海洋科學(xué)導(dǎo)論課件1緒論

海洋科學(xué)導(dǎo)論浙江海洋學(xué)院童元正

為什么要學(xué)習(xí)海洋科學(xué)導(dǎo)論？這其實(shí)就是我們這門(mén)課需要解決的問(wèn)題。許許多多我們平常經(jīng)常碰到或關(guān)注的現(xiàn)象，都屬于海洋科學(xué)的范疇或者跟海洋科學(xué)密切相關(guān)。例如潮汐、波浪、大洋環(huán)流、臺(tái)風(fēng)、海嘯、全球海平面上升、全球變暖、厄爾尼諾、海洋能發(fā)電等等等等。學(xué)習(xí)海洋科學(xué)導(dǎo)論的方法第一步：了解海洋科學(xué)中各種各樣的現(xiàn)象。第二步：進(jìn)一步的思考這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因以及背后蘊(yùn)含的深層次的東西。課程成績(jī)?cè)u(píng)定期末成績(jī)占60%課程論文以及平時(shí)成績(jī)占40%第一章

緒論科學(xué)體系社會(huì)科學(xué)自然科學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)化學(xué)天文學(xué)生物學(xué)地學(xué)§1.1地球科學(xué)體系地球科學(xué)地理學(xué)地質(zhì)學(xué)固體地球物理學(xué)大氣科學(xué)水文科學(xué)海洋科學(xué)相關(guān)科學(xué)一地理學(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。二地質(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(shí)體系。三地球物理學(xué)

是地質(zhì)學(xué)與物理學(xué)之間的邊緣學(xué)科，它研究的是各種地球物理場(chǎng)和地球的物理性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形成及其中發(fā)生的各種物理過(guò)程。

四大氣科學(xué)

是研究大氣的各種現(xiàn)象及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)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(lèi)服務(wù)的一門(mén)綜合性學(xué)科。六水文科學(xué)

是關(guān)于地球上水的起源、存在分布、循環(huán)、運(yùn)動(dòng)等變化規(guī)律和運(yùn)用這些規(guī)律為人類(lèi)服務(wù)的知識(shí)體系。

§1.2海洋科學(xué)的研究?jī)?nèi)容、意義和方法海洋學(xué)研究?jī)?nèi)容海洋學(xué)研究意義海洋學(xué)研究方法§1.2.1海洋科學(xué)－－海洋學(xué)研究?jī)?nèi)容

什么是海洋學(xué)海洋學(xué)是研究在海洋中的各種現(xiàn)象和過(guò)程發(fā)生、發(fā)展和演化及它們與環(huán)境相互作用、相互影響的規(guī)律的一門(mén)綜合性科學(xué)。海洋學(xué)研究的對(duì)象：地球上70.8%的海水；

海水及其溶解與于海水中的物質(zhì)；生存于海洋中的生物；海洋的邊界（底邊界－海洋沉積和海底巖石圈；側(cè)邊界－河口和海岸帶；上邊界－海面上的大氣邊界層）。一、研究?jī)?nèi)容二、海洋的特性

1、海洋是環(huán)境的產(chǎn)物

在地球上，通過(guò)能量、物質(zhì)的相互傳遞與環(huán)境相互作用。

傳遞方式：通過(guò)邊界：海面、海底和沿岸帶。

不通過(guò)邊界：輻射和地球及天體對(duì)海水的引力。

海水特性：

混合溶液：水、鹽分、氣體、懸浮有機(jī)物、懸浮無(wú)機(jī)物。

2、海洋形態(tài)的固有特性：

2）深又淺：平均深度4000米，最深11034m（陸地高8848m)，但地球半徑6371公里。海洋只是地球上一薄層；與水平尺度比其量級(jí)很小。3）連通又阻隔：各大洋水域連成一體，可充分進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換。

