第四章 鹽度測(cè)量

1、第四章第四章 鹽度測(cè)量鹽度測(cè)量主要內(nèi)容主要內(nèi)容鹽度的定義和演變鹽度的定義和演變鹽度的測(cè)量鹽度的測(cè)量SYC2-2型實(shí)驗(yàn)室海水鹽度計(jì)測(cè)鹽度型實(shí)驗(yàn)室海水鹽度計(jì)測(cè)鹽度1概述概述n海洋中儲(chǔ)存了來(lái)自陸地的大量化學(xué)溶解物質(zhì)海洋中儲(chǔ)存了來(lái)自陸地的大量化學(xué)溶解物質(zhì)海水中含量最多的海水中含量最多的11種化學(xué)物質(zhì)種化學(xué)物質(zhì)五種陽(yáng)離子：鈉、鎂、鈣、鉀、鍶五種陽(yáng)離子：鈉、鎂、鈣、鉀、鍶五種陰離子：氯、硫酸根、碳酸氫根、溴、氟五種陰離子：氯、硫酸根、碳酸氫根、溴、氟硼酸分子硼酸分子n用鹽度表示海水中化學(xué)物質(zhì)的多寡用鹽度表示海水中化學(xué)物質(zhì)的多寡海水的鹽度是海水含鹽量的定量量度海水的鹽度是海水含鹽量的定量量度海水最重要的理化

2、特性之一海水最重要的理化特性之一與沿岸徑流量、降水、及海面蒸發(fā)密切相關(guān)與沿岸徑流量、降水、及海面蒸發(fā)密切相關(guān)影響和制約其它水文、化學(xué)、生物等要素分布變化影響和制約其它水文、化學(xué)、生物等要素分布變化24.1 鹽度的定義和演變鹽度的定義和演變絕對(duì)鹽度：海水中溶解物質(zhì)質(zhì)量與海水質(zhì)量比值絕對(duì)鹽度：海水中溶解物質(zhì)質(zhì)量與海水質(zhì)量比值不能直接測(cè)量不能直接測(cè)量各種實(shí)用鹽度定義誕生各種實(shí)用鹽度定義誕生34.1 鹽度的定義和演變鹽度的定義和演變一、克紐森鹽度公式一、克紐森鹽度公式(1902年年)原始定義：原始定義：1kg海水中，碳酸鹽全部轉(zhuǎn)換成氧化物，海水中，碳酸鹽全部轉(zhuǎn)換成氧化物，溴和碘全部以當(dāng)量的氯置換，有機(jī)

3、物全部氧化后，溴和碘全部以當(dāng)量的氯置換，有機(jī)物全部氧化后，所含無(wú)機(jī)鹽的克數(shù)，單位是所含無(wú)機(jī)鹽的克數(shù)，單位是g/kg，符號(hào)為，符號(hào)為測(cè)量方法：取一定量的海水樣品，加鹽酸酸化后，測(cè)量方法：取一定量的海水樣品，加鹽酸酸化后，再加氯水，蒸干后繼續(xù)增溫，在再加氯水，蒸干后繼續(xù)增溫，在480C的條件下干的條件下干燥燥48小時(shí)，稱(chēng)量剩余固體物質(zhì)的質(zhì)量小時(shí)，稱(chēng)量剩余固體物質(zhì)的質(zhì)量上述方法操作十分復(fù)雜，測(cè)一個(gè)樣品要花費(fèi)幾天上述方法操作十分復(fù)雜，測(cè)一個(gè)樣品要花費(fèi)幾天時(shí)間，不適合于海洋調(diào)查時(shí)間，不適合于海洋調(diào)查4實(shí)踐中，測(cè)定海水的氯度實(shí)踐中，測(cè)定海水的氯度(Cl )，基于海水組成恒，基于海水組成恒定性規(guī)律，間接計(jì)算

