于“海水組成恒定性

31、”和Knudsen 鹽度公式，兩者均有肯定誤差，故鹽度的重新定義也有較大的誤差；C S,t ,0對于在任意溫度t 下測定的電導比查表進行；Rt，要進行溫度訂正；全部運算均可通過C 35, t,02 3 3 1978 年有用鹽度標度（PSS78）有用鹽度標度不再依靠于“海水組成恒定性”和Knudsen 鹽度公式，而是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 溶液的電導比來確定鹽度值；為保持鹽 度歷史資料與有用鹽度標度的連貫性，規(guī)定KCl 溶液的濃度精確值為32.4356，該溶液在一個標準大氣壓下，15° C 時的電導率C（ 32.4356 ， 15， 0 ）

32、與同溫同壓下標準海水電導率C（ 35， 15，0）相同；有用鹽度公式：5iSa K2i15i 0式中，K 15 是在一個標準大氣壓下，15° C 時水樣的電導率C（ S， 15， 0）與同溫同壓下標準KCl 溶液電導率C（ 32.4356， 15， 0）之比值，即K15C S,15,0C 32.4356,15,0a00.0080, a10.1692, a2525.3851, a314.0941, a47.0261, a52.7081,ai35.0000i0有用鹽度公式適用范疇為2S42；有用鹽度不再使用符號，因而其值是舊鹽度值的 1000 倍；明顯，K 151 時，水樣的有用鹽度S

33、精確為 35；海水的肯定鹽度（SA ）單位質量（ Kg ）海水中全部溶質的總質量，是無法直接測量的，它與有用鹽度值略有差異； 2 4海水密度2 4 1 海水密度的定義及其表示法精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 8 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -海水密度的定義：密度 Kgm 3 、比容mKg1 ，其關系為：1 /；和均是海水溫度t、鹽度S 及壓力p 的函數，即密度和現場比容；S,t ,p 、S,t,p ，分別稱為現場表示方法：Knudsen 參數1103上式中應懂得為海

34、水的比重，因而是個無量綱參數，且也是S、t 和 p 的函數；在海面（ p=0 ），t S, t （圖 2.2）；S,t ,0 ，此時稱為 條件密度 ，記為t ，僅是溫度和鹽度的函數t S, t,01103當 p=0、t=0 時，t 僅為鹽度 S 的函數，記為0 S,0,01103密度超量01000Kgm 3與具有相同的量綱Kgm3 ，且與數值相同，從而保證了海洋資料的連貫性；2 4 1 海水狀態(tài)方程海水狀態(tài)方程是海水密度或與其狀態(tài)參數S、t、p 的函數關系式，據此可利用現場實測的 S、t、p 來運算海水的密度；一個大氣壓國際海水狀態(tài)方程表示在一個標準大氣壓（海壓p 為 0）下，海水密度之間的函

35、數關系； S,t,0與有用鹽度S 和溫度tS,t ,0式中wASBS3 / 2CS 2A8.2449310 14.089910 3 t7.643810 5 t 28.246710 7 t 35.387510 9 t 4B5.7246610 31.022710 4 t1.654610 6 t 2C4.831410 4W999.8425946.79395210 2 t9.09529010 3 t 21.00168510 4 t 31.12021310 6 t 46.53633210 9 t 5該方程適用范疇是：2t40C, 0S42高壓國際海水狀態(tài)方程表示任意海壓下的海水密度數關系；S,t ,p

36、與有用鹽度S、溫度t 及 海水壓力p 之間的函精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 9 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - - S, t, p S,t ,011npK s, t, p式中S, t,0由“ 一個大氣壓國際海水狀態(tài)方程”確定；K S, t,p 由下式給出：K S, t , p其中K S,t ,0A np2B npK S,t ,0K W54.67460.603459t1.0998710 2 t 26.167010 5 t 3 S7.94410 21.648310 2 t

37、5.300910 4 t 2 S3 / 2A Aw2.283810 31.098110 5 t1.607810 6 t 2 S1.9017510 4 S3/ 2B B w9.934810 72.081610 8 t9.169710 10 t 2 S式中純水項由下式給出：K w19652.21148.4026t2.327105t 21.36047710 2 t 35.15528810 5 t 4Aw3.2399081.4371310 3 t1.1609210 4 t 25.7790510 7 t 35Bw8.5093510 56.1229310 6 t5.278710 8 t 2該方程適用范疇是

38、：2t40C , 0S42, 0p10 8 Pa，壓力匹配因數n10；高壓國際海水狀態(tài)方程也可表示為 S, t, p S, t,01npK S, T, P其中S, t,01 /S,t ,0 ，S,t ,0為一個大氣壓國際海水狀態(tài)方程，其余符號同上；上述國際海水狀態(tài)方程特點是運算精度高、物理意義清楚，同時仍可用以運算海水的熱膨脹系數、壓縮系數、比容批偏差等；2 5 海洋光學2 5 1 光在海水中的傳播特性反射和折射太陽光線到達海面的總輻射能I 0 ，一部分I r 將被反射，另一部分I i 就折射進入水中；當太陽高度增大時，反射率為光的反射率和折射率；I r減小，而折射率為I0I i增大；此外，風

