廈門大學(xué)海洋科學(xué)導(dǎo)論課件(水文部分)l

廈門大學(xué)海洋科學(xué)導(dǎo)論:水文本課程將介紹海洋水文的基本概念和重要性。重點講解海洋水體的物理性質(zhì)、運動規(guī)律、水文要素測量等。課程概述課程背景本課程是廈門大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在為學(xué)生提供海洋水文的知識基礎(chǔ)。課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握海洋水文的基本概念、理論和方法，為后續(xù)海洋科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。課程內(nèi)容課程內(nèi)容涵蓋海洋的形成和演變、地球水循環(huán)、海洋水動力系統(tǒng)、海水性質(zhì)、海洋環(huán)流、潮汐、海浪等。海洋水文學(xué)概述海洋水文學(xué)是研究海洋水體的物理特性、運動規(guī)律和分布狀況的學(xué)科。它涵蓋了海水的溫度、鹽度、密度、海流、潮汐、波浪等方面的知識。海洋水文學(xué)是海洋科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科之一，對理解海洋環(huán)境、開發(fā)海洋資源、保護(hù)海洋生態(tài)具有重要意義。海洋的形成和演變1地球形成初期太陽系形成初期的星云塵埃物質(zhì)，經(jīng)過長期的吸積作用形成地球。2火山活動頻繁地球內(nèi)部的熱量釋放導(dǎo)致火山活動頻繁，大量氣體和水蒸氣被噴發(fā)到大氣層中。3水蒸氣冷凝隨著地球冷卻，大氣中的水蒸氣冷凝形成降雨，逐漸形成了最初的海洋。4海洋演化隨著時間的推移，海洋不斷擴(kuò)大，并經(jīng)歷了多次演化階段，最終形成了我們今天看到的海洋。地球形成后，經(jīng)歷了漫長的演變過程，才形成了今天的海洋。這個過程是一個復(fù)雜而漫長的過程，涉及地球內(nèi)部的熱量釋放、火山活動、大氣成分變化以及水循環(huán)等一系列因素。地球水循環(huán)1蒸發(fā)太陽輻射使海洋、湖泊和河流中的水蒸發(fā)成水蒸氣，進(jìn)入大氣。2凝結(jié)大氣中的水蒸氣冷卻凝結(jié)成云，形成降水。3降水降水包括雨、雪、冰雹等形式，降落到地表，一部分形成地表徑流，一部分滲入地下，形成地下水。4徑流地表徑流匯集到河流，最終流入海洋。5地下徑流地下水通過地下滲透，最終匯集到河流或海洋。海洋水動力系統(tǒng)洋流洋流是海洋中大規(guī)模的水體運動，對全球氣候和海洋生態(tài)系統(tǒng)至關(guān)重要。潮汐潮汐是海水周期性漲落的現(xiàn)象，主要受月球和太陽的引力影響。波浪波浪是海面上的起伏運動，通常由風(fēng)力驅(qū)動，但也可能由地震或海底滑坡引起。水體運動的基本概念1水體運動的類型水體運動主要包括水平運動和垂直運動。2水體運動的驅(qū)動力風(fēng)力、密度差異、地球自轉(zhuǎn)、潮汐引力等因素驅(qū)動水體運動。3水體運動的尺度水體運動的尺度從微小的波浪到巨大的洋流，范圍很大。4水體運動的影響水體運動影響著海洋的物質(zhì)循環(huán)、能量傳輸、生物分布和氣候變化等。海水溫度的分布及變化海水溫度是海洋中最基本的環(huán)境要素之一，受太陽輻射、蒸發(fā)、降水、洋流等多種因素的影響，表現(xiàn)出復(fù)雜的時空分布特征。海洋溫度對海洋生物的生存、海洋環(huán)流的形成、氣候變化等方面具有重要影響。100℃海水溫度平均值20℃海洋表層溫度4℃海洋深層溫度0.1℃溫度變化幅度海水鹽度的分布及變化海水鹽度指海水中溶解的鹽類總量，以千分比（‰）表示。全球平均海水鹽度約為35‰，但各地鹽度差異較大。赤道地區(qū)降水量多，海水鹽度較低；副熱帶海區(qū)蒸發(fā)量大，海水鹽度較高。近岸海域受河流淡水注入影響，海水鹽度較低；遠(yuǎn)洋海域鹽度較高。