海洋科学进展复习题.doc

海洋物理学的主要研究：海水各类运动和海洋与大气及岩圈的相互作用的规律，为海况和天气的监测及预报提供依据；研究海洋中的声、光、电现象和过程，以掌握其变化和机制；研究海洋探测的各种物理学方法，从而实现有计划地在海上进行现场的专题观测和实验。 海洋物理学发展史，可概括为三个阶段：海洋考察；早期的理论研究和观测仪器的研制；现代海洋学。海洋光学：是光学与海洋学之间的边缘科学，主要研究海洋的光学性质；光辐射与海洋水体的相互作用；光在海洋中的传播规律；激光探测海洋；光学海洋遥感；海洋中光的信息传递等。利用多光谱遥感资料，根据海水中叶绿素强吸收光谱和透射光谱的比值，探测海洋叶绿素含量的方法称为光谱比值法。海洋光学的研究内容：在基础研究方面：海洋辐射传递过程、海面光辐射、水中能见度、海水光学传递函数、激光与海水相互作用等；在应用研究方面主要是遥感、激光、水中照相工程等海洋探测方法和技术的研究。海洋的表观光学性质：太阳和天空辐射通过海面进入海中所形成的海洋辐射场分布，主要表现为辐亮度分布、辐照度衰减、辐照比和偏振特性等所有与辐射场有关的光学性质。海中光传播规律主要决定于多次散射，研究海中光传播规律的海洋辐射传递理论是海洋光学的核心问题。已知海洋水体的散射函数和吸收系数，对海洋辐射传递方程求解，即可得到日光、人工光源和激光在海水中的传播规律。反之，由辐射场确定海水基本性质，是遥测海洋技术的基本方法。海洋光学的应用基础研究主要包括:水中对比度及图像传输研究;海洋水体光学传递函数研究;激光与海洋水体相互作用研究;探测海洋的光学遥感模式研究。激光与海洋水体的相互作用研究主要是海水激光荧光光谱、受激赖曼散射。海洋激光雷达所激起的海水激光荧光光谱是探测海水化学组分的基本遥测方法。海水受激赖曼散射随温度增高而红移，这种物理现象是激光雷达遥测海洋表层温度剖面的有效方法，精度可达0.5度。海洋声传播的影响因素：声波在海水中传播时，海中的气泡、海洋生物和悬浮体，都会散射和反射声波。散射或反射系数与物体的大小、介质和结构有关，不同的物体有不同的散射频率响应。海中存在由生物体构成的、能强烈散射声波的深海散射层，它们遍布各大洋，往往分成几层，其深度随昼夜和季节不同而变化。海底底质的不均匀和不平整，也会增加声波的散射。 声波受波动海面的反射，或者穿过温度呈微观不均匀的水团时，其信号强度和相位都会发生起伏。海洋内波对声的传播影响很大，会引起声波大幅度的缓慢起伏。由于海面波浪、涡流、海洋生物发声，水下火山爆发或地震，海水分子的热运动和航船来往等原因，使海洋中存在噪声，它是声呐的一种强干扰。声波是水下目标探测、通讯、导航等方面在水下唯一有效的辐射能。 风浪的搅拌，使表层海水形成等温层。其中的静压力，使声速随深度的增加而略有增加。等温层内自声源出发的声线总是弯曲向上，经海面反射而向前传播，也可以传播到较远的地方，称为表面声道。海洋的主要作用：调节气候变化、提供可再生资源、维持生态平衡。海洋学是研究发生在海洋中的各种自然现象和过程的性质及其变化规律的一门科学。斯韦尔德鲁普、约翰逊和福莱明合著的海洋(The oceans)一书，对此前的海洋科学的发展和研究给出了全面、系统而深入的总结，被誉为海洋科学建立的标志气泡是海洋-大气间的气体输运（如CO2）和各类通量交换的媒体；气泡是海洋中重要噪声源之一；波浪破碎形成的气泡会影响海洋浮质构成和表面微结构的形成；气泡在海表光学、潮汐动力学、海-气界面气旋、海洋表层的声磁特性、大气颗粒形成以及生物种类与生物化学变化方面有影响。来源于大气：海浪破碎、降雨。来源于海底：由海底腐坏物质产生，产生的气泡中包含CH4、SO2，CO等少量有毒气体。来源于人类活动：如螺旋桨搅动等。