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？這其實就是我們這門課需要解決的問題。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含的深層次的東西。課程成績評定期末成績占60%課程論文以及平時成績占40%第一章

緒論科學(xué)體系社會科學(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)生的各種物理過程。

四大氣科學(xué)

是研究大氣的各種現(xiàn)象及人類活動對它的影響，這些現(xiàn)象的演變規(guī)律，以及如何利用這些規(guī)律為人類服務(wù)的一門綜合性學(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)、運動等變化規(guī)律和運用這些規(guī)律為人類服務(wù)的知識體系。

§1.2海洋科學(xué)的研究內(nèi)容、意義和方法海洋學(xué)研究內(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)研究內(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)律的一門綜合性科學(xué)。海洋學(xué)研究的對象：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、研究內(nèi)容二、海洋的特性

1、海洋是環(huán)境的產(chǎn)物

在地球上，通過能量、物質(zhì)的相互傳遞與環(huán)境相互作用。

傳遞方式：通過邊界：海面、海底和沿岸帶。

不通過邊界：輻射和地球及天體對海水的引力。

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：水平運動，垂直運動；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）海洋與人類生存關(guān)系密切2）海洋蘊藏著豐富的資源3）軍事、航運、港工、油氣開發(fā)1、海洋與人類生存環(huán)境關(guān)系密切

1）是蛋白質(zhì)主要來源；運輸和貿(mào)易的中介—航運（密度大）；國際沖突的焦點…

2）影響氣候環(huán)境:

環(huán)流--向高緯輸送熱量；

對氣溫起調(diào)節(jié)作用（海水熱容量大）

3）?！獨庀嗷プ饔茫?/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、海洋蘊藏著豐富的資源

海洋中蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源、化學(xué)資源、生物資源、動力資源

１）礦產(chǎn)資源

石油：半數(shù)以上在海底。

估計海洋石油儲量為(1100－2500億噸)，我國大約100億噸。錳結(jié)核：又稱多金屬結(jié)核，總儲量約為3萬億噸，年再生約1000萬噸，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

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

全球海洋中共含5億億噸無機(jī)鹽，其中：黃金：500萬噸；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27萬噸。

３)生物資源

蛋白質(zhì)主要來源:

海洋生物大約26萬種，其中海洋動物16萬、海洋植物約10萬。發(fā)展近岸養(yǎng)殖業(yè)。我國近海15m以內(nèi)灘涂2.1億畝，可供養(yǎng)殖2000萬畝，89年以來634萬畝。對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量居世界首位。海洋捕撈：

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

４)動力資源

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

波能：30—50噸壓力/m2.但空間分散，時間上間斷，破壞力大。挪威ToHestallen的MOW電站1985年運行，1988年自基礎(chǔ)削去。蘇格蘭Dounreng電站于安裝過程被沖毀。

海流：能量最低。

溫差：表底溫差18度，但難度大。

3、軍事、航運、港工、油氣開發(fā)

軍事：作戰(zhàn)、布雷、潛艇。航運：運輸量大，航道不需維護(hù)。

港工和油氣開發(fā)：設(shè)計標(biāo)高、安全性、可靠性等必須估計浪、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：

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

遙感觀測：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(SSW)等2、實驗和數(shù)值模擬

實驗室或計算機(jī)模擬反演海洋過程。3、理論研討

從理論模式，探討海洋規(guī)律，認(rèn)識海洋。

§1.2.3海洋科學(xué)-----海洋學(xué)研究發(fā)展史一、早期人類對海洋的認(rèn)識（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，說明當(dāng)時有深海潛水公元前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時代（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1770：富蘭克林發(fā)表灣流圖1772：拉瓦錫首先測定海水成分1775：拉普拉斯首創(chuàng)大洋潮汐動力理論1768-1779：著名的海洋探險家英國人庫克4次海洋探險考察，首次環(huán)南極航行庫克，英國人，曾先后四次進(jìn)行全球海洋探險，獲得了一批水深、水溫、海流等資料。右圖為當(dāng)時的航海圖。庫庫克三次航海路線圖：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”號環(huán)球探險1872-1876：英國“挑戰(zhàn)者”號環(huán)球考察——現(xiàn)代海洋學(xué)研究的開始1925-1927：德國“流星”號南大西洋調(diào)查，引發(fā)各國進(jìn)行大規(guī)模海洋調(diào)查左圖：“貝格爾”號上圖：“貝格爾”號航行路線圖達(dá)爾文，英國劍橋畢業(yè)后，隨“貝格爾”號出海探險，回國后著《物種起源》，成為進(jìn)化論的奠基人?！疤魬?zhàn)者”號和船上的設(shè)備

