海洋科學(xué)導(dǎo)論教案3-4章

1、一、溫度 海水的溫度是海水分子運動的平均動能，是表示海水冷熱程度的物理量。一般表層海水水溫在 -3至33左右，深處水溫在04之間。二、鹽度（S） 鹽度是表示海水中溶解鹽類多少的物理量。分別有以下幾個不同表示法。 1、總鹽類：1kg海水中所有溶解物質(zhì)（不含氣體）的總克數(shù)。 2、鹽度：1kg海水中全部碳酸鹽轉(zhuǎn)化為氧化物、Br和I被等當(dāng)量的Cl置換、有機物氧化為無機物之后，所含固體物質(zhì)的總克數(shù)。 3、氯度（Cl）：1kg海水中的溴和碘被氯置換后，所含氯離子的總克數(shù)。 因所有海水組分均穩(wěn)定，可以用氯度推算鹽度。 S=0.03+1.805Cl“Marcet原則”（海水組成恒定性規(guī)律） 盡管大洋海水的鹽度

2、是可變的，但其主要組份的含量比例卻幾乎是恒定的，不受生物和化學(xué)反應(yīng)的顯著影響，此即所謂“Marcet原則”，或稱海水組成恒定性規(guī)律。三、密度 單位體積海水的質(zhì)量。海水的密度隨溫度變化而變化。純淡水4時密度最大，但海水最大密度的溫度是變化的。 生產(chǎn)中使用比重d，鹽度和比重的關(guān)系為 S=（d-1）1305+（t-17.5）0.3 海水最大密度時的溫度 S05101520253035T42.931.860.77-0.31-1.4-2.47-3.52 由以色列和約旦共同擁有的死海，是世界上陸地最低的地方。它的湖面低于海平面400米以下。死海是世界上含鹽量最高的大水域，平均含鹽量高于海水的六倍，達200

3、。死海實際上是一個內(nèi)陸鹽湖，由約旦河補充水分。 全球海洋在整體上熱量的得失是基本平衡的，但某一特定的海區(qū)或某一特定時間段內(nèi)熱量的收支又是不平衡的。一、海洋的熱收入 1、太陽輻射：太陽通過電磁波的形式向地球不斷地輻射能量，稱為太陽輻射。 太陽常數(shù)：地日距離為平均距離時，在赤道上，50km高的大氣頂層，陽光直射的強度為1.9卡/min.cm，稱為太陽常數(shù)。到達海面時，至少損失20%以上。 太陽自45億年前開始熱核反應(yīng)，至今輻射強度約增加了30%，亮度增加了40%，直徑增加了6%。 太陽輻射的波長范圍在0.154微米。其中： 0.150.4微米為紫外線，占能量的7%， 0.40.76微米為可見光，占

4、能量的50%， 0.764微米為紅外線，占能量的43%。 太陽高度：太陽與觀測點的連線和海面的夾角。 2、散射：大氣分子和塵埃分散照射至海面的光能。在赤道上，直接輻射是200卡/d.cm，散射是165卡；兩極直接輻射約39卡，散射約36卡。 3、大氣逆輻射：大氣以4-80微米的長波形式向海面輻射能量。很少 4、海底地?zé)幔汉苌俣⒑Ｑ蟮臒嶂С?1、反射：照射到海面的陽光以原波長反射回空中。 約占總支出的8%。 太陽高度約6時，反射和折射各占一半，40時，反射只有來光的3.5%。 海面反射率、折射率與太陽高度的關(guān)系 H051015202530405060708090反射率10058.535.519

5、.513.58.86.03.52.52.22.12.10折射率041.565.080.586.591.294.096.597.597.897.997.91002、海面長波輻射：海水吸熱后以長波形式（波長4微米）向上輻射能量。約占40%。3、蒸發(fā)：海面通過蒸發(fā)使水分子變成水氣，減少海洋水量，在帶走一部分熱量的同時還吸收原海水的熱量，使海面溫度降低。蒸發(fā)散熱的速度取決于海面海氣的溫差和風(fēng)速，溫差大風(fēng)速快失熱也快，約占總失熱的50%。 1ml海水完全蒸發(fā)帶走的蒸發(fā)熱是586卡，海洋上每年平均蒸發(fā)量是1060毫米，蒸發(fā)失熱是十分驚人的。 緯度0海區(qū)，總收入370卡/d.cm，總支出330卡。 緯度40