海水鹽度會隨季節(jié)變化，夏季蒸發(fā)旺盛，鹽度較高；冬季降水量多，鹽度較低。海水密度的分布及變化海水密度受溫度、鹽度和壓力影響，并隨深度、緯度和季節(jié)發(fā)生變化。在同一深度，高緯度海水密度通常高于低緯度海水密度，因為高緯度海水溫度較低。海水密度影響海洋環(huán)流，例如密度較高的海水會下沉，形成下沉流；密度較低的海水會上升，形成上升流。海流系統(tǒng)海流形成海流是由多種因素驅(qū)動的，包括風(fēng)力、海水密度差異、地球自轉(zhuǎn)以及海底地形等。海流類型海流分為表層流和深層流，其中表層流受風(fēng)力影響較大，而深層流則受海水密度差異影響較大。潮汐現(xiàn)象潮汐力地球和月球之間的萬有引力導(dǎo)致地球上水體發(fā)生周期性漲落，形成潮汐現(xiàn)象。潮汐類型主要分為大潮和小潮，大潮時潮差大，小潮時潮差小。潮汐類型與太陽、月球的相對位置有關(guān)。潮汐影響潮汐現(xiàn)象對沿海地區(qū)的航運、漁業(yè)、鹽場等生產(chǎn)活動具有重要影響，也影響著海岸線演變和海洋生物的繁殖。海洋波浪海洋波浪是由風(fēng)力、地震或海底滑坡等因素引起的，海水表面的起伏運動。海浪的形成和傳播是一個復(fù)雜的物理過程。波浪能量的大小取決于風(fēng)力、風(fēng)速、風(fēng)持續(xù)時間和水深等因素。海浪在傳播過程中會發(fā)生折射、反射和衍射等現(xiàn)象。波浪還可以對海岸造成侵蝕，并對航海、漁業(yè)和海洋工程等活動產(chǎn)生重大影響。海洋聲學(xué)聲吶技術(shù)聲吶技術(shù)利用聲波在水中的傳播特性探測海洋環(huán)境，包括海洋深度、魚群分布和沉船位置等。海洋生物聲學(xué)海洋生物利用聲音進(jìn)行交流、導(dǎo)航和覓食，研究海洋生物聲學(xué)有助于理解海洋生物的生態(tài)行為。海洋聲學(xué)研究海洋聲學(xué)研究涉及海洋聲波的傳播、反射、散射等方面的理論和應(yīng)用，對海洋環(huán)境監(jiān)測、資源勘探和國防安全具有重要意義。海洋光學(xué)海洋光學(xué)研究太陽輻射在海洋中的傳輸、散射和吸收，以及各種光學(xué)現(xiàn)象。海洋中的光線傳播受到海水性質(zhì)、懸浮顆粒物和生物的影響，產(chǎn)生折射、反射、散射和吸收等現(xiàn)象。海洋中的顆粒物生物顆粒物海洋中生物顆粒物包括浮游生物、動植物殘骸以及有機(jī)碎屑。這些顆粒物在海洋食物網(wǎng)中起著重要的作用，并影響海洋的光學(xué)性質(zhì)和生物地球化學(xué)循環(huán)。無機(jī)顆粒物無機(jī)顆粒物主要來自陸地和海底的巖石風(fēng)化、火山噴發(fā)以及人類活動。這些顆粒物對海水化學(xué)性質(zhì)、沉積物形成和海底地形有著顯著影響。海洋化學(xué)1海水成分海水是多種鹽類、氣體、有機(jī)物質(zhì)的混合物，主要成分是氯化鈉，約占海水中溶解鹽類的85%。2海水pH值海水呈弱堿性，平均pH值約為8.1，受二氧化碳濃度、溫度、生物活動等因素影響。3海洋化學(xué)過程海水中的化學(xué)物質(zhì)參與各種復(fù)雜的化學(xué)過程，包括溶解、沉淀、氧化還原、生物化學(xué)反應(yīng)等。4海洋化學(xué)與環(huán)境海洋化學(xué)過程對海洋環(huán)境變化、氣候變化、海洋生物生存息息相關(guān)。海洋生態(tài)系統(tǒng)海洋生態(tài)系統(tǒng)是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，由各種海洋生物和非生物因素組成，包括海洋生物群落、海洋環(huán)境、海洋生物之間的相互作用以及海洋生物與環(huán)境之間的相互作用。海洋生態(tài)系統(tǒng)擁有豐富的生物多樣性，從微小的浮游生物到巨大的鯨魚，涵蓋了各種各樣的生物，它們在食物鏈和能量流動中扮演著重要的角色。