1840s：英國人福布斯《歐洲海的自然史》1855：美國人莫里《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：美國成立2個國家海洋研究所

1946：前蘇聯(lián)海洋研究所成立

1949：英國成立國立海洋研究所三、現(xiàn)代海洋科學(xué)時期（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)眾多國際性海洋科學(xué)組織成立——

國際海洋考察理事會（第一個國際海洋科學(xué)組織）多次國際合作大規(guī)模海洋調(diào)查新型海洋監(jiān)測儀器飛速發(fā)展20世紀(jì)中葉開始，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1994年11月：《聯(lián)合國海洋法公約》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《閩中海錯疏》，區(qū)域性海產(chǎn)動物志

鄭和下西洋我國，早在7000年以前，沿海居民就開始利用海洋（采貝，捕魚），并且已能運用舟楫沿海漂流。春秋以來，海戰(zhàn)頻繁見于《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，已說明其時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。這時中國四大發(fā)明之一的指南針在航海中得以應(yīng)用，極大促進(jìn)了中國海外貿(mào)易的發(fā)展，同時給世界航海史帶來了劃時代的革命。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此時已經(jīng)為鄭和下西洋奠定了堅實的基礎(chǔ)。宋代的羅盤陸地上使用的指南針泉州外海打撈出的宋代沉船明代開始實行了嚴(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，其中最著名的就是鄭和下西洋。鄭和在1405年到1433年這二十多年的時間里，先后奉旨七次率船隊出使西洋，到達(dá)亞非三十多個國家，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，還要早半個世紀(jì)。鄭和下西洋的寶船模型鄭和航海圖明朝中葉，我國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，使得中國逐漸喪失了海上的領(lǐng)先地位，自鴉片戰(zhàn)爭以后，列強紛紛自海路入侵，使中國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。列強百年入侵圖二、舊中國1922：海軍部成立海道測量局1928：青島觀象臺設(shè)立海洋科1931：成立中華海產(chǎn)生物學(xué)會1935：成立太平洋科學(xué)協(xié)會海洋學(xué)組中國分會1946：山東大學(xué)、廈門大學(xué)、臺灣大學(xué)分別建立海洋研究所和海洋學(xué)系三、新中國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)流試驗調(diào)查1996年11月：世界海洋和平大會在北京召開，通過了《北京海洋宣言》進(jìn)入21世紀(jì)以來，越來越多的高校開始設(shè)立了海洋科學(xué)專業(yè)，可以預(yù)見在不久的將來海洋科學(xué)的發(fā)展會更加的迅猛。海洋是人類的海洋，因此有關(guān)海洋的研究很多是在國際大的海洋計劃中進(jìn)行的。這些計劃涵蓋包括全球氣候變化，生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究，以及人與自然的關(guān)系等。我國在改革開放以來對海洋科學(xué)研究越來越重視，相繼開展了全國海岸帶和灘涂資源綜合調(diào)查、全國海島資源綜合調(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價、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，目前對于海洋環(huán)境的監(jiān)測預(yù)報及決策支持已向系統(tǒng)化發(fā)展。我國積極參與國家管轄范圍之外的有關(guān)海洋的開發(fā)利用。我國在南極建立了兩個科學(xué)考察站——長城站、中山站，開展了大量的極地研究。近年我國又開始了北極的研究，2003年我國將對北極展開第二次考察，并將在北極建立永久考察站。我國南極長城站的位置雪龍?zhí)枠O地考察船我國從七十年代開始在太平洋進(jìn)行多金屬結(jié)核的勘探工作，經(jīng)過八十年代的海上勘探活動，于1991年3月獲準(zhǔn)在聯(lián)合國登記為國際海底先驅(qū)投資者，獲得15萬平方公里的多金屬結(jié)核開辟區(qū)。經(jīng)過十個航次的探查，優(yōu)選出7.5萬平方公里保留礦區(qū)，按期履行了海洋法公約規(guī)定的區(qū)域放棄義務(wù)。在中國大洋礦