第四章盐度测量.ppt

第四章盐度测量 2盐度的分布变化也是影响和制约其它水文要素分布和变化的重要因素 引言 为了表示海水中化学物质的多寡 通常用海水盐度来表示 1海水的盐度 它与沿岸迳流量 降水及海面蒸发密切相关 海水盐度是海水最重要的理化特性之一 是海洋水文观测的重要内容 一 早期盐度概念和氯度绝对盐度 指海水中溶解物质质量和海水质量的比值 绝对盐度无法直接测量 盐度 Knudsen 1899 1901 Forchetal 1902 1千克海水中溴化物和碘化物被等当量氯化物置换 所有碳酸盐被等当量氧化物置换后溶解无机盐的重量 克 方法 水样用HCl酸化 加入氯水 在水浴上蒸发至干后 于150 24h 380 48h 480 48h 烘干恒重称量 盐度 氯度关系式 由于按照盐度原始定义的操作方法测量海水盐度步骤繁琐耗时 根据海水组成恒定性原理 建议现场观测与研究中通过测量海水氯度来计算盐度 盐度定义建立的同时给出了盐度 氯度关系式 Forchetal 1902 S 1 805Cl 0 030 氯度S rensen 1902 给出 氯度为与1千克海水中卤化物总量相当的氯的重量 的最初定义 氯度测量采用AgNO3沉淀滴定法 Mohr Knudsen法 盐度 氯度关系式 1902 使用了70年 存在什么问题 S 1 805Cl 0 030 海水组成恒定性 的相对性 相同氯度的海水盐度值可相差0 04 仅使用9个水样建立公式 数量过少 代表性不好 9个水样全部取自表层 不能代表大洋深层水 受近岸水影响导致公式中有常数项 实际上随海区而不同 不符合大洋水实际情况 稀释 浓缩 降水 蒸发 时引入偏差不合逻辑 1950年以后 电导盐度计的研究和发展 使盐度的测定方法得到简化 精密度也提高 比测定氯度后计算盐度的方法 更加准确和方便 将盐度公式改为 盐度 氯度关系式 1962 S 1 80655Cl 对于盐度为35 的海水 二关系式均成立 盐度为32 或38 的海水 二式有0 0026 的差异 Lyman 1969 盐度 1969 20世纪60年代初期随着高精密度电导比测量技术的发展 国际海洋学表专家组基于对世界海洋135个水样 10 的测定 提出了盐度 氯度 密度 电导关系式 Cox 1967 基于该结果 UNESCO出版了 国际海洋学表 InternationalOceanographicTable Wooster 1969 其中包含的盐度定义为 S 0 08996 28 29720R15 12 80823R215 10 67869R315 5 98624R415 1 32311R515其中R15为15 时相对于盐度为35 00 标准海水 氯度为19 374 的电导比 当测量温度不是15 时 需对其进行温度校正 R15 Rt 15 15为温度和Rt的函数 3 2海水盐度和氯度 电导测盐度的方法准确度高 速度快 操作简便 适于海上现场观测 但在实际运用中 仍存在着一些问题 盐度定义根本上仍建立在海水组成恒定比关系基础上 盐度由氯度求得 当标准海在发生某些变化时 氯度值可能保持不变 但电导值将发生变化 取样水域有所扩大 但在100m以浅 不适于200m以深水 温度范围为10 31 不适于低温深水 实用盐度标度 PSS78 1978年UNESCO公布了JPOTS theJointPanelofOceanographicTablesandStandards 采用的实用盐度标度 thePracticalSalinityScale PSS78 并出版了新的海洋学表 UNESCO 1981 实用盐度标度的内容有8条 其要点有 绝对盐度 absolutesalinity 符号SA 定义为海水中溶解物质的质量与溶液质量的比 实际上该参量无法直接测量 应使用实用盐度 符号S 用于报告海洋学观测 二者关系为SA a bS参数a和b取决于离子比 标准海水a 0 b 1 0049 0 0003 实用盐度标度实用盐度标度是基于海水样品在15 一个标准大气压下与1千克溶液中含有32 4356克KCl的氯化钾溶液的电导比 K15 来确定 为保持与先前盐度标度的连续性 选用标准海水为氯度为19 3740 10 3的北大西洋海水 其盐度为35 0000 与上述标准氯化钾溶液的电导比为1 即C 35 15 0 C KCl 15 0 1 因此K15 C S 15 0 C 35 15 0 实用盐度标度由K15按以下方程式定义5S aiKi 215i 0适用范围是2 S 42 ai 35 0000 S aiRi 2T S T 15 温度校正电导比受温度影响 当测量温度不是15 时 需进行温度校正 公 式为 5i 0 1 A T 15 S 其中RT为在温度T时测得的电导比 RT C S T 0 C 35 T 0 2 T 35 5 biRi 2Ti 0 用标准KCl溶液作标准 