第三章水温观测.ppt

1、第三章水温观测,科学一号,向阳红09号,实验三号,极地号,雪龙号,“东方红2号”是中国海洋大学船舶中心的科学考察船,我国高校仅有的一艘综合性海洋综合实习调查船,1,一：水温观测的意义：,4.海温分布对敷设海底电缆、温差发电、海气交换、舰船冷却系统，工业海水用水、排水等都非常重要。,海水温度是海洋物理性质中的最基本要素之一。,1.海洋水团的划分、锋面结构、海流性质判别等都依赖于海水温度,2.水温的分布与变化影响并制约其他水文气象要素的变化：海水密度，海水的运动;海雾、气温、风等也直接或间接与水温有关。,3.水温分布变化能制约生物的生长与活动状况:水温对海水养殖至关重要。,2,二：水温观测的基本要

2、求：,1 准确度要求,海洋温度单位，采用摄氏温标,对于大洋：其特点是温度分布均匀，变化缓慢。因此观测准确度要求较高。一般温度要精确到一级，即,但对温跃层可适当放宽要求。,对于浅海：其特点是海洋水文要素时空变化剧烈，梯度或变化率比大洋的要大上百倍甚至上千倍。所以水温观测准确度用,对有特殊要求的系统，如水团界面和跃层的细微结构调查，以及海洋与大气的小尺度能量交换的研究等，要根据需求确定准确度。,3,1 准确度要求,海洋温度单位，采用摄氏温标,4,2 标准层次,水温观测分为：表层，表层以下的标准层及底层,标准层的层数随总厚度增加,表层：海表以下，米以内的水层。,底层厚度：随水深增加而增加,2 标准层

3、次,3 观测时次,沿岸台站:只观测表面水温。 观测时间一般在每日的，时。,海上观测:包括表层和表层以下各层水温。 观测时间为：大面或断面站，船到站就观测一次，连续站每小时观测一次。,水文断面：按直线布设观测站点位置，由此直线构成的垂 直断面。其位置一般应垂直于陆岸或主要海流方向。 其站距在近岸区域密一些，外海深水区域疏一些。,大面观测：为了解某海区的水文分布情况和变化规律，在该海区布设若干个测站,在一定的时间内对各站观测一次。大面观测的项目多。,三：测温计概述：,液体温度计,主要是表面温度计和颠倒温度计,颠倒温度计发明于1876年。其观察准确度高、使用方便、性能稳定。但只能在停船时使用，只能测

4、定单层温度。不能自记,Mechanical Bathy thermograph (MBT),机械式温度计,是一种记录温度随深度变化的仪器，用于自动记录水深米（或米）以内的水温变化情况。全称为深度温度计，发明于年,有一种机械式温度计带有采水器，可同时在各指定的各标准层采取水样，但观测准确度在三级。现在已不再使用。,10,3电子温度计,热电式温度计：可在定点或走航时使用，但测温度一般在100米以内，测温准确度较低，约 左右。（热电动势）,电阻式温度计：定点、走航均可使用，测温准确度较高，约 测温深度可达500米，因此被广泛使用。（电桥不平衡）,电子式温度计：定点测温准确度可达 当航速为16节时测温

5、 准确度为 。XBT（投弃式深温计）和CTD温盐深自动记录仪就属于这一类。（电阻变化转为频率变化）,晶体震荡式温度计：准确度高，可达 但此类温度计感温时间较长，不适于走航。专供定点观测和矫正仪器用。（震荡频率随温度变化）,一节：1.852km/h,11,热电式温度计,感应元件是热电偶，热电偶测温的基本原理是热电效应。在由两种不同材料的导体 A 和 B 所组成的闭合回路中 , 当 A 和 B 的两个接点处于不同温度 T 和 To时, 在回路中就会产生热电势（温差电势和接触电势）。,A,导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)

6、就只与温度T有关，而且是T的单值函数，这就是利用热电偶测温的原理。,13,电阻式温度计,热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的,14,电子式温度计,晶体震荡式温度计,水温变化转换为电阻的变化，再转换为频率的变化。 将输出的频率信号加以放大记录，就可得到海水温度。,采用石英晶体为感应元件。石英晶体震荡频率随温度变化，并有优良的频率稳定性。测得石英晶体的震荡频率就可得海水温度。,15,4海表温度辐射探测,在遥感中应用的红外光谱区称为“窗口区”，即在这个谱区，红外光谱受到吸收和散射较少。,基本原理：将海面发射的特定谱段里的辐射强度和接收器内黑体腔辐射强度进行对比，

7、得到海面温度。,海面的辐射强度受到大气温度及湿度的影响相对较低。,通过飞机或卫星在短时间内大面积观测。,海表温度的大面积变化是大范围气候变化的一种标志；,16,四：玻璃液体温度计：,1原理,利用装在玻璃容器中的测温液体，随温度改变而引起的体积变化，以液柱位置的变化来测定温度。,当温度变化为,引起测温液体的体积变化量为,表达式为,为测温液体的视膨胀系数，即测温液体膨胀与玻璃膨胀系数之差,17,体积为,的测温液体进入截面积为S的毛细管,是的毛细管内液柱的长度改变了,测温原理：V0 ，a, S 对任何选定的温度计来说都已固定，所以液柱长度的改变量与温度变化成正比。温度升高，管中的液柱就伸长；反之，温

