第三章 海溫觀測

第三章海溫觀測主要內(nèi)容溫度觀測的基本要求各式測溫計簡述玻璃液體溫度計表面溫度計測溫顛倒溫度計測溫溫深系統(tǒng)測溫遙感測溫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動因太陽照射不均勻，全球海洋溫度分布也不均勻赤道海區(qū)太陽直射時間長，海水溫度較高中緯度海區(qū)日射偏斜，海水溫度相對赤道地區(qū)低極地海區(qū)太陽照射更少，海面終年冰封或水溫極低234T:實測溫度θ:位勢溫度53.1溫度觀測的基本要求海洋溫度的單位均采用攝氏溫標(?C)問題：為什么要求準確度？答：溫度對密度影響顯著，而密度的微小變化都可導(dǎo)致海水大規(guī)模運動海洋學(xué)上，大洋溫度的測量，特別是深層水溫的觀測，要求達到很高的準確度下層水溫的準確度必須在0.05?C以下有時要求達到0.01?C，如研究溫度變化很小的深層大洋6一、溫度觀測的準確度要求對于大陸架和近岸淺水域，溫度變化相對較大，用于測定表層水溫的溫度計的準確度不一定很高實際工作中，根據(jù)所測項目的要求，制定測溫的準確度范圍除根據(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：對于大洋，因其溫度分布均勻，變化緩慢，觀測準確度要求較高，準確度應(yīng)達到±0.02?C對用遙感手段觀測海溫或其他儀器觀測上層海水躍層情況時，可適當放寬要求在淺海，海溫變化劇烈，準確度為±0.1?C71.觀測層次表層溫度觀測表層：海表面以下1m以內(nèi)水層表層以下溫度觀測底層的定義：水深<50m時，底層為離底2m的水層水深在50~100m時，底層為離底5m的水層水深在100~200m時，底層為離底10m的水層水深>200m時，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、溫度觀測的時次與標準層次2.觀測時次沿岸臺站只觀測表面水溫，觀測時間一般為2、8、14、20時海上觀測大面或斷面站，船到站就觀測一次連續(xù)站每兩小時觀測一次9103.2各式測溫計簡述液體溫度計代表：表面溫度計、顛倒溫度計顛倒溫度計：自發(fā)明(1876年)至今已有100多年優(yōu)點：準確度高、使用方便、性能比較穩(wěn)定，仍是深層水溫觀測的基本標準儀器只能在停船時使用，且只能測定單層溫度機械式溫度計代表：深度溫度計用于自動記錄各深度層的水溫數(shù)值能連續(xù)反映溫度垂直變化，判別溫躍層深度、強度11現(xiàn)已淘汰一、液體和機械式溫度計液體和機械式溫度計缺點：感溫較慢、靈敏度不高、不能長期連續(xù)自記廣泛采用電學(xué)式或電子式溫度計熱電式溫度計可在定點或走航時使用測溫深度100m以內(nèi)測溫準確度較低，約為±0.5?C電阻式溫度計可在定點或走航時使用測溫深度可達500m測溫準確度較高，約為±0.1?C國內(nèi)外廣泛采用的測溫儀器12二、電子溫度計電子式溫度計可在定點或走航時使用測溫準確度較高，定點時可達±0.02?C，航速為16節(jié)時可達±0.1?C國內(nèi)外廣泛采用的測溫儀器晶體振蕩式溫度計測溫準確度很高，可達±0.001?C感溫時間較長，不適合走航使用專供定點觀測及校正儀器用13紅外線觀測海表溫度熱紅外輻射計接收從海面發(fā)射的熱輻射，從而推算海表面溫度遙感溫度優(yōu)點：觀測面積大，時間短，可以研究各種尺度的海洋現(xiàn)象遙感溫度缺點：只能觀測海洋表面的溫度，不能得到海洋垂直溫度分布14三、遠距離海表溫度輻射探測153.3玻璃液體溫度計16表面溫度計、顛倒溫度計利用裝在玻璃容器中的測溫液體，隨溫度改變而引起體積，從而液柱位置的變化來測定溫度17α為測溫液的視膨脹系數(shù)，即測溫液體與玻璃膨脹系數(shù)差一、玻璃液體溫度計的測溫原理設(shè)溫度為0?C時球部與管部的液體體積為V0，當溫度改變到t?C時，液體體積為Vt，變化量為ΔV液體積變化量ΔV，進入截面積為S的毛細管，使得毛細管內(nèi)液柱的長度改變了ΔL：18V0，α，S已固定，故ΔL與溫度的變化成正比溫度升高，毛細管中的液柱就伸長；反之，液柱縮短ΔL/Δt表示溫度每變化1?C時，液體的改變量，即單位刻度的長度，也即溫度計的靈敏度如何更靈敏？