研究范圍：水平運(yùn)動(dòng)，垂直運(yùn)動(dòng)；一體性或整體性；

物理性質(zhì)：海洋生物生存環(huán)境。1）廣漠而有垠

面積廣闊,占地球表面積70.8%，但有邊§1.2.2海洋科學(xué)-----海洋學(xué)研究意義1）海洋與人類(lèi)生存關(guān)系密切2）海洋蘊(yùn)藏著豐富的資源3）軍事、航運(yùn)、港工、油氣開(kāi)發(fā)1、海洋與人類(lèi)生存環(huán)境關(guān)系密切

1）是蛋白質(zhì)主要來(lái)源；運(yùn)輸和貿(mào)易的中介—航運(yùn)（密度大）；國(guó)際沖突的焦點(diǎn)…

2）影響氣候環(huán)境:

環(huán)流--向高緯輸送熱量；

對(duì)氣溫起調(diào)節(jié)作用（海水熱容量大）

3）?！?dú)庀嗷プ饔茫?/p>

4）海洋災(zāi)害：風(fēng)暴潮、赤潮、海冰、海水倒灌、海岸侵蝕、海底地震等

5）污染：排污與海洋自凈能力關(guān)系。6）……2、海洋蘊(yùn)藏著豐富的資源

海洋中蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源、化學(xué)資源、生物資源、動(dòng)力資源

１）礦產(chǎn)資源

石油：半數(shù)以上在海底。

估計(jì)海洋石油儲(chǔ)量為(1100－2500億噸)，我國(guó)大約100億噸。錳結(jié)核：又稱多金屬結(jié)核，總儲(chǔ)量約為3萬(wàn)億噸，年再生約1000萬(wàn)噸，可提煉錳、鐵、銅、鐳等。

此外,金剛石、重晶石、金、錫都在礦砂中找到。２）化學(xué)資源

大量無(wú)機(jī)鹽：海水中含80多種元素。1kg海水含35g無(wú)機(jī)鹽。

全球海洋中共含5億億噸無(wú)機(jī)鹽，其中：黃金：500萬(wàn)噸；鈾：50億噸；鎂：2100億噸；銀：4億噸；鈷：7億噸；碘：820億噸；鹽：1立方公里海水含27萬(wàn)噸。

３)生物資源

蛋白質(zhì)主要來(lái)源:

海洋生物大約26萬(wàn)種，其中海洋動(dòng)物16萬(wàn)、海洋植物約10萬(wàn)。發(fā)展近岸養(yǎng)殖業(yè)。我國(guó)近海15m以內(nèi)灘涂2.1億畝，可供養(yǎng)殖2000萬(wàn)畝，89年以來(lái)634萬(wàn)畝。對(duì)蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量居世界首位。海洋捕撈：

適度與過(guò)度的影響。提取海洋藥物：已達(dá)分子水平上，基因工程、細(xì)胞工程

４)動(dòng)力資源

潮汐：潮能發(fā)電，潛力10億千瓦，我國(guó)乳山、江夏建有潮能發(fā)電站

波能：30—50噸壓力/m2.但空間分散，時(shí)間上間斷，破壞力大。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(guò)程被沖毀。

海流：能量最低。

溫差：表底溫差18度，但難度大。

3、軍事、航運(yùn)、港工、油氣開(kāi)發(fā)

軍事：作戰(zhàn)、布雷、潛艇。航運(yùn)：運(yùn)輸量大，航道不需維護(hù)。

港工和油氣開(kāi)發(fā)：設(shè)計(jì)標(biāo)高、安全性、可靠性等必須估計(jì)浪、潮、流、風(fēng)暴潮等的影響。

§1.2.3海洋科學(xué)-----海洋學(xué)研究方法

1、常規(guī)和遙感觀測(cè)：

分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到海洋現(xiàn)象和規(guī)律的認(rèn)識(shí)。傳統(tǒng)儀器觀測(cè):CTD、ADCP、測(cè)波儀

