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1、第三章第三章 海洋水文要素测量海洋水文要素测量 本章主要内容：本章主要内容： 3-1 海水三度及其测量海水三度及其测量3-2 海流及其测量海流及其测量3-3 海浪及其测量海浪及其测量3-4 潮汐及其测量潮汐及其测量1 1、盐度：、盐度：与海水深与海水深度有关，与纬度有关度有关，与纬度有关2 2、温度：、温度：与地理位与地理位置和季节有关，与海置和季节有关，与海水深度有关水深度有关3 3、密度：、密度：与温度、与温度、盐度、压力有关盐度、压力有关4、“三度三度”的测定的测定方法方法2-1 海水三度及其测量海水三度及其测量4.1 4.1 海水盐度测定方法海水盐度测定方法光学测定盐度法光学测定盐度法
2、利用不同盐度、不同温度的海水折射率不一样测定海水盐利用不同盐度、不同温度的海水折射率不一样测定海水盐度。度。4.1 4.1 海水盐度测定方法海水盐度测定方法声学测定盐度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。利用声速与海水盐度、温度和深度的关系测定海水盐度。4.2 4.2 海水温度测定方法海水温度测定方法表层温度测定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，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。不与外界空气接触。利用水桶提水，再测温度。利用水桶提水，再测温
3、度。温度剖面测定温度剖面测定4.3 4.3 海水密度测定方法海水密度测定方法利用海水密度和海水盐度、温度和深度关系计利用海水密度和海水盐度、温度和深度关系计算得到。算得到。 受各种作用力的驱动，海水在不停的运动，海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。水运动最显著的现象是海流、海浪和潮汐。海流也称洋流，是海水以巨大的规模缓慢地沿着一定方海流也称洋流，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。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
4、向也有垂直方向。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、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、）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。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。差异，使水面
5、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。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。流进补充，从而产生的海水流动。3-2 海流及其测量海流及其测量2）海流有暖流和寒流之分）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
6、暖流，一般海流的水温高于所流经海域的水温，称为暖流，一般低低纬度向高纬度流动，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著名的有日本海的黑潮和美洲的墨西哥湾流等；流等；海流的水温低于所流经海域的水温，称为寒流，一般海流的水温低于所流经海域的水温，称为寒流，一般高高纬度向低纬度流动纬度向低纬度流动，如格陵兰海流等。，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。海洋渔业资源的分布。3-2 海流及其测量海流及其测量2、世界各大洋洋流分布、世界各大洋洋流分布 J西风漂流西风漂流h东澳暖流东澳暖流g南赤道
7、流南赤道流c北太平洋海流北太平洋海流b阿拉斯加暖流阿拉斯加暖流a千岛寒流千岛寒流h厄加勒斯暖流厄加勒斯暖流i西澳寒流西澳寒流d日本暖流日本暖流f北赤道流北赤道流e加那利寒流加那利寒流a拉布拉多寒流拉布拉多寒流b、c北大西洋暖流北大西洋暖流d墨西哥暖流墨西哥暖流f北赤道暖流北赤道暖流g南赤道流南赤道流i本格拉寒流本格拉寒流h巴巴西暖流西暖流e加利福尼亚寒流加利福尼亚寒流g南南赤道逆流赤道逆流i秘鲁寒流秘鲁寒流J西风海流西风海流J西风海流西风海流3-2 海流及其测量海流及其测量3、ADCP及流速、流向测量及流速、流向测量ADCPADCP（声学多普勒流速剖面仪）向水体中发射声波，（声学多普勒流速剖面
8、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反射，其中的部分信号被反射到ADCPADCP，ADCPADCP测量出信号的测量出信号的多普勒频移，进而计算出水流相对多普勒频移，进而计算出水流相对ADCPADCP的速度和方向。将的速度和方向。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。于大地的绝对速度和流向。3-2 海流及其测量海流及其测量3、ADCP及流速、流向测量及流速、流向测量通常测量船上配置四个斜正交的通常
9、测量船上配置四个斜正交的ADCPADCP换能器，每个换能器，每个换能器波束与水平面的夹角为换能器波束与水平面的夹角为6060度，相邻两个换能器波度，相邻两个换能器波束的水平投影的夹角为束的水平投影的夹角为9090度。度。3-2 海流及其测量海流及其测量 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，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
10、在，也可以同时存在。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，并算处理，进行海浪预报，并对海洋水深测量进行必要改正对海洋水深测量进行必要改正。3-3 海浪及其测量海浪及其测量 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。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。波峰线：垂直波浪传播方向上各波峰的连线。
11、 波向线：与波峰线正交的线，即波浪传播方向。波向线：与波峰线正交的线，即波浪传播方向。 1 1、海浪要素海浪要素3-3 海浪及其测量海浪及其测量 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：两相邻波峰波长：两相邻波峰(或波谷或波谷)之间的水平距离，单位以米计。海浪的之间的水平距离，单位以米计。海浪的波长可达上百米。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秒计。在我国沿海波浪周期一般为48s，曾记录到周期，曾记录到周期为