39、浪也會影響海面對太陽I0散射和吸取折射進入水中的太陽光線因水分子和各種懸浮粒子作用不斷該轉變方向而產生散射，散射后光強度I s 取決于海面總輻射能I 0 ，并隨深度z 按指數變化，即kzI sI 0e式中 k 為散射系數；當c?；?d 粒0.32時， k14 ；當c粒時， k12 ；因此純凈的大洋水對可見光中的短波散射較劇烈、長波散射較弱；沿岸渾濁海水對太陽光散射較弱；精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 10 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -折射進入水中的太陽光線因水分子

40、等作用部分轉化為熱能等而產生吸取，吸取后光強度I a取決于海面總輻射能I 0 ，并隨深度z 按指數變化，即zI aI 0e式中為吸取系數，其值光波波長、懸浮物質及浮游生物分布等；大致規(guī)律：可見光中的短波吸取系數較小，長波吸取系數較大；大洋水吸取系數較小，沿岸海水長波吸取系數較大；光的衰減折射進入水中的太陽光線同時受到散射和吸取作用而形成衰減圖 2.3，衰減后光強度I 取決于海面總輻射能I 0 ，并隨深度z 按指數變化，即zII 0e式中為吸取系數，k；可見光中的短波衰減系數較小、長波衰減系數較大；大洋水衰減系數較小，沿岸海水長波衰減系數較大；2 5 2 水色和透亮度透亮度表示海水透光程度的物理

41、量，符號T，單位為m；有用中一般以透亮度盤的最大可見深度表示；理論上，透亮度用光強I 衰減到其入射光強I 0 的 e1 （即 4.3%）倍時，光所通過的距離表示，其值相當于衰減長度L （即衰減系數的倒數），即zL1式中衰減系數由光通過z=1m 時，光強 I 與入射光強I 0 的比值確定，即Iln I 0水色水色是指海水及其中懸浮物質及浮游生物等對折射進入水中的太陽光的向上的散射光譜；海色就是包括海面反射、散射及海水散射等多種光譜組成的顏色；水色是海水固有的光學性 質，也與海水中懸浮物質及浮游生物等有關；海色除與海水光學性質、懸浮物質及浮游生物等有關外，仍與太陽高度、天空狀況、海底、地質和水文條

42、件等有關；實際中，水色以透亮度值一半深度處，透亮度盤以上水柱的的顏色表示，并以水色計中最接近該顏色的色級號數作為水色記錄；號碼小，水色高；號碼大，水色低；水色和透亮度圖 2.4分布和變化大洋水水色高、透亮度大，沿岸海水水色低、透亮度小；低緯度（熱帶）海洋水色高、透亮度大，高緯度（溫帶、寒帶）海洋水色低、透亮度?。慌鳎ㄈ绾诔保┖Ｋ?、透亮度大，寒流（如親潮）水色低、透亮度??；等水色線一般與海岸線平行；河口鄰近海水水色低、透亮度?。? 6 海洋聲學2 6 1 聲波及其傳播速度1聲波是在彈性介質中傳播的一種縱波；聲波在水中傳播平均速度為1500 m1s，在空氣中傳播平均速度330 ms ；人耳

43、能辨論的聲波頻率為20-2010 3 Hz, 高于 20103 Hz 的聲波為超聲波、低于20 Hz 的為次聲波；精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 11 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - - - - - - - - -海水中聲波的波速c 21ts式中為海水密度，t 和s 分別為海水的等溫壓縮系數和絕熱壓縮系數，且c pt s ；為海水等壓比熱與等容比熱之比，即；由于和s 均是海水S、t 及 p 的函數，因此聲cv波在海水中的波速也是S、t 及 p 的函數；大致規(guī)律是：溫度t 增加、鹽度S 增大、及壓力

44、p 增大，就聲波波速增大；海水中聲波波速的體會公式c1449.30其中ct4.587tctcS5.35610cp2 t 2ctSp2.60410 4 t 3cS1.19S359.610 2 S35 2c p1.584810 1 p1.57210 5 p23.4610 12 p41ctSp1.3510 5 t 2 p7.1910 7 tp 21.210 2 S35t理論上，海水溫度每上升1° C，聲速相應增加4.21 ms；鹽度每增加1，聲速相應增加111.14 m s；壓力每增加1 個大氣壓（深度約增加10m），聲速相應增加0.319 m s；聲速垂直剖面及梯度聲速隨深度變化的分布曲