氣候變化與海洋海平面上升全球氣溫上升導(dǎo)致冰川融化，海平面上升，侵蝕海岸線，影響沿海地區(qū)安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。海洋酸化大氣中二氧化碳增加，導(dǎo)致海洋吸收更多二氧化碳，海洋酸性增強(qiáng)，威脅海洋生物，特別是珊瑚礁的生存。海洋生態(tài)系統(tǒng)氣候變化導(dǎo)致海洋溫度和鹽度變化，影響海洋生物分布和繁殖，改變海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。極端天氣氣候變化導(dǎo)致極端天氣事件增加，例如臺風(fēng)和風(fēng)暴潮，加劇海洋災(zāi)害，給人類社會造成重大損失。海洋污染問題污染源海洋污染源包括陸地來源、海上來源和大氣來源。陸地來源是海洋污染的主要來源，包括工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)廢水、生活污水、固體廢物等。污染類型海洋污染主要包括石油污染、塑料污染、重金屬污染、營養(yǎng)鹽污染、農(nóng)藥污染、放射性污染等。影響海洋污染對海洋生物、海洋生態(tài)系統(tǒng)、人類健康和海洋經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重影響。例如，海洋污染會造成海洋生物死亡、海洋生態(tài)系統(tǒng)失衡、海洋產(chǎn)品安全問題、海洋旅游業(yè)發(fā)展受阻等。治理措施海洋污染治理需要多方協(xié)同，包括加強(qiáng)污染源控制、發(fā)展清潔生產(chǎn)技術(shù)、提高公眾環(huán)保意識、加強(qiáng)海洋環(huán)境監(jiān)測和管理等。海洋災(zāi)害與防治海嘯地震或火山爆發(fā)引起的海底地殼變動，造成的海水巨浪。臺風(fēng)熱帶氣旋，帶來強(qiáng)風(fēng)暴雨和巨浪，對沿海地區(qū)造成嚴(yán)重破壞。風(fēng)暴潮臺風(fēng)或強(qiáng)冷空氣帶來的風(fēng)暴潮，造成海水異常升高，淹沒沿海地區(qū)。海洋資源的開發(fā)利用海洋油氣資源海洋蘊藏著豐富的石油和天然氣資源，為人類提供重要的能源。海洋漁業(yè)資源海洋是全球最大的蛋白質(zhì)來源，漁業(yè)資源的開發(fā)利用對人類食物安全至關(guān)重要。海洋礦產(chǎn)資源海洋中蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源，如錳結(jié)核、多金屬硫化物等，具有重要的戰(zhàn)略意義。海洋空間資源海洋擁有廣闊的空間資源，可用于發(fā)展海洋旅游、海洋運輸、海洋工程等?？稍偕Ｑ竽茉春Ｑ竽艿姆N類海洋能是指蘊藏在海洋中的各種能量，包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽差能。這些能源都是可再生能源，不會產(chǎn)生污染，對環(huán)境友好。開發(fā)利用現(xiàn)狀目前，海洋能的開發(fā)利用還處于起步階段，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，海洋能的開發(fā)潛力巨大。例如，潮汐能發(fā)電站已經(jīng)建成并投入運行，波浪能發(fā)電技術(shù)也在不斷發(fā)展。海洋工程概述基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)港口碼頭、海上平臺、海底隧道、人工島嶼。資源開發(fā)海洋油氣、礦產(chǎn)資源、生物資源的開發(fā)利用。環(huán)境保護(hù)海洋生態(tài)修復(fù)、防治海洋污染、減緩氣候變化影響。科學(xué)研究海洋觀測、研究、實驗、數(shù)據(jù)分析和模型構(gòu)建。海洋觀測技術(shù)海洋觀測技術(shù)是了解海洋環(huán)境、監(jiān)測海洋變化的關(guān)鍵?