第三章 海溫觀測(cè)

第三章海溫觀測(cè)主要內(nèi)容溫度觀測(cè)的基本要求各式測(cè)溫計(jì)簡(jiǎn)述玻璃液體溫度計(jì)表面溫度計(jì)測(cè)溫顛倒溫度計(jì)測(cè)溫溫深系統(tǒng)測(cè)溫遙感測(cè)溫1概述海水溫度是海洋物理性質(zhì)中最基本的要素之一海洋水團(tuán)劃分海水不同層次的鋒面結(jié)構(gòu)海流的性質(zhì)判別海水密度大小與溫度高低相關(guān)海溫分布不均勻?qū)е潞Ｋl(fā)生水平與垂直方向的運(yùn)動(dòng)因太陽(yáng)照射不均勻，全球海洋溫度分布也不均勻赤道海區(qū)太陽(yáng)直射時(shí)間長(zhǎng)，海水溫度較高中緯度海區(qū)日射偏斜，海水溫度相對(duì)赤道地區(qū)低極地海區(qū)太陽(yáng)照射更少，海面終年冰封或水溫極低234T:實(shí)測(cè)溫度θ:位勢(shì)溫度53.1溫度觀測(cè)的基本要求海洋溫度的單位均采用攝氏溫標(biāo)(?C)問(wèn)題：為什么要求準(zhǔn)確度？答：溫度對(duì)密度影響顯著，而密度的微小變化都可導(dǎo)致海水大規(guī)模運(yùn)動(dòng)海洋學(xué)上，大洋溫度的測(cè)量，特別是深層水溫的觀測(cè)，要求達(dá)到很高的準(zhǔn)確度下層水溫的準(zhǔn)確度必須在0.05?C以下有時(shí)要求達(dá)到0.01?C，如研究溫度變化很小的深層大洋6一、溫度觀測(cè)的準(zhǔn)確度要求對(duì)于大陸架和近岸淺水域，溫度變化相對(duì)較大，用于測(cè)定表層水溫的溫度計(jì)的準(zhǔn)確度不一定很高實(shí)際工作中，根據(jù)所測(cè)項(xiàng)目的要求，制定測(cè)溫的準(zhǔn)確度范圍除根據(jù)海區(qū)具體情況外，須從客觀需要出發(fā)，盡量達(dá)到一種資料多種用途的效果應(yīng)考慮到現(xiàn)有的技術(shù)水平世界海洋學(xué)家共識(shí)：對(duì)于大洋，因其溫度分布均勻，變化緩慢，觀測(cè)準(zhǔn)確度要求較高，準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到±0.02?C對(duì)用遙感手段觀測(cè)海溫或其他儀器觀測(cè)上層海水躍層情況時(shí)，可適當(dāng)放寬要求在淺海，海溫變化劇烈，準(zhǔn)確度為±0.1?C71.觀測(cè)層次表層溫度觀測(cè)表層：海表面以下1m以內(nèi)水層表層以下溫度觀測(cè)底層的定義：水深<50m時(shí)，底層為離底2m的水層水深在50~100m時(shí)，底層為離底5m的水層水深在100~200m時(shí)，底層為離底10m的水層水深>200m時(shí)，在保證儀器不觸底的原則下盡量靠近海底，通常離底距離不小于25m8二、溫度觀測(cè)的時(shí)次與標(biāo)準(zhǔn)層次2.