45、線cz稱為聲速垂直剖面圖 2.5；其詳細外形取決于海水的S、 t 和 p 等特定條件；通常夏季淺?；虼笱笊蠈又饕Q于水溫t；冬季淺海或大洋深層主要取決 于海水靜壓力p；詳細而言，夏季淺?；虼笱笊蠈勇曀僖话汶S深度增加而減?。欢緶\?；虼笱笊顚勇曀僖话汶S深度增加而加大；單位深度所對應的聲速的轉變量稱為聲速垂直梯度，即dc ，其表達式為dzdccGtdztccG SG pSp式中 Gtdt為水溫垂直梯度，G SdzdS為鹽度垂直梯度，G pdzdp0.1 （大氣壓）為壓 dz強垂直梯度；G S 一般可忽視，Gt 由實測到；實際中用聲速梯度儀可直接獲得聲速垂直剖面曲線，由此可推算出聲速垂直梯度；當聲

46、速垂直梯度值為正時，就稱聲速垂直剖面曲線為正梯度分布；反之，稱為負梯度分布；前者表示聲速隨深度增加而增加，后者就表示聲速隨深度增加而減??；2 6 2 海洋中聲波的傳播海洋聲學特性海水、海面和海底構成了一個復雜的聲波傳播空間，聲波通過這個空間時，一方面要受到海水介質的吸取，海水中氣泡、浮游生物和海水微團的散射，海面的反射與散射，及海底的反射與吸取等；另一方面，聲波傳播時波陣面隨傳播距離的增加而擴展，因此，聲強（能）將逐步減弱；精選名師 優(yōu)秀名師 - - - - - - - - - -第 12 頁，共 45 頁 - - - - - - - - - -精品word 名師歸納總結 - - - - -

47、- - - - - - -傳播特性通常聲波在海洋中的傳播方向和軌跡可用聲線來描述，其理論依據是折射定律；依據折射定律水下聲源發(fā)出的聲線將逐步向聲速小的地方彎曲，遇到海面、海底或溫躍層又被反射和散射；因此，聲速具有正梯度分布時，聲線向上彎曲；聲速具有負梯度分布時，聲線向下彎曲；（ 1）波導和反波導傳播在特定水文條件下，如聲波傳播時聲能缺失較小、傳播距離較遠，此種傳播稱為波導傳播；如聲波傳播時聲能缺失較大、傳播距離較近，就稱為反波導傳播；波導傳播多見于冬季淺海，聲速具有正梯度分布，聲線向上彎曲，至海面時極大部分被反射，一段時間后再次向上彎曲，并又被海面反射；如此不斷經海面反射和海水折射，形成波導傳

48、播；反波導傳播就常見于夏季淺海，聲速具有負梯度分布，聲線向下彎曲，至海底時被反 射，一段時間后再次向下彎曲，并又被海底反射；但是，由于海底對聲波吸取較多，聲波能量減較快，從而形成反波導傳播；2 聲道海洋中使聲波傳播時聲能限制于肯定深度層范疇內、從而使其超遠距離傳播的水層稱為聲道 圖 2.6；聲道是在聲速垂直剖面具有聲速最小值的特定情形下產生的；聲速最小值對應的深度稱為聲道軸；依據折射定律，位于聲道軸鄰近的聲源所發(fā)出的聲線，由于海水折射而被限制在聲道軸鄰近的水層內傳播，聲能缺失較小，形成波導型傳播；聲道分深海聲道和淺海表層聲道兩種；深海聲道多見于溫帶和熱帶大洋的深水區(qū)，上層聲速主要取決于水溫，深

49、度增加水溫降低，故聲速減?。豢隙ㄉ疃纫韵侣曀僦饕Q于壓力，深度增加壓力增大，故聲速加大；從而聲速垂直剖面形成微小值，其所在深度便是聲道軸的深度；淺海表層聲道多見于冬季淺海表層；2 7 海水溶解氧、pH 值及養(yǎng)分鹽2 7 1 海水中的溶解氧溶解氧溶解氧溶于海水中的氧的量簡稱為溶解氧，以0 ° C 、一個大氣壓下單位體積（ 1L ）海水中溶解氧的體積（ml）表示；表層海水與大氣接觸溶解有充分的氧氣，海水溶解氧近似達到平穩(wěn)，但是也有很多因素影響甚至打破這種平穩(wěn)；影響海水中溶解氧的因素溫度和鹽度肯定壓力下溶解氧可表示為溫度和鹽度函數，一般隨溫度上升和鹽度增大，溶解氧增大；大洋水溶解氧主要取決于溫度；秋、冬季海水溶解氧上升，春、夏季海水溶解氧降低；寒流溶解氧較高、暖流較低；生物上層海洋中的光合作用產生氧氣，故春、夏季淺海海水溶解氧可能達到過飽和；深層海洋中的氧化呼吸作用就不斷消耗氧；光合作用只能在光合層中進行，而呼吸作用就不然，因此隨著深度增加，光合作用產生的氧逐步削減，至肯定深度時間合作用產生的氧與呼吸作用消耗的氧數量相當，該深度稱為溶解氧補償