，F(xiàn)代海洋觀測技術(shù)手段多樣，包括衛(wèi)星遙感、船舶觀測、無人機(jī)觀測、水下機(jī)器人等。觀測數(shù)據(jù)可以用來研究海洋物理、化學(xué)、生物過程，為海洋資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)警等提供科學(xué)依據(jù)。海洋數(shù)據(jù)處理與分析海洋數(shù)據(jù)處理與分析是海洋科學(xué)研究的重要環(huán)節(jié)，它將來自各種海洋觀測平臺和傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息和知識，為海洋資源開發(fā)利用、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)警等提供科學(xué)依據(jù)。1數(shù)據(jù)收集海洋觀測系統(tǒng)2數(shù)據(jù)預(yù)處理質(zhì)量控制、格式轉(zhuǎn)換3數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計分析、機(jī)器學(xué)習(xí)4數(shù)據(jù)可視化圖表、地圖5數(shù)據(jù)應(yīng)用海洋預(yù)報、資源管理海洋預(yù)報預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集海洋觀測站、衛(wèi)星遙感、船舶觀測等數(shù)據(jù)實時收集，涵蓋水文、氣象、生物等多方面。數(shù)據(jù)處理對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制、格式轉(zhuǎn)換、插值等預(yù)處理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。模式預(yù)報利用海洋動力學(xué)模型對海洋環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，預(yù)測未來一段時間內(nèi)的海洋狀態(tài)變化。預(yù)警發(fā)布根據(jù)預(yù)報結(jié)果，及時發(fā)布海洋預(yù)警信息，包括臺風(fēng)、海嘯、風(fēng)暴潮、赤潮等。信息傳播通過網(wǎng)站、手機(jī)APP、廣播電視等多種渠道發(fā)布預(yù)警信息，提高公眾的防災(zāi)意識。海洋管理與政策海洋資源保護(hù)科學(xué)規(guī)劃海洋開發(fā)利用，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，防止污染和過度開發(fā)。海洋空間規(guī)劃制定海洋空間規(guī)劃，合理利用海洋空間資源，協(xié)調(diào)不同海洋活動的開展。海洋權(quán)益維護(hù)維護(hù)國家海洋權(quán)益，加強(qiáng)海洋執(zhí)法，打擊非法活動。海洋合作交流加強(qiáng)國際合作，共同維護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)海洋科技發(fā)展。海洋科技創(chuàng)新海洋生物科技海洋生物擁有豐富的遺傳資源和獨特的生理功能，為生物醫(yī)藥、生物材料等領(lǐng)域提供巨大潛力。海洋傳感技術(shù)先進(jìn)的海洋傳感器可以實時監(jiān)測水溫、鹽度、水流等海洋環(huán)境參數(shù)，為海洋研究和管理提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。海洋工程技術(shù)海洋工程技術(shù)不斷發(fā)展，在海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮著重要作用。海洋教育與科普11.提高海洋意識海洋教育和科普是提升公眾海洋意識的關(guān)鍵途徑，增強(qiáng)人們對海洋的了