第四章 鹽度測量

1、第四章第四章 鹽度測量鹽度測量主要內容主要內容鹽度的定義和演變鹽度的定義和演變鹽度的測量鹽度的測量SYC2-2型實驗室海型實驗室海水鹽度計測鹽度水鹽度計測鹽度1概述概述n海洋中儲存了來自陸地的大量化學溶解物質海洋中儲存了來自陸地的大量化學溶解物質海水中含量最多的海水中含量最多的11種化學物質種化學物質五種陽離子：鈉、鎂、鈣、鉀、鍶五種陽離子：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物質的多寡用鹽度表示海水中化學物質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)密切相關與沿岸徑流量、降水、及海面蒸發(fā)密切相關影響和制約其它水文、化學、生物要素分布變化影響和制約其它水文、化學、生物要素分布變化234.1 鹽度的定義和演變鹽度的定義和演變絕對鹽度：海水中溶解物質質量與海水絕對鹽度：海水中溶解物質質量與海水質量比值質量比值不能直接測量不能直接測量各種實用鹽度定義誕生各種實用鹽度定義誕生4原始鹽度定義原始鹽度定義克紐森鹽度公式克紐森鹽度公式(1902)1969電導鹽度定義電導鹽度定義1978實用鹽度定義實用鹽度定義1kg海水中，碳酸鹽全部轉換成氧化物，溴和碘全海水中，碳酸鹽全部轉換成氧化物，溴和碘全

3、部以當量的氯置換，有機物全部氧化后，所含無機部以當量的氯置換，有機物全部氧化后，所含無機鹽的克數，單位是鹽的克數，單位是g/kg，符號為，符號為測量方法：取一定量的海水樣品，加鹽酸酸化后，測量方法：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，稱量剩余固體物質的質量小時，稱量剩余固體物質的質量缺點：操作十分復雜，測一個樣品要花費幾天時間，缺點：操作十分復雜，測一個樣品要花費幾天時間，不適合于海洋調查不適合于海洋調查5一一、鹽度原始定義、鹽度原始定義實踐中，測定海水的氯度實踐中，測定海水的氯度(Cl )，基于，

4、基于海水組成海水組成恒定性規(guī)律恒定性規(guī)律，間接計算鹽度，間接計算鹽度(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，氯離子的海水中以氯置換溴和碘后，氯離子的總克數總克數60000000.030 1.8050SCl二、克紐森鹽度公式二、克紐森鹽度公式(1902年年)克紐森鹽度公式用統(tǒng)克紐森鹽度公式用統(tǒng)一的硝酸銀滴定法和海一的硝酸銀滴定法和海洋常用表，在實際工作洋常用表，在實際工作中顯示了極大的中顯示了極大的優(yōu)越性優(yōu)越性此公式只是一種近似關系此公式只是一種近似關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，鹽度值大于時，鹽度值大于0海水組成恒定性規(guī)律

5、不夠海水組成恒定性規(guī)律不夠嚴格嚴格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度是可變的，但常量成定義：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、中國海和白海等多處海水水樣后，黑海、波羅的海、中國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，都含有同樣種類的全世界一切海水水樣，都含有同樣種類的成分，這些成分之間只有鹽含量總值不同的區(qū)別成分，這些成分之間只有鹽含量總值不同的區(qū)別”Dittmar 從從“

6、H. M. S. Challenger”號調查船在環(huán)號調查船在環(huán)球航行所采集的球航行所采集的77個水樣分析中也證實了個水樣分析中也證實了Marcet結結論的正確性論的正確性 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恒定只是幾乎保持恒定并非絕對恒定7原理原理對于粗細均勻的導體，材料和溫度一致時，對于粗細均勻的導體，材料和溫度一致時，其電阻與長度其電阻與長度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，倒數稱為電導率：電阻率，倒數稱為電導率海水的電導率取決于其溫度、鹽度和壓力海水的電導率取決于其溫度、

7、鹽度和壓力測定海水的電導率和溫度、壓力，即可求測定海水的電導率和溫度、壓力，即可求得海水的鹽度得海水的鹽度8三、三、1969年電導鹽度定義年電導鹽度定義920世紀世紀60年代初，英國國立海洋研究所年代初，英國國立海洋研究所Cox 等人從各等人從各大洋及波羅的海、黑海、地中海和紅海采集了大洋及波羅的海、黑海、地中海和紅海采集了200 m層以淺的層以淺的135個海水樣品個海水樣品 應用標準海水應用標準海水(鹽度鹽度35.000，溫度，溫度15C，天然大洋海水，天然大洋海水)，準確測定水樣的氯度值準確測定水樣的氯度值 測定具有不同鹽度的水樣與標準海水在一個標準大氣壓下測定具有不同鹽度的水樣與標準海水

