Transcript 第3章海洋水文要素测量
第三章 海洋水文要素测量 本章主要内容： §3-1 海水三度及其测量 §3-2 海流及其测量 §3-3 海浪及其测量 §3-4 潮汐及其测量 §2-1 海水三度及其测量 1、盐度：与海水深 度有关，与纬度有关 2、温度：与地理位 置和季节有关，与海 水深度有关 3、密度：与温度、 盐度、压力有关 4、“三度”的测定 方法 4.1 海水盐度测定方法 • 光学测定盐度法 利用不同盐度、不同温度的海水折射率不一样测定海水 盐度。 S 35 5.3302 103 n 2.274 105 n 2 3.9 106 n3 10.59n t 20 2.5 10 2 n 2 t 20 n= nt n35 4.1 海水盐度测定方法 • 声学测定盐度法 利用声速与海水盐度、温度和深度的关系测定海水盐度。 C 1449.2 4.6t 0.055t 2 0.00029t 3 1.34 0.01t S 35 0.016 D 4.2 海水温度测定方法 • 表层温度测定 利用装在特制桶内的水银温度计，与普通水银 温度计不同，温度计在提出水面时仍浸在水中， 不与外界空气接触。 利用水桶提水，再测温度。 • 温度剖面测定 4.3 海水密度测定方法 利用海水密度和海水盐度、温度和深度关系计 算得到。 受各种作用力的驱动，海水在不停的运动，海 水运动最显著的现象是海流、海浪和潮汐。 §3-2 海流及其测量 海流也称洋流，是海水以巨大的规模缓慢地沿着一定方 向不断流动。海流用流速和流向表示。 流速：海流的速度，用以表示海流的强弱。 流向：海流流去的方向，有水平方向也有垂直方向。 1、海流的分类 1）因引起海流的原因不同，海流可分为风生流、密度 流、倾斜流和补偿流 风生流由稳定的风长期吹刮在海面上，通过风对海面的 摩擦力和施加在海浪迎风面上的压力而形成的海流。 §3-2 海流及其测量 密度流是由于各地海水的温度盐度不同，引起海水密度的 差异，使水面高度不同，从而导致海水流动形成的海流。 倾斜流亦称坡度流，在密度均匀的海水中，由于风力作用 和气压变化、江河水的流入、大量降水和融冰等原因，造成 海水不均匀的堆积，海面倾斜导致海水的流动。 补偿流是指某一海区的海水流出后，邻近海区的海水随即 流进补充，从而产生的海水流动。 §3-2 海流及其测量 2）海流有暖流和寒流之分 海流的水温高于所流经海域的水温，称为暖流，一般低 纬度向高纬度流动，著名的有日本海的黑潮和美洲的墨西哥 湾流等； 海流的水温低于所流经海域的水温，称为寒流，一般高 纬度向低纬度流动，如格陵兰海流等。 暖流、寒流对邻近陆地气候会产生影响，同时直接影响 海洋渔业资源的分布。 §3-2 海流及其测量 2、世界各大洋洋流分布 b阿拉斯加暖流 a拉布拉多寒流 b、c北大西洋暖流 d墨西哥暖流 a千岛寒流 c北太平洋海流 e加那利寒流 d日本暖流 f北赤道暖流 g南赤道逆流 g南赤道流 i本格拉寒流 h巴西暖流 h厄加勒斯暖流 i西澳寒流 J西风海流 J西风海流 e加利福尼亚寒流 f北赤道流 g南赤道流 h东澳暖流 i秘鲁寒流 J西风漂流 §3-2 海流及其测量 3、ADCP及流速、流向测量 ADCP（声学多普勒流速剖面仪）向水体中发射声波， 声波碰到各层水体中悬浮的、随水体运动的微粒后，产生 反射，其中的部分信号被反射到ADCP，ADCP测量出信号的 多普勒频移，进而计算出水流相对ADCP的速度和方向。将 该速度和方向加上测船的速度和方向，即可得到水流相对 于大地的绝对速度和流向。 §3-2 海流及其测量 3、ADCP及流速、流向测量 通常测量船上配置四个斜正交的ADCP换能器，每个 换能器波束与水平面的夹角为60度，相邻两个换能器波 束的水平投影的夹角为90度。 §3-3 海浪及其测量 海浪是发生在海洋中的一种波动现象，海浪包括风浪和 涌浪。风浪，指的是在风的直接作用下产生的水面波动。涌 浪，指的是风停后或风速风向突变区域内存在下来的波浪和 传出风区的波浪。风浪和涌浪可以单独存在，也可以同时存 在。 研究海浪的一个重要应用，就是通过对海浪的观测和计 算处理，进行海浪预报，并对海洋水深测量进行必要改正。 §3-3 海浪及其测量 1、海浪要素 海浪要素：表征一定海域和特定时间海浪状况的量。 波峰：波浪剖面最高点称为波峰。 波谷：波浪剖面最低点称为波谷。 波峰线：垂直波浪传播方向上各波峰的连线。 波向线：与波峰线正交的线，即波浪传播方向。 §3-3 海浪及其测量 波高：相邻波峰和波谷之间的垂直距离，单位以米计。 波长：两相邻波峰(或波谷)之间的水平距离，单位以米计。海浪 的波长可达上百米。 周期：相邻两波峰顶通过空间固定点所经历的时间间隔，单位以 秒计。在我国沿海波浪周期一般为4～8s，曾记录到周期 为20s的长浪。 波速：波形移动的速度，它等于波长除以周期，单位以米／秒计。 §3-3 海浪及其测量 2、海浪观测 海浪观测要素：波型、波高、波向和周期。 海浪观测仪器：测波仪，观测波浪时空分布特性的仪器。按 照工作原理可分为视距测波仪、测波杆、压力测波仪、声学 测波仪、重力测波仪等几种类型。 ① 视距测波仪，又称光学测波仪。观测者在固定观测点通过 专用望远镜观测随波浮动的浮标。既可用望远镜中的网格估 测海面高低变化，也可以通过传动装置把望远镜对浮标的跟 踪运动传输给记录器，记录海面的高低变化。视距测波仪是 一种岸用测波仪，望远镜与浮标的最大距离为1500米。 §3-3 海浪及其测量 2、海浪观测 ② 测波杆是垂直固定于海中的测波标杆，可用目测或自记的 方法跟踪波面在标尺上的高低变化。 ③ 压力测波仪通过安放在水下或海底的压力传感器测量海水 压力的变化，再换算成海面高低变化。 ④ 声学测波仪是一种倒置的回声测深仪，利用置于海底的声 学换能器垂直地向海面发射声脉冲，通过接收回波信号，测 出换能器至海面垂直距离的变化。 §3-3 海浪及其测量 2、海浪观测 ⑤ 重力测波仪是用随波运动的浮体内的加速度计测量海水质 点沿重力方向的加速度，经二次积分后求得海面高低变化。 视距测波仪和测标杆尽管准确度较低，且受主观因素影 响较大，但结构简单、使用方便，仍是目前岸站测波的主要 仪器。压力测波仪和声学测波仪安装在水下或海底，可避免 海面大风浪的破坏，但前者受海水滤波作用的影响，不能准 确地测量短周期波；后者又受浪花和气泡的干扰，测量破碎 波的准确度受到影响。重力测波仪能较真实地测出表面波参 数，是远洋深海测波的主要手段。 §3-3 海浪及其测量 2、海浪观测 ⑥ 测波传感器阵列是利用由若干传感器构成的测波阵列同时 测得各点的波面记录，然后利用阵列中每一对记录可得到交 叉协方差函数进而获得交叉谱，通过交叉普获得海浪方向。 §3-4 潮汐及其测量 海水受日、月引潮力作用而产生的周期性上升和下降运动。它 在垂直方向上表现为潮位升降现象，在水平方向上表现为潮流的进 退现象。 1、引潮力： 天体对地球表面的引力与地球转动离心力的和力。 月球在其轨道上每天大约移动13.3°，因此月球引潮力场因月 球的运动一天中变化不大，正是由于地球的自转，在任一固定点上 观察者才发现引潮力的变化比较快，大约一天中有两个周期。对于 太阳的引潮力场，若地球不自转而只有公转，那它在一天内的改变 还不到1度；也正是因为地球既有公转又有自转，才使得太阳引潮 力场在地球上某点一天内出现两个变化周期。 此外，由于地、月、日相对运动，还将导致引潮力场发生半 月、一月、半年、一年和多年的变化。 太阴潮示意图 §3-4 潮汐及其测量 2、在多数情况下，潮汐运动的平均周期为半天左右，一昼夜 内有两次海面涨落运动，古人常把白天的涨落称为潮，夜间 的涨落称为汐，合称潮汐。 3、高潮和低潮： 高潮:海水面上升到最高时 低潮:海水面降低到最低时 §3-4 潮汐及其测量 4、潮高：从某一基准面（大地水准面）至海面的高度。 5、潮差：相邻高潮和低潮之差。 在朔（农历初一）望（农历十五）后二三日出现潮差大 的潮汐为大潮,每月有两次大潮。在上弦（农历初八左右） 下弦（农历二十二、三）后二三日出现潮差小的潮汐为小 潮,每月有两次小潮. 6、日潮不等现象：同一天中，两次高潮（或低潮）的高度 不相等的现象。 §3-4 潮汐及其测量 7、潮汐观测 潮汐观测通常称为水位观测，又称验潮。验潮的目的是 为了了解当地的潮汐性质，应用获得的潮汐观测资料，来计 算该地区的平均海平面、深度基准面等。 观测手段：水尺验潮、井式自记验潮仪验潮、超声波潮 汐计验潮、压力式验潮仪验潮和GPS验潮。 §3-4 潮汐及其测量 1）水尺验潮 原理:一种类似于用水准尺 量测水位的方式。将水尺固定在 码头壁、岩壁或海滩上，通过人 工读取水位。 特点:工作简单、机动性强、 易操作、技术含量低、造价低， 常用于临时验潮。该方法的观测 精度受涌浪等多种因素的影响， 一般约为10-15cm。 2）井式自记验潮仪验潮 原理：通过在水面上随井内水面起伏的浮筒带动上面的记录 仪，来记录水面的变化情况。 特点：坚固耐用，滤波性能好，但连通导管易阻塞，成本高， 机动性差。 3）超声波潮汐仪验潮 原理：通过固定在水位计顶端的声学换能器向下发射声信 号，信号遇到水面产生回波，记录回波的往返传播时间， 进而求得水面高度。 特点：实用方便，工作量小。 4）压力式验潮仪验潮 原理：通过测量水下某一界面上由于海面变化引起的压力 变化来测量水位。 特点：无验潮井，坚固耐用，调整方便，成本低，滤波性 能好。 5）GPS验潮 H H kg k h H 0 水尺 H 潮位 H kg -大地高 k -高程异常 H0 h-天高 H 0 水尺零的正常高 重点掌握 1.海水三度的分布特点和测量方法。 2.海流表示及测量方法 3.海浪要素及测量方法 4.潮汐特点及测量方法