4、鹽度定性規(guī)律，間接計(jì)算鹽度(克紐森鹽度公式克紐森鹽度公式)：氯度：氯度： 1kg海水中以氯置換溴和碘后，氯離子的總海水中以氯置換溴和碘后，氯離子的總克數(shù)克數(shù)克紐森鹽度公式用統(tǒng)一的硝酸銀滴定法和海洋?？思~森鹽度公式用統(tǒng)一的硝酸銀滴定法和海洋常用表，在實(shí)際工作中顯示了極大的優(yōu)越性用表，在實(shí)際工作中顯示了極大的優(yōu)越性此公式只是一種近似關(guān)系此公式只是一種近似關(guān)系滴定法在船上操作不方便滴定法在船上操作不方便氯度為氯度為0時(shí)，鹽度值大于時(shí)，鹽度值大于0海水組成恒定性規(guī)律不夠嚴(yán)格海水組成恒定性規(guī)律不夠嚴(yán)格50000000.030 1.8050SCl海水組成恒定性原理海水組成恒定性原理定義：海水的總含鹽量或鹽

5、度是可變的，但常量定義：海水的總含鹽量或鹽度是可變的，但常量成分濃度之間的比值幾乎保持恒定成分濃度之間的比值幾乎保持恒定發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)：1819年年Marcet在分析了北冰洋、大西洋、地中海、在分析了北冰洋、大西洋、地中海、黑海、波羅的海、中國(guó)海和白海等多處海水水樣后，黑海、波羅的海、中國(guó)海和白海等多處海水水樣后，提出了提出了“全世界一切海水水樣，都含有同樣種類(lèi)的成全世界一切海水水樣，都含有同樣種類(lèi)的成分，這些成分之間只有鹽含量總值不同的區(qū)別分，這些成分之間只有鹽含量總值不同的區(qū)別”Dittmar 從從“H. M. S. Challenger”號(hào)調(diào)查船在環(huán)球航號(hào)調(diào)查船在環(huán)球航行所采集的行所采集的7

6、7個(gè)水樣分析中也證實(shí)了個(gè)水樣分析中也證實(shí)了Marcet結(jié)論的正結(jié)論的正確性確性 Marcet 原理提出的海水常量成分濃度之間的比值原理提出的海水常量成分濃度之間的比值只是幾乎保持恒定并非絕對(duì)恒定只是幾乎保持恒定并非絕對(duì)恒定6二、二、1969年電導(dǎo)鹽度定義年電導(dǎo)鹽度定義原理原理對(duì)于粗細(xì)均勻的導(dǎo)體，材料和溫度一致時(shí)，其電對(duì)于粗細(xì)均勻的導(dǎo)體，材料和溫度一致時(shí)，其電阻與長(zhǎng)度阻與長(zhǎng)度L成正比、橫截面積成正比、橫截面積S成反比：成反比： R=L/S：電阻率，倒數(shù)稱(chēng)為電導(dǎo)率：電阻率，倒數(shù)稱(chēng)為電導(dǎo)率海水的電導(dǎo)率取決于其溫度、鹽度和壓力海水的電導(dǎo)率取決于其溫度、鹽度和壓力測(cè)定海水的電導(dǎo)率和溫度、壓力，即可求得海

7、水測(cè)定海水的電導(dǎo)率和溫度、壓力，即可求得海水的鹽度的鹽度7820世紀(jì)世紀(jì)60年代初，英國(guó)國(guó)立海洋研究所年代初，英國(guó)國(guó)立海洋研究所Cox 等人等人從各大洋及波羅的海、黑海、地中海和紅海采集從各大洋及波羅的海、黑海、地中海和紅海采集了了200 m層以淺的層以淺的135個(gè)海水樣品個(gè)海水樣品 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)海水應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)海水(鹽度鹽度35.000，溫度，溫度15C，天然大洋海，天然大洋海水水)，準(zhǔn)確測(cè)定水樣的氯度值，準(zhǔn)確測(cè)定水樣的氯度值 測(cè)定具有不同鹽度的水樣與標(biāo)準(zhǔn)海水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣測(cè)定具有不同鹽度的水樣與標(biāo)準(zhǔn)海水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的電導(dǎo)比壓下的電導(dǎo)比(R15) 得到鹽度得到鹽度-氯度的新關(guān)系式和鹽度氯度的新