12、为20s的长浪。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。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 海浪及其测量海浪及其测量海浪观测要素：波型、波高、波向和周期。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。测波仪、重力测波仪等几种类型。 视距测波仪，又称光学测波仪。观测者在固定观测点通过视距测波仪，又称光学测波仪。观测
13、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一种岸用测波仪，望远镜与浮标的最大距离为1500米。米。2 2、海浪观测海浪观测3-3 海浪及其测量海浪及其测量 测波杆是垂直固定于海中的测波标杆，可用目测或自记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
14、上的高低变化。的方法跟踪波面在标尺上的高低变化。 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。压力的变化，再换算成海面高低变化。 声学测波仪是一种倒置的回声测深仪，利用置于海底的声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。出换能器至海面垂直距离的变化。2 2、海浪观测海浪观测3-3 海浪及其测量海浪及其测量 重力测波仪是用随波运动的浮体内的加速度计测量海水重力测波仪
15、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。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，
16、测量破碎确地测量短周期波；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。数，是远洋深海测波的主要手段。 2 2、海浪观测海浪观测3-3 海浪及其测量海浪及其测量 测波传感器阵列是利用由若干传感器构成的测波阵列同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。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。2 2、
17、海浪观测海浪观测3-3 海浪及其测量海浪及其测量海水受日、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。退现象。1、引潮力：、引潮力： 天体对地球表面的引力与地球转动离心力的和力。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，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，在任一固定点上观的运动一天中变化不大，正是由于地球
18、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。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。半月、一月、半年
19、、一年和多年的变化。3-4 潮汐及其测量潮汐及其测量太阴潮示意图太阴潮示意图 2、在多数情况下、在多数情况下，潮汐运动的平均周期为半天左右，一昼夜，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。的涨落称为汐，合称潮汐。3 3、高潮和低潮：、高潮和低潮： 高潮高潮: :海水面上升到最高时海水面上升到最高时 低潮低潮: :海水面降低到最低时海水面降低到最低时3-4 潮汐及其测量潮汐及其测量4 4、潮高：、潮高：从某一基准面（大地水准面）至海面的高度。从某一基准面（大地水准面）至海面
20、的高度。5 5、潮差：、潮差：相邻高潮和低潮之差。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的潮汐为大潮, ,每月有两次大潮。在上弦（农历初八左右）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下弦（农历二十二、三）后二三日出现潮差小的潮汐为小潮潮, ,每月有两次小潮每月有两次小潮. .6 6、日潮不等现象：、日潮不等现象：同一天中，两次高潮（或低潮）的高度同一天中，两次高潮（或低潮）的高度不相等的现象。不相等的现象。 3-4 潮汐及其测量潮汐及其测量7 7、潮汐观
21、测、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。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汐计验潮、压力式验潮仪验潮和GPSGPS验潮。验潮。3-4 潮汐及其测量潮汐及其测量1 1）水尺验潮）水尺验潮原理原理: :一种类似于用水准尺一种类似于用水准尺量测水位的方式。将水尺固定在
22、量测水位的方式。将水尺固定在码头壁、岩壁或海滩上，通过人码头壁、岩壁或海滩上，通过人工读取水位。工读取水位。特点特点: :工作简单、机动性强、工作简单、机动性强、易操作、技术含量低、造价低，易操作、技术含量低、造价低，常用于临时验潮。该方法的观测常用于临时验潮。该方法的观测精度受涌浪等多种因素的影响，精度受涌浪等多种因素的影响，一般约为一般约为10-15cm10-15cm。3-4 潮汐及其测量潮汐及其测量2 2）井式自记验潮仪验潮）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。仪，来记录水面的
23、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，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。机动性差。3 3）超声波潮汐仪验潮）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，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。进而求得水面高度。特点：实用方便，工作量小。特点：实用方便，工作量小。4 4）压力式验潮仪验潮）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。变化来测量水位。特点：无验潮井，坚固耐用，调整方便，成本低，滤波性特点：无验潮井，坚固耐用，调整方便，成本低，滤波性能好。能好。5 5）GPSGPS验潮验潮水尺水尺1.1.海水三度的分布特点和测量方法。海水三度的分布特点和测量方法。2.2.海流表示及测量方法海流表示及测量方法3.3.海浪要素及测量方法海浪要素及测量方法4.4.潮汐特点及测量方法潮汐特点及测量方法重点掌握重点掌握