物理海洋学的定义：以数学、物理、力学为基础，根据流体动力学和热力学原理，研究海水运动成因、变化及其规律，研究海洋物理场的形成、变化与演变规律的一门学问。辐亮度(L)表示单位立体角d和单位发射面积dA发出的辐射通量,L=d F/dAcos d。是光束与dA的法线的夹角。水中的辐亮度分布由海洋辐射传递方程来决定。辐亮度沿深度z 的变化，由垂直衰减系数所决定。辐照度(E) 表示入射到无限小面元上的辐射通量dF与该面积之比。辐照度随深度z 的增加而按指数律衰减。以海平面为基准，法线向上的单位面元上接收到的辐射通量，称为向下辐照度E ；法线向下的单位面元上接收到的辐射通量，称为向上辐照度E ，它们的分布与太阳高度角、光的波长和海水深度有关。常用海洋光学仪器设备：水下摄影系统,包括潜水员操纵的水下摄像系统、水下照相系统以及深潜球装备的水下观察系统；海洋探测激光雷达系统，包括激光测深仪、激光荧光光谱仪、激光赖曼光谱仪等;海洋光学仪器,包括水中照度计、水中准直光透射率计、水中光散射仪、水中分光光度计等。蒙特卡罗方法其实只是对一种思想的泛称，只要在解决问题时，利用产生大量随机样本，然后对这些样本结果进行概率分析，从而来预测结果的方法，都可以称为蒙特卡罗方法。海洋声学是研究声波在海洋中传播的规律，和利用声波探测海洋的科学，是海洋学和声学的交叉学科。海洋声学的基本内容包括三方面： 声在海洋中的传播规律和海洋条件对声传播的影响。不同水文条件和底质条件下的声波传播规律；海底对声波传播的影响；海水对声的吸收；声波的起伏；散射和海洋噪声等。 利用声波探测海洋。 海洋声学技术和仪器。 海洋中声的传播和声速的分布：声波能在海洋中远距离传播，但在传播的过程中，海水的温度分布和盐度分布、海面和海底的状况、海水运动、海中包含的各种不均匀体物质如气泡和生物等，都能对声的传播产生很大的影响。海底热泉是地壳活动在海底反映出来的现象。它分布在地壳张裂或薄弱的地方，如大洋中脊的裂谷、海底断裂带和海底火山附近。热泉的水温在300摄氏度左右，在热泉附近，聚集了大量的人类不曾认识的新生物物种，热泉活动的残留物，叫做烟囱，大多是硫化矿物。除了大量铜、锌、锰、钴、镍外，还有金、银、铂等贵重金属。海洋中的电磁参数主要包括磁导率、电导率 和介电常数。它们与海水的盐度、温度和电磁场的频率有关。通常采用真空的磁导率 作为海水的磁导率；海水总电导率为离子电导率和偶极电导率之和。通常用经验公式计算海水的离子电导率，它表示为盐度和温度的函数；海水的介电常数 与盐度、频率和温度的关系,还只有半经验公式，标准海水的相对介电常数约为81.5。海水中的温度、盐度、压力和流速，都影响着海水中的声速。声波在海流中传播时，顺流则声速增加，逆流则反之。利用这种现象，在两定点之间相对发出声信号，测量声波到达的时间差，就可以求得海水的流速。在若干点之间进行这种测量，可以监视海洋中的中尺度涡等现象，这是声学遥测的重要方法，称为海洋声学层析术。海洋电磁场分类：天然电磁场、感应电磁场。由于大气受太阳辐射的影响，引起电离层的变化，致使磁场发生短周期的变化，这种现象称为日变。由于海水和岩石之间，不同岩性的岩石之间有电导率的差异，致使大地电磁场在海陆和不同岩石之间的边界发生畸变。这种畸变是一种不规则的磁扰，因地而异，尤其是在海沟和岛弧地区更为明显，这种现象称之为海岸效应。目前人们已经发现的海底矿产有以下六大类：石油、天然气；煤、铁等固体矿产；海滨砂矿；多金属结核和富钴锰结壳；热液矿藏；可燃冰。海水中含有11种主要溶解成分，其中有钠、镁、钙、钾和锶等五种阳离子；氯根、硫酸根、碳酸氢根(包括碳酸根)、溴根和氟根等五种阴离子，还有硼酸分子，它们占海水溶质总量的99.9%以上，各主要溶解成分含量，有一定的比例关系。海洋化学是研究海洋各部分的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程，以及海洋化学资源在开发利用中的化学问题的科学。