觀測(cè)時(shí)次沿岸臺(tái)站只觀測(cè)表面水溫，觀測(cè)時(shí)間一般為2、8、14、20時(shí)海上觀測(cè)大面或斷面站，船到站就觀測(cè)一次連續(xù)站每?jī)尚r(shí)觀測(cè)一次9103.2各式測(cè)溫計(jì)簡(jiǎn)述液體溫度計(jì)代表：表面溫度計(jì)、顛倒溫度計(jì)顛倒溫度計(jì)：自發(fā)明(1876年)至今已有100多年優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高、使用方便、性能比較穩(wěn)定，仍是深層水溫觀測(cè)的基本標(biāo)準(zhǔn)儀器只能在停船時(shí)使用，且只能測(cè)定單層溫度機(jī)械式溫度計(jì)代表：深度溫度計(jì)用于自動(dòng)記錄各深度層的水溫?cái)?shù)值能連續(xù)反映溫度垂直變化，判別溫躍層深度、強(qiáng)度11現(xiàn)已淘汰一、液體和機(jī)械式溫度計(jì)液體和機(jī)械式溫度計(jì)缺點(diǎn)：感溫較慢、靈敏度不高、不能長(zhǎng)期連續(xù)自記廣泛采用電學(xué)式或電子式溫度計(jì)熱電式溫度計(jì)可在定點(diǎn)或走航時(shí)使用測(cè)溫深度100m以內(nèi)測(cè)溫準(zhǔn)確度較低，約為±0.5?C電阻式溫度計(jì)可在定點(diǎn)或走航時(shí)使用測(cè)溫深度可達(dá)500m測(cè)溫準(zhǔn)確度較高，約為±0.1?C國(guó)內(nèi)外廣泛采用的測(cè)溫儀器12二、電子溫度計(jì)電子式溫度計(jì)可在定點(diǎn)或走航時(shí)使用測(cè)溫準(zhǔn)確度較高，定點(diǎn)時(shí)可達(dá)±0.02?C，航速為16節(jié)時(shí)可達(dá)±0.1?C國(guó)內(nèi)外廣泛采用的測(cè)溫儀器晶體振蕩式溫度計(jì)測(cè)溫準(zhǔn)確度很高，可達(dá)±0.001?C感溫時(shí)間較長(zhǎng)，不適合走航使用專供定點(diǎn)觀測(cè)及校正儀器用13紅外線觀測(cè)海表溫度熱紅外輻射計(jì)接收從海面發(fā)射的熱輻射，從而推算海表面溫度遙感溫度優(yōu)點(diǎn)：觀測(cè)面積大，時(shí)間短，可以研究各種尺度的海洋現(xiàn)象遙感溫度缺點(diǎn)：只能觀測(cè)海洋表面的溫度，不能得到海洋垂直溫度分布14三、遠(yuǎn)距離海表溫度輻射探測(cè)153.3玻璃液體溫度計(jì)16表面溫度計(jì)、顛倒溫度計(jì)利用裝在玻璃容器中的測(cè)溫液體，隨溫度改變而引起體積，從而液柱位置的變化來(lái)測(cè)定溫度17α為測(cè)溫液的視膨脹系數(shù)，即測(cè)溫液體與玻璃膨脹系數(shù)差一、玻璃液體溫度計(jì)的測(cè)溫原理設(shè)溫度為0?C時(shí)球部與管部的液體體積為V0，當(dāng)溫度改變到t?C時(shí)，液體體積為Vt，變化量為ΔV液體積變化量ΔV，進(jìn)入截面積為S的毛細(xì)管，使得毛細(xì)管內(nèi)液柱的長(zhǎng)度改變了ΔL：18V0，α，S已固定，故ΔL與溫度的變化成正比溫度升高，毛細(xì)管中的液柱就伸長(zhǎng)；反之，液柱縮短ΔL/Δt表示溫度每變化1?C時(shí)，液體的改變量，即單位刻度的長(zhǎng)度，也即溫度計(jì)的靈敏度如何更靈敏？1.常定誤差由于制作溫度計(jì)技術(shù)條件的限制和材料的某些物理特性變化而引起的，可通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)作比較檢定而得出器差因制作不良而引起的誤差刻度標(biāo)準(zhǔn)和零點(diǎn)位置不正確毛細(xì)管內(nèi)徑不一致非線性誤差因液體分化引起的誤差由于玻璃收縮引起的誤差19二、玻璃液體溫度計(jì)的誤差2.