遙感觀測(cè)：遙感資料反演海洋參量，如海面溫度(SST)、有效波高、海流、海面高度(SSH)、海面風(fēng)場(chǎng)(SSW)等2、實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬

實(shí)驗(yàn)室或計(jì)算機(jī)模擬反演海洋過(guò)程。3、理論研討

從理論模式，探討海洋規(guī)律，認(rèn)識(shí)海洋。

§1.2.3海洋科學(xué)-----海洋學(xué)研究發(fā)展史一、早期人類(lèi)對(duì)海洋的認(rèn)識(shí)（18世紀(jì)以前）發(fā)現(xiàn)和了解海洋公元前4500：Mesopotamia，考古發(fā)現(xiàn)深水寶貝，說(shuō)明當(dāng)時(shí)有深海潛水公元前700-600：古希臘人認(rèn)為大地浮在大海之上公元前4世紀(jì)：亞里士多德等最早記錄海洋生物地球探險(xiǎn)時(shí)代（15-16世紀(jì)）：1492-1504：哥倫布4次橫渡大西洋到達(dá)南美1498:葡萄牙人伽馬繞過(guò)好望角經(jīng)印度洋到達(dá)印度1519-1522：麥哲倫首次環(huán)球航行麥哲倫環(huán)球航行初步研究海洋時(shí)期：1673：玻意耳發(fā)表了研究海水濃度的著名論文1674：列文虎克最先發(fā)現(xiàn)海洋原生動(dòng)物1687：牛頓用引力定律解釋潮汐1740：貝努利提出平衡潮學(xué)說(shuō)1770：富蘭克林發(fā)表灣流圖1772：拉瓦錫首先測(cè)定海水成分1775：拉普拉斯首創(chuàng)大洋潮汐動(dòng)力理論1768-1779：著名的海洋探險(xiǎn)家英國(guó)人庫(kù)克4次海洋探險(xiǎn)考察，首次環(huán)南極航行庫(kù)克，英國(guó)人，曾先后四次進(jìn)行全球海洋探險(xiǎn)，獲得了一批水深、水溫、海流等資料。右圖為當(dāng)時(shí)的航海圖。庫(kù)庫(kù)克三次航海路線圖：第一次1768-71第二次1772-75第三次1776-79二、海洋科學(xué)的奠基與形成（19－20世紀(jì)中葉）－系統(tǒng)研究海洋1831-1836：達(dá)爾文隨“貝格爾”號(hào)環(huán)球探險(xiǎn)1872-1876：英國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)環(huán)球考察——現(xiàn)代海洋學(xué)研究的開(kāi)始1925-1927：德國(guó)“流星”號(hào)南大西洋調(diào)查，引發(fā)各國(guó)進(jìn)行大規(guī)模海洋調(diào)查左圖：“貝格爾”號(hào)上圖：“貝格爾”號(hào)航行路線圖達(dá)爾文，英國(guó)劍橋畢業(yè)后，隨“貝格爾”號(hào)出海探險(xiǎn)，回國(guó)后著《物種起源》，成為進(jìn)化論的奠基人?！疤魬?zhàn)者”號(hào)和船上的設(shè)備

1840s：英國(guó)人福布斯《歐洲海的自然史》1855：美國(guó)人莫里《海洋自然地理學(xué)》1859：達(dá)爾文《物種起源》

1905：埃克曼提出了漂流理論斯韋爾魯?shù)缕?、約翰遜和福萊明合著的《TheOceans》——海洋科學(xué)建立的標(biāo)志

1925和1930：美國(guó)成立2個(gè)國(guó)家海洋研究所

1946：前蘇聯(lián)海洋研究所成立

1949：英國(guó)成立國(guó)立海洋研究所三、現(xiàn)代海洋科學(xué)時(shí)期（20世紀(jì)中葉至今）二次大戰(zhàn)促進(jìn)海洋科學(xué)的研究——“軍用”科學(xué)眾多國(guó)際性海洋科學(xué)組織成立——

