海洋科学导论教案3-4章

1、一、温度 海水的温度是海水分子运动的平均动能，是表示海水冷热程度的物理量。一般表层海水水温在 -3至33左右，深处水温在04之间。二、盐度（S） 盐度是表示海水中溶解盐类多少的物理量。分别有以下几个不同表示法。 1、总盐类：1kg海水中所有溶解物质（不含气体）的总克数。 2、盐度：1kg海水中全部碳酸盐转化为氧化物、Br和I被等当量的Cl置换、有机物氧化为无机物之后，所含固体物质的总克数。 3、氯度（Cl）：1kg海水中的溴和碘被氯置换后，所含氯离子的总克数。 因所有海水组分均稳定，可以用氯度推算盐度。 S=0.03+1.805Cl“Marcet原则”（海水组成恒定性规律） 尽管大洋海水的盐度

2、是可变的，但其主要组份的含量比例却几乎是恒定的，不受生物和化学反应的显著影响，此即所谓“Marcet原则”，或称海水组成恒定性规律。三、密度 单位体积海水的质量。海水的密度随温度变化而变化。纯淡水4时密度最大，但海水最大密度的温度是变化的。 生产中使用比重d，盐度和比重的关系为 S=（d-1）1305+（t-17.5）0.3 海水最大密度时的温度 S05101520253035T42.931.860.77-0.31-1.4-2.47-3.52 由以色列和约旦共同拥有的死海，是世界上陆地最低的地方。它的湖面低于海平面400米以下。死海是世界上含盐量最高的大水域，平均含盐量高于海水的六倍，达200

3、。死海实际上是一个内陆盐湖，由约旦河补充水分。 全球海洋在整体上热量的得失是基本平衡的，但某一特定的海区或某一特定时间段内热量的收支又是不平衡的。一、海洋的热收入 1、太阳辐射：太阳通过电磁波的形式向地球不断地辐射能量，称为太阳辐射。 太阳常数：地日距离为平均距离时，在赤道上，50km高的大气顶层，阳光直射的强度为1.9卡/min.cm，称为太阳常数。到达海面时，至少损失20%以上。 太阳自45亿年前开始热核反应，至今辐射强度约增加了30%，亮度增加了40%，直径增加了6%。 太阳辐射的波长范围在0.154微米。其中： 0.150.4微米为紫外线，占能量的7%， 0.40.76微米为可见光，占

4、能量的50%， 0.764微米为红外线，占能量的43%。 太阳高度：太阳与观测点的连线和海面的夹角。 2、散射：大气分子和尘埃分散照射至海面的光能。在赤道上，直接辐射是200卡/d.cm，散射是165卡；两极直接辐射约39卡，散射约36卡。 3、大气逆辐射：大气以4-80微米的长波形式向海面辐射能量。很少 4、海底地热：很少二、海洋的热支出 1、反射：照射到海面的阳光以原波长反射回空中。 约占总支出的8%。 太阳高度约6时，反射和折射各占一半，40时，反射只有来光的3.5%。 海面反射率、折射率与太阳高度的关系 H051015202530405060708090反射率10058.535.519

5、.513.58.86.03.52.52.22.12.10折射率041.565.080.586.591.294.096.597.597.897.997.91002、海面长波辐射：海水吸热后以长波形式（波长4微米）向上辐射能量。约占40%。3、蒸发：海面通过蒸发使水分子变成水气，减少海洋水量，在带走一部分热量的同时还吸收原海水的热量，使海面温度降低。蒸发散热的速度取决于海面海气的温差和风速，温差大风速快失热也快，约占总失热的50%。 1ml海水完全蒸发带走的蒸发热是586卡，海洋上每年平均蒸发量是1060毫米，蒸发失热是十分惊人的。 纬度0海区，总收入370卡/d.cm，总支出330卡。 纬度40

6、海区，收入270卡，支出280卡。 纬度90海区，收入75卡，支出157卡。 收入与支出不平衡部分靠海流补充。卡：将1g纯水在1个大气压下升高1C所需热量。1卡=4.18605焦耳一、中国近海的水温变化 中国近海海区年度总的热量平衡是支出大于收入，除南海基本平衡外，其他三个海区每年平均亏17万焦耳/cm，亏损的热量靠黑潮补充。黑潮是位于太平洋西岸的自南向北的巨大暖流，年输水量达900万亿m，是长江流量的1000倍，来水温差在3-7之间。1、冬季：表层水温南北地区差很大，达30左右，渤海-11；黄海010；东海821；南海1828。2、夏季：南北海区温差很小，小于5。渤海2425；黄海2426；