非常定誤差由于外界因素和人為因素的影響而引起的儀器誤差，不能完全通過(guò)器差訂正消除水溫與氣溫不一致造成的誤差在水中測(cè)溫，在空氣中讀數(shù)視線誤差20213.4表面溫度計(jì)測(cè)溫用于測(cè)量表層溫度范圍-6?C~+40?C分度值0.2?C準(zhǔn)確度0.1?C一、儀器結(jié)構(gòu)由一支普通的水銀溫度計(jì)安裝在一個(gè)金屬外殼內(nèi)構(gòu)成，外殼下端是一個(gè)直徑約5cm、高約6cm的金屬桶，桶外殼上有數(shù)個(gè)小孔，供海水進(jìn)出22二、觀測(cè)與使用可在臺(tái)站或船上使用溫度計(jì)直接放入水中觀測(cè)(風(fēng)浪較小)用水桶取水觀測(cè)(風(fēng)浪較大)23方法步驟把溫度計(jì)直接浸入海中進(jìn)行測(cè)溫用繩拴住金屬管上端的圓環(huán)，在離開(kāi)船舷0.5m以外的地方放入水中，然后提上，把桶內(nèi)的水倒掉，重新放入水中，并浸泡在0～1m深度處感溫5分鐘后取上讀數(shù)為避免外界氣溫、風(fēng)及陽(yáng)光的影響，讀數(shù)應(yīng)在背光、背風(fēng)處進(jìn)行，并力求迅速，從溫度計(jì)離開(kāi)水面到讀數(shù)完畢不超過(guò)20秒，讀數(shù)精確到0.1?C讀數(shù)完畢后，將圓桶內(nèi)的海水全部倒掉，并把表面溫度計(jì)放在陰暗的地方24方法步驟用水桶取水觀測(cè)時(shí)取上的海水放于陰影處，把表面溫度計(jì)放入桶內(nèi)攪動(dòng)，感溫1～2分鐘后將海水倒掉，再重新取上一桶海水并把表面溫度計(jì)放入桶內(nèi)(注意：把溫度計(jì)放入桶內(nèi)前，應(yīng)將溫度計(jì)桶內(nèi)的海水倒盡)感溫3分鐘即可讀數(shù)，此時(shí)溫度計(jì)不可離開(kāi)水面第一次讀數(shù)后過(guò)1分鐘再讀數(shù)一次，當(dāng)氣溫高于水溫時(shí)取偏低的一次，反之取偏高的一次水桶材質(zhì)應(yīng)為木質(zhì)、塑料等不宜傳熱的材料25讀取的溫度須經(jīng)器差訂正后才為實(shí)測(cè)的表層水溫值263.5顛倒溫度計(jì)測(cè)溫顛倒溫度計(jì)功能：測(cè)溫、測(cè)壓一、顛倒采水器及顛倒溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理1.顛倒采水器的結(jié)構(gòu)和原理結(jié)構(gòu)：具有活門的采水桶上下活門裝有平行杠桿，通過(guò)連接桿連接，通過(guò)儀器下端的固定夾桿和上端的釋放器及穿索切口固定2728顛倒采水器工作原理2.顛倒溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理閉端(防壓)：測(cè)量水溫開(kāi)端(受壓)：與閉端配合確定儀器的沉放深度閉端顛倒溫度計(jì)結(jié)構(gòu)：主要溫度計(jì)和輔助溫度計(jì)裝在厚壁玻璃套內(nèi)，主溫用于測(cè)溫，輔溫用于測(cè)量玻璃套內(nèi)的溫度以進(jìn)行還原訂正主溫與輔溫相互倒置主溫由儲(chǔ)蓄泡和與其相連的毛細(xì)管構(gòu)成，在儲(chǔ)蓄泡與外套管間的空隙里，為消除空氣的絕熱作用而裝有水銀，并用軟木塞堵住29閉端顛倒溫度計(jì)結(jié)構(gòu)：離儲(chǔ)蓄泡不遠(yuǎn)的毛細(xì)管上有一狹窄處，并從此處向