8、在一個標準大氣壓下的電導比的電導比(R15) 得到鹽度得到鹽度-氯度的新關系式和鹽度氯度的新關系式和鹽度-相對電導率關系式相對電導率關系式000000200015153451515151.806550.0899628.2972012.8083210.678695.986241.32311SClSRRRRR 101969年電導鹽度定義優(yōu)缺點年電導鹽度定義優(yōu)缺點優(yōu)點：優(yōu)點：準確度高，速度快，操作簡便，適于海上現(xiàn)場觀測準確度高，速度快，操作簡便，適于海上現(xiàn)場觀測缺點：缺點：以海水組成恒定性為基礎以海水組成恒定性為基礎定義中所用水樣均為表層，不能反映大洋深處由于定義中所用水樣均為表層，不能反映大洋深處

9、由于海水的成分變化而引起電導值變化的情況海水的成分變化而引起電導值變化的情況國際海洋用表中的溫度范圍為國際海洋用表中的溫度范圍為10C31C，溫度低于，溫度低于10C時，電導值要用其他方法校正，從而帶來誤差時，電導值要用其他方法校正，從而帶來誤差 為克服鹽度標準受海水成分影響的問題，為克服鹽度標準受海水成分影響的問題，建立了實用鹽標建立了實用鹽標依然采用電導的方法測定海水的鹽度依然采用電導的方法測定海水的鹽度與與1969年電導鹽度定義不同之處：年電導鹽度定義不同之處：克服了海水鹽度標準受海水成分變化的影響問題克服了海水鹽度標準受海水成分變化的影響問題采用高純度的采用高純度的KCl制成一定濃度的

10、溶液，作為鹽制成一定濃度的溶液，作為鹽度的準確參考標準，而與海水樣品的氯度值無關度的準確參考標準，而與海水樣品的氯度值無關115/2150iiiSa KK15：15oC和一個標準大氣壓下海水樣品與標準和一個標準大氣壓下海水樣品與標準KCl溶液的電導率比值溶液的電導率比值K15=1：S=35(無量綱量無量綱量)0,15,4356.32()0,15,(15CSCK5035iia四、四、1978年實用鹽標年實用鹽標(psu: practical salinity unit)任意溫度下海水樣品電導比任意溫度下海水樣品電導比RT的鹽度表達式的鹽度表達式1255/2/200151(15)iiiTiTiiT

11、Sa RbRK T001122334455500.0080,0.00050.1692,0.005625.3851,0.006614.0941,0.03757.0261,0.06362.7081,0.01440.0000,0.0162235iiababababababbKCTC 134.2 鹽度的測量鹽度的測量一、觀測時間、標準層次及準確度要求一、觀測時間、標準層次及準確度要求n觀測時間：與水溫同時觀測觀測時間：與水溫同時觀測大面或斷面站：船到站即觀測一次大面或斷面站：船到站即觀測一次連續(xù)站：每連續(xù)站：每2小時觀測一次小時觀測一次n標準層次：與溫度相同標準層次：與溫度相同 (?)n準確度要求準確

12、度要求14準確度等級準確度等級準確度準確度分辨率分辨率10.020.00520.050.0130.20.05化學方法和物理方法兩大類化學方法和物理方法兩大類化學方法化學方法(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法電導法15二、鹽度的測量方法二、鹽度的測量方法三、利用現(xiàn)場溫鹽深儀三、利用現(xiàn)場溫鹽深儀CTD測量鹽度原理測量鹽度原理16( , , )( , , )( , ,0)(35, ,0)(35,15,0)( , ,0)(35, ,0)(35,15,0)PT TC S T PC S T PC S TCTRCC S TCTCR R

13、 r從現(xiàn)場調查的從現(xiàn)場調查的CTD獲取的相對電導率獲取的相對電導率R、溫度、壓力數據，須經過處理后、溫度、壓力數據，須經過處理后才能得到鹽度資料才能得到鹽度資料現(xiàn)場測定的相對電導率可分為三部分：現(xiàn)場測定的相對電導率可分為三部分：n壓力對電導比的影響壓力對電導比的影)( , , )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溫度對電導比的影響溫度對電導比的影響r

14、T：標準海水的溫度系數：標準海水的溫度系數1823401234(35, ,0)(35,15,0)TCTrCCTC TC TC TC0214273940.6766122.00557 103.989 107.04373 101.11940 10CCCCC n鹽度對電導比的影響鹽度對電導比的影響RT19TP TRRR r55/2/200151(15)iiiTiTiiTSa RbRK T注意事項注意事項:觀測期間觀測期間CTD應每天與實驗室鹽度計進行比測，應每天與實驗室鹽度計進行比測，以確保其準確度，如達不到要求，應重新標定以確保其準確度，如達不到要求，應重新標定CTD電導率傳感器必須保持清潔，每次觀測完畢電導率傳感器必須保持清潔，每次觀測完畢應用蒸餾水沖洗，不能殘留鹽粒和污物應用蒸餾水沖洗，不能殘留鹽粒和污物204.3 SYC2-2型實驗室海水鹽度計測鹽度型實驗室海水鹽度計測鹽度一、儀器參數一、儀器參數利用電極電導池測試海水相對電導率的儀器利用電極電導池測試海水相對電導率的儀器21參數參數數值數值測量鹽度范圍測量鹽度范圍343使用環(huán)境溫度使用環(huán)境溫度0C被測水樣溫度被測水樣溫度0C40C儀器準確度儀器準確度0.003消耗水樣體積消耗水樣體積60 mL儀器采