7、东海2728；南海2829。3、年均水温：渤海11；黄海14；东海22；南海26。4、垂直分布：冬季上下层水温接近，无温度跃层，夏季上下温差较大，达10以上。在1020m水深处出现温跃层。 跃层：由于海水混合不充分，水温等理化指标在某一水深发生明显变化，使得海水分为上下两层，称为跃层。如温跃层、盐跃层等。 渤海海区冬季10月-5月间，上下水温接近，夏季6-8月，表层水25左右，10m以下1018之间。 秦皇岛海区各月表层水温1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月-1.4-0.82.79.015.420.725.026.622.716.08.30.9 盐度的变化主要受降雨、陆地径

8、流和蒸发量的影响。夏季水温高、蒸发量大，但同时降雨量也大，河水流入多，盐度变化剧烈。冬季盐度稳定。渤海海区盐度在31.5以下，沿岸甚至低于26。黄海海区盐度在3132.5之间。东海海区在3334之间，长江口夏季盐度很低，只有410。南海在3233.5之间。一、溶解氧（DO） 1、溶解氧的概念：溶解于1L海水中的氧气的毫克数或（在0、1个大气压下的）毫升数，用mg/L或ml/L表示。海水的溶氧值一般在08.5ml/L之间，随温度、盐度、生物因素等的变化而变化。 因为氧气的比重为1.429mg/ml，所以多少ml/L=该值1.429mg/L. 2、溶氧饱和值：在一定温度和盐度下，海水中的氧气和空气

9、中的氧气达到平衡时的溶氧值称为溶氧饱和值。并非最大值。 实际溶氧小于饱和值时，溶入的速度将大于逸出的速度，溶氧会上升；反之，逸出将快于溶入，溶氧值会下降。3、溶氧的饱和度：实际溶氧值/该温度盐度下的饱和值100%。 不同T、S下的海水溶氧饱和值 mg/L ST010203035010.299.659.008.368.0410 8.027.577.096.636.4120 6.576.225.885.525.3530 5.575.274.954.654.50 水中（海水和淡水）溶解氧含量受到两种作用的影响：一种是使DO下降的耗氧作用，包括好氧有机物降解的耗氧；生物呼吸耗氧。 另一种是使DO增加的

10、增氧作用，主要有空气中氧的溶解，水生植物的光合作用等。这两种作用的相互消长，使水中溶解氧含量呈现出时空变化。如果水中有机物含量较多，其耗氧速度超过氧的补给速度，则水中DO量将不断减少，当水体受到有机物的污染时，水中溶解氧量降低甚至可接近于零，这时有机物在缺氧条件下分解就出现腐败发酵现象，使水质严重恶化，以致使水生植物大量死亡，水面发黑，水体发臭，形成“死湖”、“死河”、“死海”，进而变成沼泽，原有的生态平衡被破坏。1、概念：PH值是氢离子的活度，表示海水的酸碱度，由氢离子的浓度计算得出。2、实际值：海水的PH值一般在7.58.2之间，始终呈弱碱性。大洋海水在8.08.1之间，十分稳定。3、影响

11、因素：藻类光合作用使CO2减少，碳酸根离子减少，PH值会升高。反之，海洋动物的呼吸会使PH值下降。 陆地径流会使PH值下降。 光合作用反应式 6CO2+12H2O C6H12O6+6H2O+6O24、海区差别：水平方向，近岸比外海PH值低。 垂直方向，表层海水PH值高于深层海水。5、季节差别：夏季PH值略高于冬季，年变化幅度小于0.5 海水藻类吸收溶解在海水中的无机盐才能生存，广义上所有藻类吸收的无机盐均是营养盐，狭义上是指海水中含量较低、制约藻类生长的硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐。1、硝酸盐：主要是NaNO3和KNO3。在近岸海区，由于河水的流入和植物光合作用，硝酸盐含量很不稳定。大洋海区相对稳定

12、，表层由于浮游植物的吸收含量很少，水深1000m水层由于海洋生物尸体分解产生大量硝酸盐而几乎没有吸收，形成最大值。约40毫摩尔/吨。 海水中的氮主要是分子氮，占95%。化合态有机氮和无机氮各占一半。无机氮又有铵盐、硝酸盐和亚硝酸盐的形式。2、磷酸盐：变化规律与硝酸盐相似，也是在1000m深层形成最大值，约3毫摩尔/吨。3、硅酸盐：硅藻大量消耗硅酸盐，因为硅主要存在于动物的骨骼和细胞壁，分解慢，有时沉入海底后慢慢分解。故底层含量高，100200毫摩尔/吨。第一节 光与海洋生物的关系第二节 光在海水中的传播第三节 海水的透明度和水色 一、光照的必要性 光照是海洋环境中最重要的生态因素之一，它直接影

13、响海洋中有机物质的生产。也是所有海洋植物和海洋动物能够生存的必要条件。太阳辐射是海水中热量的主要来源，不仅对海洋生物生活有重要影响，对地球上的生命活动都具有直接或间接的重要作用。 补偿点：海洋植物光合作用产氧量等于呼吸作用耗氧量时的光照强度。照度低于此值，植物不增重。它是植物生长的最低光照。饱和光强 在低光照条件下，光合作用速率与光强成正比关系。随着光强的继续增加，光合作用速率逐渐达到最大值，这种光强称饱和光强，即光合作用速率不再随光强增加而上升。如果光强继续增加，光合作用会因光照过度而受到抑制，光合作用速率将下降。二、光照与海洋植物的垂直分布 生活在浅海的植物由沿岸浅海向下依次为绿藻、褐藻和