儲(chǔ)蓄泡方向伸出一盲枝當(dāng)溫度計(jì)被顛倒后時(shí)，水銀必須永遠(yuǎn)斷裂在盲枝的分枝處－決定溫度計(jì)示數(shù)準(zhǔn)確性的主要原因讀數(shù)工作在溫度計(jì)顛倒后進(jìn)行，刻度從毛細(xì)管頂端開(kāi)始30開(kāi)端顛倒溫度計(jì)結(jié)構(gòu)：與閉端顛倒溫度計(jì)基本相同，不同之處僅在于外套管下端是開(kāi)口的此溫度計(jì)受壓，溫度計(jì)水銀柱長(zhǎng)度受溫度和水壓變化影響－計(jì)算儀器的實(shí)際沉放深度3132顛倒采水器和顛倒溫度計(jì)是采水樣和觀測(cè)水溫的重要儀器，可同時(shí)取到不同水層的溫度和水樣1.在觀測(cè)前需要做的工作(1)挑選顛倒溫度計(jì)和套筒，檢查溫度計(jì)性能(2)在采水器的套筒內(nèi)安裝顛倒溫度計(jì)(3)給采水器編號(hào)(4)檢查采水器33二、顛倒溫度計(jì)觀測(cè)與使用方法2.鋼絲繩傾角接近0?時(shí)，各采水器之間的距離計(jì)算方法在船舷外把最下面一個(gè)(底層)采水器掛在離重錘1m的鋼絲繩上，將計(jì)數(shù)器清零或記下起點(diǎn)讀數(shù)343.觀測(cè)水溫和采取水樣的方法與步驟(1)將裝溫度計(jì)的采水器從表層至深層集中安放在采水器架上，根據(jù)測(cè)站水深確定觀測(cè)層次，并將各層的采水器編號(hào)、顛倒溫度計(jì)的器號(hào)和值計(jì)入顛倒溫度計(jì)測(cè)溫記錄中(2)觀測(cè)時(shí)，將繩端系有重錘的鋼絲繩移至舷外，將底層采水器掛在重錘以上1m的鋼絲繩上，然后根據(jù)各觀測(cè)水層之間的間距下放鋼絲，并將采水器依次掛在鋼絲繩上。若存在溫躍層時(shí)，在躍層內(nèi)適當(dāng)增加測(cè)層35(3)當(dāng)水深在100m以淺時(shí)，在懸掛表層采水器之前，應(yīng)先測(cè)量鋼絲繩傾角；傾角大于10度時(shí)，應(yīng)求得傾角訂正值。若訂正值大于5m，應(yīng)每隔5m加掛一個(gè)采水器。當(dāng)?shù)讓硬伤麟x預(yù)定的底層在5m以內(nèi)時(shí)，再掛表層采水器，最后將其下放到表層水中(4)顛倒溫度計(jì)在各預(yù)定水層感溫7分鐘，測(cè)量鋼絲傾角，投下使錘，記下鋼絲繩傾角和打錘時(shí)間。待各采水器全部顛倒后，依次提取采水器，并將其放回采水器架原來(lái)的位置上，立即讀取各層溫度計(jì)的主、輔溫值，記入顛倒溫度計(jì)測(cè)溫記錄表內(nèi)36(5)如需取水樣，待取完水樣后，第二次讀取溫度計(jì)的主、輔溫值，并記入觀測(cè)記錄表的第二次讀數(shù)欄內(nèi)，第二次應(yīng)換人復(fù)核。若同一支溫度計(jì)的主溫讀數(shù)相差超過(guò)0.02?C，應(yīng)重新復(fù)核(6)若某預(yù)定水層的采水器未顛倒或某層水溫讀數(shù)可疑，應(yīng)立即補(bǔ)測(cè)；若兩支溫度計(jì)之間的水溫差值多次超過(guò)0.06?C，應(yīng)考慮更換可疑溫度計(jì)37(7)顛倒溫度計(jì)不宜長(zhǎng)時(shí)間倒置，每次觀測(cè)結(jié)束后必須正置采水器(8)若因某種原因，不能一次完成全部標(biāo)準(zhǔn)層的水溫觀測(cè)時(shí)，可分兩次進(jìn)行，但兩次的間隔應(yīng)盡量短(9)如果需測(cè)表層水溫，除顛倒溫度計(jì)外，還可用表面溫度計(jì)或電測(cè)表面溫度計(jì)觀測(cè)384.