有利于盐度标准的统一 建立的实用盐度公式摆脱了海水组成恒定比关系 使盐度和氯度之间不再有关系 氯度成为一个独立表征海水性质的参数 而盐度只与海水电导比有关 关系式S 1 80655Cl不再有任何意义 3 1 观测时间 标准层次和准确度的要求和温度同时测量 观测时间为 大面或断面站 船到站就观测一次 连续观测站每2小时观调一次 根据需要 有时每小时观测一次 测量标准层次及其他有关规定于温度相同 准确度如下 二盐度测量 1化学方法 氯度滴定法滴定速度慢 不适应现场测量 4 电导率法在温度允许范围 适合现场测量 精度高 速度快 计算密度可靠 1 光学测定法 折射 适合精度要求不高 水样量少的场合 2 比重测定法可得高精度盐度值 但不适合现场测量 3 声速测定法用声速仪测声速 再反算盐度 精确度较低 2 盐度测量方法 2物理方法 海水导电率测定 测定方法 感应式 电极式 测定对象 电导率 电导率比 感应式盐度计以电磁感应为原理 它可在现场和实验室测量 而得到广泛的应用 在实验室测量中精度可达 0 003 该仪器对现场测量来说是比较好的 特别对于有机污染含量较多 不需要高精度测量的近海来说 更是如此 然而 由于感应式盐度计需要的样品量很大 灵敏度不如电极式盐度计高 并需要进行温度补偿 操作麻烦 这就导致感应式盐度计又转向电极式盐度计的发展 电极式盐度计测量电极直接接触海水 目前广泛使用的STD CTD等剖面仪均是电极式结构的 3 三利用现场温盐深仪测量盐度原理 电导率 海水的电导率取决于其温度 压力和盐度 提取海水 测海水电导率 温度 压力修正 算出海水盐度 通过测定其电导率 温度 压力就可以求得海水的盐度 影响海水电导率的因子 海水电导率是盐度 温度 压力的函数 有许多描述海水电导率与海水盐度 温度和压力关系的经验公式 由实用盐标给出的关系式是 其中ai bi K是已知常系数 影响海水电导率的因子 因为现场测定的相对电导率 可分成三部分 即 可用现场观测得到的温度和压力表示 C 35 15 0 是一个定标常数 它与定标时实验室的条件有关 Mark 型CTD系统C 35 15 0 42 909 ms cm 其中 公式适用范围 t 2 35 P 0 1000bar S 2 42 海水电导率 盐 压 温 海水电导率与温度的关系 对于同一种盐度 海水电导率的温度系数是不同的 低温时系数大 高温时系数小 同一个温度下 高盐的海水电导率温度系数小 低盐的海水电导率系数大 海水电导率与温度的关系是复杂的 使用电导率法必须作温度订正 海水电导率与压力的关系 海水压力增加引起的电导率增加值与一个大气压下的海水电导率的比值 随着压力的增大 海水电导率增大的百分率也增大 即在一般情况下压力对电导率的影响比温度对电导率的影响小很多 但在深海大压力下 影响也相当可观 随着温度的升高 压力对海水电导率的影响减弱 海水电导率与盐度的关系 固定温度 海水的盐度与电导率的关系曲线是非线性的 不同温度时 海水的盐度与电导率的关系曲线斜率不同 通过RT就可算出海水的盐度 盐度测量规则 利用温盐深仪测盐度时 每天至少应选择一个比较均匀的水层 与利用实验室盐度计对海水样品的测量结果对比一次 如发现温盐深仪的测量结果达不到所要求的准确度 应调整仪器零点或更换仪器探头 对比结果应记入观测日志 温盐深的电导率传感器必须保持清洁 每次观测完毕都须用蒸馏水 或去离子水 冲洗干净 不能残留盐粒或污物 四SYC2 2型实验室海水盐度计测盐度 1 测盐度原理SYC2 2型实验室海水盐度计是利用电极电导池在实验室测试海水相对电导率的一种仪器 其测量海水电导率为0 1 1 19999 即相当于盐度3 34 使用环境温度条件在0 以上 室温与通常温度条件下均可 被测水样温度范围在0 以上 40 以下 精确度为 0 003 耗水样数量 包括洗涤 共计60ml 水样采集后可立即测定 用可换海水作温度补偿 因此无需定期校正温度补偿电路 而且适合在陆上或船上的实验室使用 电导池 1 内充灌标准海水或其它洁净海水 其盐度接近35者为佳 用于温度补偿 电导池 2 用于样品海水的测量 电导池用硬质玻璃制成 每只内装有两支镀有铂黑的片状白金电极 两电导池同置于一小型的非恒温水浴之中 水浴中有一微型电动搅拌器 使两电导池的温度一致 2 测定方法 使用前的准备参考海水准备加蒸馏水入水浴中使仪器的电导池进水系统具有自动抽吸能力接地准备记录本 操作步骤校准测量样品海水盐度仪器的维护及使用注意事项 P64 五海水样品测定结果的整理 海水盐度可用公式计算或 国际海洋学常用表 求得 例如 海水样品温度t 15 时 测得电导率比为0 95427从表 a中得R14 0 95420S 33 214R15 0 95430S 33 217 查R15算盐度方法如下 1 当t 15 时 用Rt值接由表 a和表 b查出海水盐度 从内插表