8、關(guān)系式和鹽度-相對(duì)電導(dǎo)率關(guān)系式相對(duì)電導(dǎo)率關(guān)系式000000200015153451515151.806550.0899628.2972012.8083210.678695.986241.32311SClSRRRRR 91969年電導(dǎo)鹽度定義優(yōu)缺點(diǎn)年電導(dǎo)鹽度定義優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，速度快，操作簡(jiǎn)便，適于海上現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)準(zhǔn)確度高，速度快，操作簡(jiǎn)便，適于海上現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：以海水組成恒定性為基礎(chǔ)以海水組成恒定性為基礎(chǔ)定義中所用水樣均為表層，不能反映大洋深處由于海定義中所用水樣均為表層，不能反映大洋深處由于海水的成分變化而引起電導(dǎo)值變化的情況水的成分變化而引起電導(dǎo)值變化的情況國(guó)際海洋用表中的溫

9、度范圍為國(guó)際海洋用表中的溫度范圍為10C31C，溫度低于，溫度低于10C時(shí)，電導(dǎo)值要用其他方法校正，從而帶來(lái)誤差時(shí)，電導(dǎo)值要用其他方法校正，從而帶來(lái)誤差 為克服鹽度標(biāo)準(zhǔn)受海水成分影響的問(wèn)題，為克服鹽度標(biāo)準(zhǔn)受海水成分影響的問(wèn)題，建立了實(shí)用鹽標(biāo)建立了實(shí)用鹽標(biāo)三、三、1978年實(shí)用鹽標(biāo)年實(shí)用鹽標(biāo)(psu: practical salinity unit)依然采用電導(dǎo)的方法測(cè)定海水的鹽度依然采用電導(dǎo)的方法測(cè)定海水的鹽度與與1969年電導(dǎo)鹽度定義不同之處：年電導(dǎo)鹽度定義不同之處：克服了海水鹽度標(biāo)準(zhǔn)受海水成分變化的影響問(wèn)題克服了海水鹽度標(biāo)準(zhǔn)受海水成分變化的影響問(wèn)題采用高純度的采用高純度的KCl制成一定濃度

10、的溶液，作為鹽制成一定濃度的溶液，作為鹽度的準(zhǔn)確參考標(biāo)準(zhǔn)，而與海水樣品的氯度值無(wú)關(guān)度的準(zhǔn)確參考標(biāo)準(zhǔn)，而與海水樣品的氯度值無(wú)關(guān)105/2150iiiSa KK15：15oC和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下海水樣品與標(biāo)準(zhǔn)和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下海水樣品與標(biāo)準(zhǔn)KCl溶液的電導(dǎo)率比值溶液的電導(dǎo)率比值K15=1：S=35(無(wú)量綱量無(wú)量綱量)0,15,4356.32()0,15,(15CSCK5035iia任意溫度下海水樣品電導(dǎo)比任意溫度下海水樣品電導(dǎo)比RT的鹽度表達(dá)式的鹽度表達(dá)式1155/2/200151(15)iiiTiTiiTSa RbRK T001122334455500.0080,0.00050.1692,0.00

11、5625.3851,0.006614.0941,0.03757.0261,0.06362.7081,0.01440.0000,0.0162235iiababababababbKCTC 4.2 鹽度的測(cè)量鹽度的測(cè)量一、觀測(cè)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)層次及準(zhǔn)確度要求一、觀測(cè)時(shí)間、標(biāo)準(zhǔn)層次及準(zhǔn)確度要求n觀測(cè)時(shí)間：與水溫同時(shí)觀測(cè)觀測(cè)時(shí)間：與水溫同時(shí)觀測(cè)大面或斷面站：船到站即觀測(cè)一次大面或斷面站：船到站即觀測(cè)一次連續(xù)站：每連續(xù)站：每2小時(shí)觀測(cè)一次小時(shí)觀測(cè)一次n標(biāo)準(zhǔn)層次：與溫度相同標(biāo)準(zhǔn)層次：與溫度相同n準(zhǔn)確度要求準(zhǔn)確度要求12準(zhǔn)確度等級(jí)準(zhǔn)確度等級(jí)準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度分辨率分辨率10.020.00520.050.0130.20.0