6、海區(qū)，收入270卡，支出280卡。 緯度90海區(qū)，收入75卡，支出157卡。 收入與支出不平衡部分靠海流補充?？ǎ簩?g純水在1個大氣壓下升高1C所需熱量。1卡=4.18605焦耳一、中國近海的水溫變化 中國近海海區(qū)年度總的熱量平衡是支出大于收入，除南海基本平衡外，其他三個海區(qū)每年平均虧17萬焦耳/cm，虧損的熱量靠黑潮補充。黑潮是位于太平洋西岸的自南向北的巨大暖流，年輸水量達900萬億m，是長江流量的1000倍，來水溫差在3-7之間。1、冬季：表層水溫南北地區(qū)差很大，達30左右，渤海-11；黃海010；東海821；南海1828。2、夏季：南北海區(qū)溫差很小，小于5。渤海2425；黃海2426；

7、東海2728；南海2829。3、年均水溫：渤海11；黃海14；東海22；南海26。4、垂直分布：冬季上下層水溫接近，無溫度躍層，夏季上下溫差較大，達10以上。在1020m水深處出現(xiàn)溫躍層。 躍層：由于海水混合不充分，水溫等理化指標(biāo)在某一水深發(fā)生明顯變化，使得海水分為上下兩層，稱為躍層。如溫躍層、鹽躍層等。 渤海海區(qū)冬季10月-5月間，上下水溫接近，夏季6-8月，表層水25左右，10m以下1018之間。 秦皇島海區(qū)各月表層水溫1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月-1.4-0.82.79.015.420.725.026.622.716.08.30.9 鹽度的變化主要受降雨、陸地徑

8、流和蒸發(fā)量的影響。夏季水溫高、蒸發(fā)量大，但同時降雨量也大，河水流入多，鹽度變化劇烈。冬季鹽度穩(wěn)定。渤海海區(qū)鹽度在31.5以下，沿岸甚至低于26。黃海海區(qū)鹽度在3132.5之間。東海海區(qū)在3334之間，長江口夏季鹽度很低，只有410。南海在3233.5之間。一、溶解氧（DO） 1、溶解氧的概念：溶解于1L海水中的氧氣的毫克數(shù)或（在0、1個大氣壓下的）毫升數(shù)，用mg/L或ml/L表示。海水的溶氧值一般在08.5ml/L之間，隨溫度、鹽度、生物因素等的變化而變化。 因為氧氣的比重為1.429mg/ml，所以多少ml/L=該值1.429mg/L. 2、溶氧飽和值：在一定溫度和鹽度下，海水中的氧氣和空氣

9、中的氧氣達到平衡時的溶氧值稱為溶氧飽和值。并非最大值。 實際溶氧小于飽和值時，溶入的速度將大于逸出的速度，溶氧會上升；反之，逸出將快于溶入，溶氧值會下降。3、溶氧的飽和度：實際溶氧值/該溫度鹽度下的飽和值100%。 不同T、S下的海水溶氧飽和值 mg/L ST010203035010.299.659.008.368.0410 8.027.577.096.636.4120 6.576.225.885.525.3530 5.575.274.954.654.50 水中（海水和淡水）溶解氧含量受到兩種作用的影響：一種是使DO下降的耗氧作用，包括好氧有機物降解的耗氧；生物呼吸耗氧。 另一種是使DO增加的

10、增氧作用，主要有空氣中氧的溶解，水生植物的光合作用等。這兩種作用的相互消長，使水中溶解氧含量呈現(xiàn)出時空變化。如果水中有機物含量較多，其耗氧速度超過氧的補給速度，則水中DO量將不斷減少，當(dāng)水體受到有機物的污染時，水中溶解氧量降低甚至可接近于零，這時有機物在缺氧條件下分解就出現(xiàn)腐敗發(fā)酵現(xiàn)象，使水質(zhì)嚴(yán)重惡化，以致使水生植物大量死亡，水面發(fā)黑，水體發(fā)臭，形成“死湖”、“死河”、“死?！?，進而變成沼澤，原有的生態(tài)平衡被破壞。1、概念：PH值是氫離子的活度，表示海水的酸堿度，由氫離子的濃度計算得出。2、實際值：海水的PH值一般在7.58.2之間，始終呈弱堿性。大洋海水在8.08.1之間，十分穩(wěn)定。3、影響