國(guó)際海洋考察理事會(huì)（第一個(gè)國(guó)際海洋科學(xué)組織）多次國(guó)際合作大規(guī)模海洋調(diào)查新型海洋監(jiān)測(cè)儀器飛速發(fā)展20世紀(jì)中葉開(kāi)始，物理海洋學(xué)理論伴隨著大洋環(huán)流等理論的發(fā)展取得了突破性的進(jìn)展海洋科學(xué)理論的重大突破——板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)1994年11月：《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》正式生效21世紀(jì)：“海洋科學(xué)的新世紀(jì)”§1.3中國(guó)的海洋科學(xué)一、歷史貢獻(xiàn)公元前4世紀(jì)：已有海上航行2千多年前：指南針發(fā)明，1500年前用于航海1405-1433：鄭和7次“下西洋”1世紀(jì)：王充明確指出潮汐與月相的關(guān)系8世紀(jì)：竇叔蒙《海濤志》，世界最早潮汐表1596：屠本俊《閩中海錯(cuò)疏》，區(qū)域性海產(chǎn)動(dòng)物志

鄭和下西洋我國(guó)，早在7000年以前，沿海居民就開(kāi)始利用海洋（采貝，捕魚(yú)），并且已能運(yùn)用舟楫沿海漂流。春秋以來(lái)，海戰(zhàn)頻繁見(jiàn)于《左傳》等典籍，秦始皇的數(shù)次巡海以及《史記》等正史記載的徐福東渡，已說(shuō)明其時(shí)的航海能力及海上交往。在日本的徐福廟自安史之亂以后，中國(guó)北方經(jīng)濟(jì)衰退，加之絲綢之路的阻斷，特別是宋室南渡全國(guó)的經(jīng)濟(jì)中心轉(zhuǎn)到南方，海上貿(mào)易成為重要經(jīng)濟(jì)支柱。這時(shí)中國(guó)四大發(fā)明之一的指南針在航海中得以應(yīng)用，極大促進(jìn)了中國(guó)海外貿(mào)易的發(fā)展，同時(shí)給世界航海史帶來(lái)了劃時(shí)代的革命。到元代，泉州已成為極為重要的港口城市，并且?guī)讞l有固定航線。由元代航行范圍可見(jiàn)此時(shí)已經(jīng)為鄭和下西洋奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。宋代的羅盤(pán)陸地上使用的指南針泉州外海打撈出的宋代沉船明代開(kāi)始實(shí)行了嚴(yán)厲的禁海政策，然而為了進(jìn)行海外外交，明朝派遣了大量使節(jié)出使沿海各國(guó)，其中最著名的就是鄭和下西洋。鄭和在1405年到1433年這二十多年的時(shí)間里，先后奉旨七次率船隊(duì)出使西洋，到達(dá)亞非三十多個(gè)國(guó)家，最遠(yuǎn)到達(dá)非洲東北沿海的索馬里，和非洲中部沿海的肯尼亞。比世界著名航海家哥倫布遠(yuǎn)航美洲，達(dá)·伽馬繞好望角航行抵達(dá)印度，還要早半個(gè)世紀(jì)。鄭和下西洋的寶船模型鄭和航海圖明朝中葉，我國(guó)東南沿海不斷受到日本倭寇的騷擾。戚繼光、俞大猷等名將，率領(lǐng)軍民奮勇抗擊，保衛(wèi)了祖國(guó)的海疆。清朝繼續(xù)推行禁海政策及隨后的閉關(guān)政策，使得中國(guó)逐漸喪失了海上的領(lǐng)先地位，自鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)以后，列強(qiáng)紛紛自海路入侵，使中國(guó)不僅根本談不上海洋權(quán)益，而且淪為了半封建半殖民地社會(huì)。