12、5二、鹽度的測(cè)量方法二、鹽度的測(cè)量方法化學(xué)方法和物理方法兩大類(lèi)化學(xué)方法和物理方法兩大類(lèi)化學(xué)方法化學(xué)方法(硝酸銀滴定法硝酸銀滴定法)克紐森鹽度定義克紐森鹽度定義物理方法物理方法比重法比重法折射率法折射率法電導(dǎo)法電導(dǎo)法13三、利用現(xiàn)場(chǎng)溫鹽深儀三、利用現(xiàn)場(chǎng)溫鹽深儀CTD測(cè)量鹽度原理測(cè)量鹽度原理從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的CTD獲取的相對(duì)電導(dǎo)率獲取的相對(duì)電導(dǎo)率R、溫度、壓、溫度、壓力數(shù)據(jù)，須經(jīng)過(guò)處理后才能得到鹽度資料力數(shù)據(jù)，須經(jīng)過(guò)處理后才能得到鹽度資料現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的相對(duì)電導(dǎo)率可分為三部分：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的相對(duì)電導(dǎo)率可分為三部分：14( , ,)( , ,)( , ,0)(35, ,0)(35,15,0)( , ,0

13、)(35, ,0)(35,15,0)PT TC S T PC S T PC S TCTRCC S TCTCR R rn壓力對(duì)電導(dǎo)比的影響壓力對(duì)電導(dǎo)比的影)( , , )1( , ,0)1()PP CC PC PC S T PRC S Td Td Tdd T R 511021532.070 106.37 103.989 10CCC 214213343.426 104.464 104.215 103.107 10dddd n溫度對(duì)電導(dǎo)比的影響溫度對(duì)電導(dǎo)比的影響rT：標(biāo)準(zhǔn)海水的溫度系數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)海水的溫度系數(shù)1623401234(35, ,0)(35,15,0)TCTrCCTC

14、 TC TC TC0214273940.6766122.00557 103.989 107.04373 101.11940 10CCCCC n鹽度對(duì)電導(dǎo)比的影響鹽度對(duì)電導(dǎo)比的影響RT17TP TRRR r55/2/200151(15)iiiTiTiiTSa RbRK T注意事項(xiàng)注意事項(xiàng):觀測(cè)期間觀測(cè)期間CTD應(yīng)每天與實(shí)驗(yàn)室鹽度計(jì)進(jìn)行比測(cè)應(yīng)每天與實(shí)驗(yàn)室鹽度計(jì)進(jìn)行比測(cè)，以確保其準(zhǔn)確度，如達(dá)不到要求，應(yīng)重新標(biāo)定，以確保其準(zhǔn)確度，如達(dá)不到要求，應(yīng)重新標(biāo)定CTD電導(dǎo)率傳感器必須保持清潔，每次觀測(cè)完電導(dǎo)率傳感器必須保持清潔，每次觀測(cè)完畢應(yīng)用蒸餾水沖洗，不能殘留鹽粒和污物畢應(yīng)用蒸餾水沖洗，不能殘留鹽粒和污物

15、4.3 SYC2-2型實(shí)驗(yàn)室海水鹽度計(jì)測(cè)鹽度型實(shí)驗(yàn)室海水鹽度計(jì)測(cè)鹽度一、儀器參數(shù)一、儀器參數(shù)利用電極電導(dǎo)池測(cè)試海水相對(duì)電導(dǎo)率的儀器利用電極電導(dǎo)池測(cè)試海水相對(duì)電導(dǎo)率的儀器18參數(shù)參數(shù)數(shù)值數(shù)值測(cè)量鹽度范圍測(cè)量鹽度范圍343使用環(huán)境溫度使用環(huán)境溫度0C被測(cè)水樣溫度被測(cè)水樣溫度0C40C儀器準(zhǔn)確度儀器準(zhǔn)確度0.003消耗水樣體積消耗水樣體積60 mL儀器采用雙電導(dǎo)池結(jié)構(gòu)，一個(gè)充灌標(biāo)準(zhǔn)海水，用于溫度儀器采用雙電導(dǎo)池結(jié)構(gòu)，一個(gè)充灌標(biāo)準(zhǔn)海水，用于溫度補(bǔ)償；另一個(gè)用于樣品海水的測(cè)量補(bǔ)償；另一個(gè)用于樣品海水的測(cè)量?jī)呻妼?dǎo)池同置于一小型的非恒溫水浴中，水浴中有一微兩電導(dǎo)池同置于一小型的非恒溫水浴中，水浴中有一微型電動(dòng)攪拌器，使兩電導(dǎo)池溫度一致型電動(dòng)攪拌器