11、因素：藻類光合作用使CO2減少，碳酸根離子減少，PH值會升高。反之，海洋動物的呼吸會使PH值下降。 陸地徑流會使PH值下降。 光合作用反應(yīng)式 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O24、海區(qū)差別：水平方向，近岸比外海PH值低。 垂直方向，表層海水PH值高于深層海水。5、季節(jié)差別：夏季PH值略高于冬季，年變化幅度小于0.5 海水藻類吸收溶解在海水中的無機鹽才能生存，廣義上所有藻類吸收的無機鹽均是營養(yǎng)鹽，狹義上是指海水中含量較低、制約藻類生長的硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽。1、硝酸鹽：主要是NaNO3和KNO3。在近岸海區(qū)，由于河水的流入和植物光合作用，硝酸鹽含量很不穩(wěn)定。大洋海區(qū)相對穩(wěn)定

12、，表層由于浮游植物的吸收含量很少，水深1000m水層由于海洋生物尸體分解產(chǎn)生大量硝酸鹽而幾乎沒有吸收，形成最大值。約40毫摩爾/噸。 海水中的氮主要是分子氮，占95%?；蠎B(tài)有機氮和無機氮各占一半。無機氮又有銨鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽的形式。2、磷酸鹽：變化規(guī)律與硝酸鹽相似，也是在1000m深層形成最大值，約3毫摩爾/噸。3、硅酸鹽：硅藻大量消耗硅酸鹽，因為硅主要存在于動物的骨骼和細胞壁，分解慢，有時沉入海底后慢慢分解。故底層含量高，100200毫摩爾/噸。第一節(jié) 光與海洋生物的關(guān)系第二節(jié) 光在海水中的傳播第三節(jié) 海水的透明度和水色 一、光照的必要性 光照是海洋環(huán)境中最重要的生態(tài)因素之一，它直接影

13、響海洋中有機物質(zhì)的生產(chǎn)。也是所有海洋植物和海洋動物能夠生存的必要條件。太陽輻射是海水中熱量的主要來源，不僅對海洋生物生活有重要影響，對地球上的生命活動都具有直接或間接的重要作用。 補償點：海洋植物光合作用產(chǎn)氧量等于呼吸作用耗氧量時的光照強度。照度低于此值，植物不增重。它是植物生長的最低光照。飽和光強 在低光照條件下，光合作用速率與光強成正比關(guān)系。隨著光強的繼續(xù)增加，光合作用速率逐漸達到最大值，這種光強稱飽和光強，即光合作用速率不再隨光強增加而上升。如果光強繼續(xù)增加，光合作用會因光照過度而受到抑制，光合作用速率將下降。二、光照與海洋植物的垂直分布 生活在淺海的植物由沿岸淺海向下依次為綠藻、褐藻和

14、紅藻。 帶狀分布的原因：植物對光照強度適應(yīng)的結(jié)果；植物對水中光照性質(zhì)即顏色適應(yīng)的結(jié)果。 在沿岸，海面光照為1000w/m，30m水深處光照約為10w/m，是大多數(shù)浮游植物的感光極限。180m水深處光照約為10的7次方分之一w/m，是魚類的感光極限。在大洋，150m水深是浮游植物感光極限，1000m是底棲魚類的感光極限，僅有10的11次方分之一w/m。三、光照與海洋動物的垂直分布 光照條件的差異，可以改變浮游動物的分布水層。 浮游動物的垂直分布具有季節(jié)變化。 某些種類的海洋動物其 生活史的不同時期分布于不同水層。 海洋動物具有晝夜垂直移動現(xiàn)象。 “最適光強”：浮游動物停留在最適光強區(qū)，當(dāng)光照超過