顛倒溫度計(jì)測(cè)溫記錄的整理(1)首先要對(duì)溫度計(jì)讀數(shù)做器差訂正(2)經(jīng)器差訂正后還要做還原訂正1)閉端顛倒溫度計(jì)還原訂正值K的公式為：39T：經(jīng)器差訂正后的主溫表讀數(shù)t：經(jīng)器差訂正后的輔溫表讀數(shù)V0：閉端顛倒溫度計(jì)的主溫表自接受泡至刻度0處的水銀容積，以溫度數(shù)表示1/n：水銀與溫度計(jì)玻璃的相對(duì)視膨脹系數(shù)K：主溫表測(cè)得的水溫受到氣溫的影響5.在使用或保存顛倒溫度計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題(1)顛倒溫度計(jì)必須經(jīng)常垂直地保持正置狀態(tài)，否則斷裂的水銀柱與整個(gè)水銀體長(zhǎng)期相隔會(huì)在斷裂處形成氧化膜，從而發(fā)生不正常斷裂(2)顛倒溫度計(jì)要保持在溫度高于0?C的室內(nèi)，但室內(nèi)的最高溫度不要超過(guò)溫度計(jì)刻度的最大值(3)顛倒溫度計(jì)必須保存在特制的箱內(nèi)，使得在搬運(yùn)時(shí)能保持正置狀態(tài)，并避免受劇烈震動(dòng)40413.6溫深系統(tǒng)測(cè)溫可以測(cè)量水溫的鉛直連續(xù)變化常用的儀器有：溫鹽深自記儀(CTD/STD)電子溫深儀(EBT)投棄式溫深儀(XBT)42一、CTD測(cè)溫CTD自1974年問(wèn)世后很快被用于海洋調(diào)查中43結(jié)構(gòu)船上接收部分電纜水下部分C：電導(dǎo)率T：溫度D：深度(壓強(qiáng))三個(gè)傳感器，裝在小體積不銹鋼耐壓圓柱狀殼體中CTD投放最重要的三點(diǎn)規(guī)則(1)要保證儀器安全，務(wù)必不要使儀器探頭碰到船舷或觸底，釋放儀器要在迎風(fēng)舷，避免儀器壓入船底；探頭應(yīng)放在陰涼處，切忌曝曬(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水深確定探頭下放深度。下放速度一般控制在50~100cm/s，一次觀測(cè)中盡量保持不變，若船只劇烈搖晃，應(yīng)選擇較大下降速度(3)若探頭過(guò)熱或海氣溫差較大時(shí)，觀測(cè)前應(yīng)將探頭放入水中停留數(shù)分鐘進(jìn)行預(yù)熱(冷)4445二、XBT測(cè)溫XBT是一種常用的測(cè)量溫深的系統(tǒng)由探頭、信號(hào)傳輸線和接收系統(tǒng)組成46探頭深度根據(jù)記錄時(shí)間，由下式得出：t的二次項(xiàng)表示下降速度隨時(shí)間增加而減小原因：導(dǎo)線逐漸釋放，探頭重量減少XBT主要優(yōu)點(diǎn)是成本低4748493.6遙感測(cè)溫傳統(tǒng)觀測(cè)使用儀器直接與海水接觸測(cè)量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且不能得到同步大面積數(shù)據(jù)在分析溫度大面分布特征時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不可避免的誤差，甚至得出與實(shí)際完全相反的結(jié)論遙感觀測(cè)則能獲得大面積同步觀測(cè)資料50薄層溫差的存在在海