列強(qiáng)百年入侵圖二、舊中國(guó)1922：海軍部成立海道測(cè)量局1928：青島觀象臺(tái)設(shè)立海洋科1931：成立中華海產(chǎn)生物學(xué)會(huì)1935：成立太平洋科學(xué)協(xié)會(huì)海洋學(xué)組中國(guó)分會(huì)1946：山東大學(xué)、廈門(mén)大學(xué)、臺(tái)灣大學(xué)分別建立海洋研究所和海洋學(xué)系三、新中國(guó)1950年8月：中科院海洋生物研究室（青島）成立，59年擴(kuò)建為研究所1952：廈大海洋系理化部遷往青島，與山東大學(xué)海洋所合并成立山東大學(xué)海洋系1959：成立山東海洋學(xué)院1964：成立國(guó)家海洋局1958-1960：第一次大規(guī)模近海調(diào)查1976：首次參加遠(yuǎn)海海洋調(diào)查1984：首次南極考察1985年2月：建成南極長(zhǎng)城站1989：建成南極中山站1991年11月：首次參加世界大洋環(huán)流試驗(yàn)調(diào)查1996年11月：世界海洋和平大會(huì)在北京召開(kāi)，通過(guò)了《北京海洋宣言》進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，越來(lái)越多的高校開(kāi)始設(shè)立了海洋科學(xué)專(zhuān)業(yè)，可以預(yù)見(jiàn)在不久的將來(lái)海洋科學(xué)的發(fā)展會(huì)更加的迅猛。海洋是人類(lèi)的海洋，因此有關(guān)海洋的研究很多是在國(guó)際大的海洋計(jì)劃中進(jìn)行的。這些計(jì)劃涵蓋包括全球氣候變化，生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究，以及人與自然的關(guān)系等。我國(guó)在改革開(kāi)放以來(lái)對(duì)海洋科學(xué)研究越來(lái)越重視，相繼開(kāi)展了全國(guó)海岸帶和灘涂資源綜合調(diào)查、全國(guó)海島資源綜合調(diào)查、大洋多金屬結(jié)合調(diào)查勘探、南沙群島及其鄰近海域綜合考察、大陸架及鄰近海域勘查和資源評(píng)價(jià)、南海大洋鉆探等，并進(jìn)行了中美海氣相互作用、中日黑潮調(diào)查等重大國(guó)際合作研究，進(jìn)行了19次南極和南大洋考察及1次北極考察。海洋衛(wèi)星遙感MODIS衛(wèi)星圖片MODIS接收天線NOAA衛(wèi)星接收天線計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)廣泛應(yīng)用于海洋研究，目前對(duì)于海洋環(huán)境的監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)及決策支持已向系統(tǒng)化發(fā)展。我國(guó)積極參與國(guó)家管轄范圍之外的有關(guān)海洋的開(kāi)發(fā)利用。我國(guó)在南極建立了兩個(gè)科學(xué)考察站——長(zhǎng)城站、中山站，開(kāi)展了大量的極地研究。近年我國(guó)又開(kāi)始了北極的研究，2003年我國(guó)將對(duì)北極展開(kāi)第二次考察，并將在北極建立永久考察站。我國(guó)南極長(zhǎng)城站的位置雪龍?zhí)枠O地考察船我國(guó)從七十年代開(kāi)始在太平洋進(jìn)行多金屬結(jié)核的勘探工作，經(jīng)過(guò)八十年代的海上勘探活動(dòng)，于1991年3月獲準(zhǔn)在聯(lián)合國(guó)登記為國(guó)際海底先驅(qū)投資者，獲得15萬(wàn)平方公里的多金屬結(jié)核開(kāi)辟區(qū)。經(jīng)過(guò)十個(gè)航次的探查，優(yōu)選出7.5萬(wàn)平方公里保留礦區(qū)，按期履行了海洋法公約規(guī)定的區(qū)域放棄義務(wù)。在中國(guó)大洋礦