15、其最適光強時，動物表現(xiàn)為負的向光性；低于最適光強時，表現(xiàn)為正的向光性。 水蝸牛的身體已經(jīng)完全透明，殼已經(jīng)退化，腳進化成肌肉發(fā)達的鰭。由于沒有陽光，眼睛特別發(fā)達，突出在身體外，捕捉細微光線，觀察所有經(jīng)過的獵食對象。 水蝸牛 一只變色魷魚正在吞噬自己的同類，變色魷魚能隨環(huán)境變化而改變身體顏色，在深海1800米以下，一些生物眼中的海水是淡紅色的，因此它將自己變成紅色。被吞噬的魷魚低級一些，它不僅不會改變顏色，還進化成致命的白色。在深海，白色是最危險的顏色。變色魷魚四、不同的光質(zhì)對海洋生物的影響 不同光質(zhì)（波長）對植物的光合作用、色素形成、向光性、形態(tài)的形成影響不同。光合作用的光譜范圍只是可見光區(qū)。

16、可見光對動物生殖、體色、遷徙、生長、發(fā)育都有影響；不可見光對生物的影響也是多方面的。一、反射和折射 光線照射在海面上，一部分反射回空中，一部分折射入海水。入射角為i，折射角為r，則Sini=nSinr 式中n值隨海水溫度、 鹽度而變化，一般在 1.34左右。太陽高度 大于5，入射能即大 于反射能。 折射入海水的光線，一部分被水分子和懸浮物吸收（溫度升高），一部分向四周散射，使得原方向光照減弱，稱為衰減。 衰減系數(shù)k=吸收系數(shù)+散射系數(shù)，k越大，衰減約迅速。K值大小與光的波長和海水清潔度有關(guān)。 K的倒數(shù)約等于透明度的數(shù)值。太陽輻射在海水中不同深度的光照強度：ID和I0分別表示在深度D處和海面的光

17、強；K稱衰減系數(shù)；e為自然對數(shù)的底；D是深度。由本圖可見，波長0.50.6微米之間的藍綠光衰減系數(shù)最小，也就是透過率最大，稱為透明窗，尤其沿岸水更加明顯。 站在岸邊看海水的顏色稱為海色，清潔的海水一般都呈藍色，原因主要是散射光以藍綠光居多。 雷萊定律：水中懸浮物周長大于波長時，散射系數(shù)反比于波長的2次方；懸浮物周長小于波長時，散射系數(shù)反比于波長的4次方。 清潔的海水懸浮物很小，藍綠光散射極多，渾濁的沿岸水藍綠光散射相對減少。 水深水深cm波長波長0.00.11.01001000100000.3-0.623.723.723.722.917.21.40.6-0.936.035.935.312.91

18、.0-0.9-1.217.911.212.3-1.2-1.58.76.31.7-1.5-1.88.02.7-1.8-2.12.5-2.1-2.42.50.1-2.4-3.00.8-總和10085.973.035.818.21.4一、海水的透明度 相對透明度：直徑為30cm的白色圓盤在海水里的最大可見深度。單位是米，L=1/K,即透明度的值約為衰減系數(shù)K的倒數(shù)。 相對透明度受到天氣和觀測者視力的影響，有一定誤差。但仍然廣泛使用。這一指標(biāo)直觀地表達了海水的渾濁程度。 絕對透明度：在水下某一深度的光照強度與海面光照強度之比。 絕對透明度=水深為D處的照度/海面照度100% 觀測透明度觀測透明度 自制透明度盤自制透明度盤 水色的概念：透明度盤下沉至透明度一半深度時海水所呈現(xiàn)的顏色。用號碼表示。1號21號。號碼小稱為水色高，深藍色1號，號碼大稱為水色低，褐色21號。 水色計：由純藍色、黃色、褐色溶液配制成21種不同顏色的水溶液，密封在直徑8mm、長10cm的玻璃管內(nèi)，平時遮光密閉保存在木盒里。測定時先測透明度，然后提起透明度盤至L的一半深度，垂直目視盤的顏色并與水色計對比。 無論何處海區(qū)，一般都是沿岸海水上下混合劇烈，懸浮物較多，因而