第四章 盐度测量

1、第四章第四章 盐度测量盐度测量主要内容主要内容盐度的定义和演变盐度的定义和演变盐度的测量盐度的测量SYC2-2型实验室海水盐度计测盐度型实验室海水盐度计测盐度1概述概述n海洋中储存了来自陆地的大量化学溶解物质海洋中储存了来自陆地的大量化学溶解物质海水中含量最多的海水中含量最多的11种化学物质种化学物质五种阳离子：钠、镁、钙、钾、锶五种阳离子：钠、镁、钙、钾、锶五种阴离子：氯、硫酸根、碳酸氢根、溴、氟五种阴离子：氯、硫酸根、碳酸氢根、溴、氟硼酸分子硼酸分子n用盐度表示海水中化学物质的多寡用盐度表示海水中化学物质的多寡海水的盐度是海水含盐量的定量量度海水的盐度是海水含盐量的定量量度海水最重要的理化

2、特性之一海水最重要的理化特性之一与沿岸径流量、降水、及海面蒸发密切相关与沿岸径流量、降水、及海面蒸发密切相关影响和制约其它水文、化学、生物等要素分布变化影响和制约其它水文、化学、生物等要素分布变化24.1 盐度的定义和演变盐度的定义和演变绝对盐度：海水中溶解物质质量与海水质量比值绝对盐度：海水中溶解物质质量与海水质量比值不能直接测量不能直接测量各种实用盐度定义诞生各种实用盐度定义诞生34.1 盐度的定义和演变盐度的定义和演变一、克纽森盐度公式一、克纽森盐度公式(1902年年)原始定义：原始定义：1kg海水中，碳酸盐全部转换成氧化物，海水中，碳酸盐全部转换成氧化物，溴和碘全部以当量的氯置换，有机

3、物全部氧化后，溴和碘全部以当量的氯置换，有机物全部氧化后，所含无机盐的克数，单位是所含无机盐的克数，单位是g/kg，符号为，符号为测量方法：取一定量的海水样品，加盐酸酸化后，测量方法：取一定量的海水样品，加盐酸酸化后，再加氯水，蒸干后继续增温，在再加氯水，蒸干后继续增温，在480C的条件下干的条件下干燥燥48小时，称量剩余固体物质的质量小时，称量剩余固体物质的质量上述方法操作十分复杂，测一个样品要花费几天上述方法操作十分复杂，测一个样品要花费几天时间，不适合于海洋调查时间，不适合于海洋调查4实践中，测定海水的氯度实践中，测定海水的氯度(Cl )，基于海水组成恒，基于海水组成恒定性规律，间接计算

4、盐度定性规律，间接计算盐度(克纽森盐度公式克纽森盐度公式)：氯度：氯度： 1kg海水中以氯置换溴和碘后，氯离子的总海水中以氯置换溴和碘后，氯离子的总克数克数克纽森盐度公式用统一的硝酸银滴定法和海洋常克纽森盐度公式用统一的硝酸银滴定法和海洋常用表，在实际工作中显示了极大的优越性用表，在实际工作中显示了极大的优越性此公式只是一种近似关系此公式只是一种近似关系滴定法在船上操作不方便滴定法在船上操作不方便氯度为氯度为0时，盐度值大于时，盐度值大于0海水组成恒定性规律不够严格海水组成恒定性规律不够严格50000000.030 1.8050SCl海水组成恒定性原理海水组成恒定性原理定义：海水的总含盐量或盐

5、度是可变的，但常量定义：海水的总含盐量或盐度是可变的，但常量成分浓度之间的比值几乎保持恒定成分浓度之间的比值几乎保持恒定发现：发现：1819年年Marcet在分析了北冰洋、大西洋、地中海、在分析了北冰洋、大西洋、地中海、黑海、波罗的海、中国海和白海等多处海水水样后，黑海、波罗的海、中国海和白海等多处海水水样后，提出了提出了“全世界一切海水水样，都含有同样种类的成全世界一切海水水样，都含有同样种类的成分，这些成分之间只有盐含量总值不同的区别分，这些成分之间只有盐含量总值不同的区别”Dittmar 从从“H. M. S. Challenger”号调查船在环球航号调查船在环球航行所采集的行所采集的7

6、7个水样分析中也证实了个水样分析中也证实了Marcet结论的正结论的正确性确性 Marcet 原理提出的海水常量成分浓度之间的比值原理提出的海水常量成分浓度之间的比值只是几乎保持恒定并非绝对恒定只是几乎保持恒定并非绝对恒定6二、二、1969年电导盐度定义年电导盐度定义原理原理对于粗细均匀的导体，材料和温度一致时，其电对于粗细均匀的导体，材料和温度一致时，其电阻与长度阻与长度L成正比、横截面积成正比、横截面积S成反比：成反比： R=L/S：电阻率，倒数称为电导率：电阻率，倒数称为电导率海水的电导率取决于其温度、盐度和压力海水的电导率取决于其温度、盐度和压力测定海水的电导率和温度、压力，即可求得海

7、水测定海水的电导率和温度、压力，即可求得海水的盐度的盐度7820世纪世纪60年代初，英国国立海洋研究所年代初，英国国立海洋研究所Cox 等人等人从各大洋及波罗的海、黑海、地中海和红海采集从各大洋及波罗的海、黑海、地中海和红海采集了了200 m层以浅的层以浅的135个海水样品个海水样品 应用标准海水应用标准海水(盐度盐度35.000，温度，温度15C，天然大洋海，天然大洋海水水)，准确测定水样的氯度值，准确测定水样的氯度值 测定具有不同盐度的水样与标准海水在一个标准大气测定具有不同盐度的水样与标准海水在一个标准大气压下的电导比压下的电导比(R15) 得到盐度得到盐度-氯度的新关系式和盐度氯度的新