1.常定誤差由于制作溫度計技術(shù)條件的限制和材料的某些物理特性變化而引起的，可通過與標準溫度計作比較檢定而得出器差因制作不良而引起的誤差刻度標準和零點位置不正確毛細管內(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，不能完全通過器差訂正消除水溫與氣溫不一致造成的誤差在水中測溫，在空氣中讀數(shù)視線誤差20213.4表面溫度計測溫用于測量表層溫度范圍-6?C~+40?C分度值0.2?C準確度0.1?C一、儀器結(jié)構(gòu)由一支普通的水銀溫度計安裝在一個金屬外殼內(nèi)構(gòu)成，外殼下端是一個直徑約5cm、高約6cm的金屬桶，桶外殼上有數(shù)個小孔，供海水進出22二、觀測與使用可在臺站或船上使用溫度計直接放入水中觀測(風(fēng)浪較小)用水桶取水觀測(風(fēng)浪較大)23方法步驟把溫度計直接浸入海中進行測溫用繩拴住金屬管上端的圓環(huán)，在離開船舷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)及陽光的影響，讀數(shù)應(yīng)在背光、背風(fēng)處進行，并力求迅速，從溫度計離開水面到讀數(shù)完畢不超過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，并把表面溫度計放在陰暗的地方24方法步驟用水桶取水觀測時取上的海水放于陰影處，把表面溫度計放入桶內(nèi)攪動，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放入桶內(nèi)(注意：把溫度計放入桶內(nèi)前，應(yīng)將溫度計桶內(nèi)的海水倒盡)感溫3分鐘即可讀數(shù)，此時溫度計不可離開水面第一次讀數(shù)后過1分鐘再讀數(shù)一次，當氣溫高于水溫時取偏低的一次，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)器差訂正后才為實測的表層水溫值263.5顛倒溫度計測溫顛倒溫度計功能：測溫、測壓一、顛倒采水器及顛倒溫度計的結(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，通過連接桿連接，通過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.顛倒溫度計的結(jié)構(gòu)和原理閉端(防壓)：測量水溫開端(受壓)：與閉端配合確定儀器的沉放深度閉端顛倒溫度計結(jié)構(gòu)：主要溫度計和輔助溫度計裝在厚壁玻璃套內(nèi)，主溫用于測溫，輔溫用于測量玻璃套內(nèi)的溫度以進行還原訂正主溫與輔溫相互倒置主溫由儲蓄泡和與其相連的毛細管構(gòu)成，在儲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閉端顛倒溫度計結(jié)構(gòu)：離儲蓄泡不遠的毛細管上有一狹窄處，并從此處向儲蓄泡方向伸出一盲枝當溫度計被顛倒后時，水銀必須永遠斷裂在盲枝的分枝處－決定溫度計示數(shù)準確性的主要原因讀數(shù)工作在溫度計顛倒后進行，刻度從毛細管頂端開始30開端顛倒溫度計結(jié)構(gòu)：與閉端顛倒溫度計基本相同，不同之處僅在于外套管下端是開口的此溫度計受壓，溫度計水銀柱長度受溫度和水壓變化影響－計算儀器的實際沉放深度3132顛倒采水器和顛倒溫度計是采水樣和觀測水溫的重要儀器，可同時取到不同水層的溫度和水樣1.在觀測前需要做的工作(1)挑選顛倒溫度計和套筒，檢查溫度計性能(2)在采水器的套筒內(nèi)安裝顛倒溫度計(3)給采水器編號(4)檢查采水器33二、顛倒溫度計觀測與使用方法2.鋼絲繩傾角接近0?