14、红藻。 带状分布的原因：植物对光照强度适应的结果；植物对水中光照性质即颜色适应的结果。 在沿岸，海面光照为1000w/m，30m水深处光照约为10w/m，是大多数浮游植物的感光极限。180m水深处光照约为10的7次方分之一w/m，是鱼类的感光极限。在大洋，150m水深是浮游植物感光极限，1000m是底栖鱼类的感光极限，仅有10的11次方分之一w/m。三、光照与海洋动物的垂直分布 光照条件的差异，可以改变浮游动物的分布水层。 浮游动物的垂直分布具有季节变化。 某些种类的海洋动物其 生活史的不同时期分布于不同水层。 海洋动物具有昼夜垂直移动现象。 “最适光强”：浮游动物停留在最适光强区，当光照超过

15、其最适光强时，动物表现为负的向光性；低于最适光强时，表现为正的向光性。 水蜗牛的身体已经完全透明，壳已经退化，脚进化成肌肉发达的鳍。由于没有阳光，眼睛特别发达，突出在身体外，捕捉细微光线，观察所有经过的猎食对象。 水蜗牛 一只变色鱿鱼正在吞噬自己的同类，变色鱿鱼能随环境变化而改变身体颜色，在深海1800米以下，一些生物眼中的海水是淡红色的，因此它将自己变成红色。被吞噬的鱿鱼低级一些，它不仅不会改变颜色，还进化成致命的白色。在深海，白色是最危险的颜色。变色鱿鱼四、不同的光质对海洋生物的影响 不同光质（波长）对植物的光合作用、色素形成、向光性、形态的形成影响不同。光合作用的光谱范围只是可见光区。

16、可见光对动物生殖、体色、迁徙、生长、发育都有影响；不可见光对生物的影响也是多方面的。一、反射和折射 光线照射在海面上，一部分反射回空中，一部分折射入海水。入射角为i，折射角为r，则Sini=nSinr 式中n值随海水温度、 盐度而变化，一般在 1.34左右。太阳高度 大于5，入射能即大 于反射能。 折射入海水的光线，一部分被水分子和悬浮物吸收（温度升高），一部分向四周散射，使得原方向光照减弱，称为衰减。 衰减系数k=吸收系数+散射系数，k越大，衰减约迅速。K值大小与光的波长和海水清洁度有关。 K的倒数约等于透明度的数值。太阳辐射在海水中不同深度的光照强度：ID和I0分别表示在深度D处和海面的光

17、强；K称衰减系数；e为自然对数的底；D是深度。由本图可见，波长0.50.6微米之间的蓝绿光衰减系数最小，也就是透过率最大，称为透明窗，尤其沿岸水更加明显。 站在岸边看海水的颜色称为海色，清洁的海水一般都呈蓝色，原因主要是散射光以蓝绿光居多。 雷莱定律：水中悬浮物周长大于波长时，散射系数反比于波长的2次方；悬浮物周长小于波长时，散射系数反比于波长的4次方。 清洁的海水悬浮物很小，蓝绿光散射极多，浑浊的沿岸水蓝绿光散射相对减少。 水深水深cm波长波长0.00.11.01001000100000.3-0.623.723.723.722.917.21.40.6-0.936.035.935.312.91

18、.0-0.9-1.217.911.212.3-1.2-1.58.76.31.7-1.5-1.88.02.7-1.8-2.12.5-2.1-2.42.50.1-2.4-3.00.8-总和10085.973.035.818.21.4一、海水的透明度 相对透明度：直径为30cm的白色圆盘在海水里的最大可见深度。单位是米，L=1/K,即透明度的值约为衰减系数K的倒数。 相对透明度受到天气和观测者视力的影响，有一定误差。但仍然广泛使用。这一指标直观地表达了海水的浑浊程度。 绝对透明度：在水下某一深度的光照强度与海面光照强度之比。 绝对透明度=水深为D处的照度/海面照度100% 观测透明度观测透明度 自制透明度盘自制透明度盘 水色的概念：透明度盘下沉至透明度一半深度时海水所呈现的颜色。用号码表示。1号21号。号码小称为水色高，深蓝色1号，号码大称为水色低，褐色21号。 水色计：由纯蓝色、黄色、褐色溶液配制成21种不同颜色的水溶液，密封在直径8mm、长10cm的玻璃管内，平时遮光密闭保存在木盒里。测定时先测透明度，然后提起透明度盘至L的一半深度，垂直目视盘的颜色并与水色计对比。 无论何处海区，一般都是沿岸海水上下混合剧烈，悬浮物较多，因而