8、关系式和盐度-相对电导率关系式相对电导率关系式000000200015153451515151.806550.0899628.2972012.8083210.678695.986241.32311SClSRRRRR 91969年电导盐度定义优缺点年电导盐度定义优缺点优点：优点：准确度高，速度快，操作简便，适于海上现场观测准确度高，速度快，操作简便，适于海上现场观测缺点：缺点：以海水组成恒定性为基础以海水组成恒定性为基础定义中所用水样均为表层，不能反映大洋深处由于海定义中所用水样均为表层，不能反映大洋深处由于海水的成分变化而引起电导值变化的情况水的成分变化而引起电导值变化的情况国际海洋用表中的温

9、度范围为国际海洋用表中的温度范围为10C31C，温度低于，温度低于10C时，电导值要用其他方法校正，从而带来误差时，电导值要用其他方法校正，从而带来误差 为克服盐度标准受海水成分影响的问题，为克服盐度标准受海水成分影响的问题，建立了实用盐标建立了实用盐标三、三、1978年实用盐标年实用盐标(psu: practical salinity unit)依然采用电导的方法测定海水的盐度依然采用电导的方法测定海水的盐度与与1969年电导盐度定义不同之处：年电导盐度定义不同之处：克服了海水盐度标准受海水成分变化的影响问题克服了海水盐度标准受海水成分变化的影响问题采用高纯度的采用高纯度的KCl制成一定浓度

10、的溶液，作为盐制成一定浓度的溶液，作为盐度的准确参考标准，而与海水样品的氯度值无关度的准确参考标准，而与海水样品的氯度值无关105/2150iiiSa KK15：15oC和一个标准大气压下海水样品与标准和一个标准大气压下海水样品与标准KCl溶液的电导率比值溶液的电导率比值K15=1：S=35(无量纲量无量纲量)0,15,4356.32()0,15,(15CSCK5035iia任意温度下海水样品电导比任意温度下海水样品电导比RT的盐度表达式的盐度表达式1155/2/200151(15)iiiTiTiiTSa RbRK T001122334455500.0080,0.00050.1692,0.00

11、5625.3851,0.006614.0941,0.03757.0261,0.06362.7081,0.01440.0000,0.0162235iiababababababbKCTC 4.2 盐度的测量盐度的测量一、观测时间、标准层次及准确度要求一、观测时间、标准层次及准确度要求n观测时间：与水温同时观测观测时间：与水温同时观测大面或断面站：船到站即观测一次大面或断面站：船到站即观测一次连续站：每连续站：每2小时观测一次小时观测一次n标准层次：与温度相同标准层次：与温度相同n准确度要求准确度要求12准确度等级准确度等级准确度准确度分辨率分辨率10.020.00520.050.0130.20.0

12、5二、盐度的测量方法二、盐度的测量方法化学方法和物理方法两大类化学方法和物理方法两大类化学方法化学方法(硝酸银滴定法硝酸银滴定法)克纽森盐度定义克纽森盐度定义物理方法物理方法比重法比重法折射率法折射率法电导法电导法13三、利用现场温盐深仪三、利用现场温盐深仪CTD测量盐度原理测量盐度原理从现场调查的从现场调查的CTD获取的相对电导率获取的相对电导率R、温度、压、温度、压力数据，须经过处理后才能得到盐度资料力数据，须经过处理后才能得到盐度资料现场测定的相对电导率可分为三部分：现场测定的相对电导率可分为三部分：14( , ,)( , ,)( , ,0)(35, ,0)(35,15,0)( , ,0

13、)(35, ,0)(35,15,0)PT TC S T PC S T PC S TCTRCC S TCTCR R rn压力对电导比的影响压力对电导比的影)( , , )1( , ,0)1()PP CC PC PC S T PRC S Td Td Tdd T R 511021532.070 106.37 103.989 10CCC 214213343.426 104.464 104.215 103.107 10dddd n温度对电导比的影响温度对电导比的影响rT：标准海水的温度系数：标准海水的温度系数1623401234(35, ,0)(35,15,0)TCTrCCTC

14、 TC TC TC0214273940.6766122.00557 103.989 107.04373 101.11940 10CCCCC n盐度对电导比的影响盐度对电导比的影响RT17TP TRRR r55/2/200151(15)iiiTiTiiTSa RbRK T注意事项注意事项:观测期间观测期间CTD应每天与实验室盐度计进行比测应每天与实验室盐度计进行比测，以确保其准确度，如达不到要求，应重新标定，以确保其准确度，如达不到要求，应重新标定CTD电导率传感器必须保持清洁，每次观测完电导率传感器必须保持清洁，每次观测完毕应用蒸馏水冲洗，不能残留盐粒和污物毕应用蒸馏水冲洗，不能残留盐粒和污物

15、4.3 SYC2-2型实验室海水盐度计测盐度型实验室海水盐度计测盐度一、仪器参数一、仪器参数利用电极电导池测试海水相对电导率的仪器利用电极电导池测试海水相对电导率的仪器18参数参数数值数值测量盐度范围测量盐度范围343使用环境温度使用环境温度0C被测水样温度被测水样温度0C40C仪器准确度仪器准确度0.003消耗水样体积消耗水样体积60 mL仪器采用双电导池结构，一个充灌标准海水，用于温度仪器采用双电导池结构，一个充灌标准海水，用于温度补偿；另一个用于样品海水的测量补偿；另一个用于样品海水的测量两电导池同置于一小型的非恒温水浴中，水浴中有一微两电导池同置于一小型的非恒温水浴中，水浴中有一微型电动搅拌器，使两电导池温度一致型电动搅拌器