時，各采水器之間的距離計算方法在船舷外把最下面一個(底層)采水器掛在離重錘1m的鋼絲繩上，將計數(shù)器清零或記下起點讀數(shù)343.觀測水溫和采取水樣的方法與步驟(1)將裝溫度計的采水器從表層至深層集中安放在采水器架上，根據(jù)測站水深確定觀測層次，并將各層的采水器編號、顛倒溫度計的器號和值計入顛倒溫度計測溫記錄中(2)觀測時，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，在躍層內(nèi)適當增加測層35(3)當水深在100m以淺時，在懸掛表層采水器之前，應(yīng)先測量鋼絲繩傾角；傾角大于10度時，應(yīng)求得傾角訂正值。若訂正值大于5m，應(yīng)每隔5m加掛一個采水器。當?shù)讓硬伤麟x預(yù)定的底層在5m以內(nèi)時，再掛表層采水器，最后將其下放到表層水中(4)顛倒溫度計在各預(yù)定水層感溫7分鐘，測量鋼絲傾角，投下使錘，記下鋼絲繩傾角和打錘時間。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的位置上，立即讀取各層溫度計的主、輔溫值，記入顛倒溫度計測溫記錄表內(nèi)36(5)如需取水樣，待取完水樣后，第二次讀取溫度計的主、輔溫值，并記入觀測記錄表的第二次讀數(shù)欄內(nèi)，第二次應(yīng)換人復(fù)核。若同一支溫度計的主溫讀數(shù)相差超過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)立即補測；若兩支溫度計之間的水溫差值多次超過0.06?C，應(yīng)考慮更換可疑溫度計37(7)顛倒溫度計不宜長時間倒置，每次觀測結(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準層的水溫觀測時，可分兩次進行，但兩次的間隔應(yīng)盡量短(9)如果需測表層水溫，除顛倒溫度計外，還可用表面溫度計或電測表面溫度計觀測384.顛倒溫度計測溫記錄的整理(1)首先要對溫度計讀數(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：水銀與溫度計玻璃的相對視膨脹系數(shù)K：主溫表測得的水溫受到氣溫的影響5.在使用或保存顛倒溫度計時應(yīng)注意的問題(1)顛倒溫度計必須經(jīng)常垂直地保持正置狀態(tài)，否則斷裂的水銀柱與整個水銀體長期相隔會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溫度計刻度的最大值(3)顛倒溫度計必須保存在特制的箱內(nèi)，使得在搬運時能保持正置狀態(tài)，并避免受劇烈震動40413.6溫深系統(tǒng)測溫可以測量水溫的鉛直連續(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測溫CTD自1974年問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)三個傳感器，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)若探頭過熱或海氣溫差較大時，觀測前應(yīng)將探頭放入水中停留數(shù)分鐘進行預(yù)熱(冷)4445二、XBT測溫XBT是一種常用的測量溫深的系統(tǒng)由探頭、信號傳輸線和接收系統(tǒng)組成46探頭深度根據(jù)記錄時間，由下式得出：t的二次項表示下降速度隨時間增加而減小原因：導(dǎo)線逐漸釋放，探頭重量減少XBT主要優(yōu)點是成本低4748493.6遙感測溫傳統(tǒng)觀測使用儀器直接與海水接觸測量，費時費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，會產(chǎn)生不可避免的誤差，甚至得出與實際完全相反的結(jié)論遙感觀測則能獲得大面積同步觀測資料50薄層溫差的存在在海