海洋化学的分支：海洋地球化学；海洋沉积地球化学；海洋物理化学；海水分析化学；海洋资源化学；河口化学。实地观察、室内测定和模拟实验是沉积地球化学研究的三大手段。海洋地球化学是研究海洋中化学物质的含量、分布、形态、转移和通量的学科。它是地球化学中以海洋为主体的一个分支，也是化学海洋学的主体。地球化学主要研究地球的岩石圈、大气圈、水圈和生物圈的各种化学元素含量的分布。初期的代表人物有美国的克拉克和挪威的戈德施米特等。二十世纪50年代以来，布鲁耶维奇、维诺格拉多夫、戈德堡等在海洋地球化学研究方面作了大量工作。 电磁波在海水中传播时激起的传导电流，致使电磁波的能量急剧衰减，频率愈高，衰减愈快。电磁波的振幅衰减为原来的 1/e时的传播距离，称为穿透深度D。由于大气受太阳辐射的影响，引起电离层的变化，致使磁场发生短周期的变化，这种现象称为日变。由于海水和岩石之间，不同岩性的岩石之间有电导率的差异，致使大地电磁场在海陆和不同岩石之间的边界发生畸变。这种畸变是一种不规则的磁扰，因地而异，尤其是在海沟和岛弧地区更为明显，这种现象称之为海岸效应。海洋生物一般被划分为海洋细菌、海洋真菌、海洋植物和海洋动物四类。火焰分光光度法、原子吸收分光光度法和离子选择电极法测定钠、钾、钙、镁、锶等；离子选择电极法测定氟；海水的pH和碱度的测定则多采用pH电测法；海水中溶解氧的测定，除采用经典的温克勒容量法外，还可采用气相色谱法和极谱法等电测法进行测定。 海洋生物学是研究海洋中生命现象、过程及其规律的科学，是海洋科学的一个主要学科，也是生命科学的一个重要分支。 海洋生物学主要研究海洋里生命的起源和演化，生物的分类和分布、发育和生长、生理、生化和遗传，特别是海洋生态。海洋生态学：海洋生态学是研究海洋生物与海洋环境间相互关系的科学，它是生态学的一个分支，也是海洋生物学的主要组成部分。通过研究海洋生物在海洋环境中的繁殖、生长、分布和数量变化，以及生物与环境相互作用，阐明生物海洋学的规律，为海洋生物资源的开发、利用、管理和增养殖，保护海洋环境和生态平衡等，提供科学依据。 海洋科学技术领域的发展与出路：海洋科学技术领域的发展深化近浅海、开拓深远海的原则，开发近海边际油田、深水油气田、天然气水合物和大洋海底固体矿产资源勘探开发关键技术与重大装备；发展和完善海洋环境监测技术，特别是深远海监测技术；开展深海生物资源的探查、开发与利用技术研究，研制海洋创新药物与海洋生物制品等高值产品；建立一批海洋高技术研发基地,发展一批海洋前沿技术；实现我国海洋技术从近浅海向深远海的战略性转移。具体发展出路（1）开发具有原始创新的技术；（2）开发具有国际前沿性和竞争性的技术；（3）开发制约我国相关技术领域或产业发展的瓶颈技术。海洋化学是研究海洋各部分的化学组成、物质分布、化学性质和化学过程，以及海洋化学资源在开发利用中的化学问题的科学。其分支学科有海洋地球化学；海洋沉积地球化学；海洋物理化学；海水分析化学；海洋资源化学；河口化学等。海洋地球化学是研究海洋中化学物质的含量、分布、形态、转移和通量的学科。海洋沉积地球化学是研究海洋沉积物的化学组成、化学作用和化学演化的学科。海洋物理化学是海洋化学的理论核心，它应用物理化学的理论、观点和方法，来研究海洋中的化学问题和地球化学过程。海水分析化学是研究海水中各种组分的分析方法的科学，其研究内容包括海水采样、样品处理、待测组分的分离、富集和测定方法。海洋资源化学是研究从海洋水体、海洋生物体和海洋沉积层中开发利用化学资源中的化学问题的学科。河口化学是研究各种物质在河口区的河水和海水不断交汇过程中的通量、相互作用、物质变化及其过程的学科。可燃冰是一种被称为天然气水合物的新型矿物，在低温、高压条件下，由碳氢化合物与水分子组成的冰态固体