8、度降低，液柱缩短。,18,2温度计灵敏度,根据液柱伸长公式，有：,是单位温度的液柱改变量,成为温度计的灵敏度。,1.当温度计球部的容积越大，温度计越灵敏，V0 大。,2.当温度计的毛细管越细，温度计越灵敏。S 小。,通过公式可以分析灵敏度,19,3温度计的误差,（1）常定误差,（2）非常定误差,制作引起的；,测液与温度的非线性关系；,液体分化造成的体积和视膨胀系数改变；,玻璃收缩；,温度计应定期鉴定。,水温与气温的不一致，温度表从海水中取出，暴露于空气中读数,读数时的视线误差,20,五：表层水温测温计：,定义：表面温度计用于测量表层水温，范围从 -6 度到+40 度。 分度值为0.2度，准确度

9、为0.1度。,结构：,可拆卸,21,使用,风浪小，可直接放入水中测， 风浪大，可用水桶取水测量。,直接测量步骤,在离开船舷0.5米以外的地方将温度计放入水中,提出水面，倒掉贮水桶中的海水，重新放入水中。,泡在水中01米深度处感温5分钟后取上读数,1读数应在背风、背阳光处进行。 2从温度计离开水面到读数完毕，时间不得超过 20秒精度要到0.1度。 3读时视线要与温度计垂直，眼睛要与水银顶端在同一水平面。,注意点,22,使用,取水测量步骤：,取一桶海水放于阴影处，把温度计放入桶内搅动,感温12分钟，将水桶和贮水桶中的海水倒掉,重取一桶海水，将温度计放入感温3分钟,读数时温度计不可离开水面，一分钟后

10、再读一次,气温高于水温时取偏低的一次，气温低于水温时取偏高的一次。,23,要求：,所有温度读数须经器差订正后才为实测的表层水温值。器差订正在每只温度计的检定书中。,1感温和取水要避开船只排水的影响。 2读数时要避免阳光直接照射。 3冬天不应取上冰块或使雪落入桶中，观测完毕将水桶倒置。 4表面温度计要每年检定一次。,注意点,24,六：颠倒温度计测温：,颠倒温度计自1874年在最高、最低温度表的基础上研制出来，经过不断改进，性能可靠，准确度高（可达， ）至今仍在使用。,颠倒温度计：可测任意指定深度的温度。,功能有两个：测温和测压。,而通常的温度计是随其环境温度变化的，不能保持给定水层的温度。,25

11、,六：颠倒温度计测温：,结构和原理：,颠倒温度计有:闭端和开端,在闭端式的外套管中，水银柱的高度不受外界水压影响，仅与现场温度有关。,闭端温度计用于测量水温，开端温度计确定仪器的沉放深度。,开端温度计水银柱的的高度取决于现场的温度和压力。根据开端与闭端温度表的温度差值和开端温度表的压缩系数，就可算出仪器的沉放深度.,26,结构和原理：,在离贮蓄泡不远的毛细管上，有一狭窄处，并从这里向贮蓄泡方面伸出一盲枝。当温度计被颠倒时，水银断裂在盲枝的分支处，这是决定温度计示数准确性的主要原因。,reservior,protected,glass jacket,bulb,unprotected,闭端颠倒温度

12、计是将两只温度计：主温度计（1）和辅温度计（2）装在同一个厚壁玻璃套内。,主温度计测量水温，辅温度计测量玻璃套管内的温度以进行还原订正。主温计与辅温计互相倒置，并固定在厚壁玻璃套管内。,27,结构和原理：,读数工作是在温度计颠倒后进行的，所以刻度是从毛细管顶端（靠近接受泡处）开始的。从毛细管的接受泡到 刻度处的整个管内水银容积称为V0 ，其值以温度度数表示。每支温度计都有其特定的V0 值，可在检定书上查到。,感温时，温度表的贮蓄泡向下，盲枝的交叉点（断点）以上的水银柱高度取决于现场的温度，当温度表颠倒时，水银柱便在断点处断开。这样就保留了现场温度的读数，提出水面后，即可读出。(还原前的值）,2

13、8,观测与使用：,分层测温和采水:同时将数个颠倒采水器沉放到预定的各水层，在一次观测中同时取到各水层的水温和水样。,观测前要做的工作：,（1）挑选温度计和温度计的套筒，检查温度计性能。 （2）在采水器上安装温度计。 （3）给温度计编号 （4）检查采水器,29,观测与使用：,采水器之间距离的算法：,对钢丝绳倾角接近零度时，把多个采水器挂在同一根钢丝绳上。要算出各采水器之间的距离。,根据距离挂好采水器，再放入水中。,30,六：颠倒温度计测温：,观测与使用：,32,32,32,31,六：颠倒温度计测温：,记录整理：,（1）器差订正：,用第二次读数从检定书中查订正值,计算闭端温度计温度,计算开端温度计

14、温度,（辅/主温）,（辅/主温）,（2）还原订正：,水温、气温和玻璃管膨胀的订正（3.5.1-3.5.2）,闭端温度计温度,开端温度计温度,32,六：颠倒温度计测温：,记录整理：,（3）取合适的值：,两次测量差小于0.06：取平均值 两次测量差大于0.06：根据实际,（4）采水器沉放深度：,由温度确定深度，用公式 （3.5.3-3.5.6）,32,使用和保存注意事项,32,七：温深系统测温：,利用温深系统可以测量水温的铅直连续变化。,常用的仪器有：,温盐深自计仪（CTD、STD） 电子温深仪 （EBT） 投弃式温深仪（XBT） 等,33,电子式温盐深自计仪,由水下部分（探头）和船上接收部分组成

15、，之间用绞车电缆连接。,探头用来感应需测量的物理量并将它们转换成移频信号，通过电缆输送到船上的接受部分。,接受部分主要包括压强（D）、温度（T）和电导率（C）等传感器相应的接口、控制器及移频调节器等电子元件器件和线路。,32,CTD投放原则： (1) 要保证仪器安全，务必不要使仪器探头碰到船舷或触底，注意仪器探头温度与水温之差不能过大，探头应放在阴凉处，切忌曝晒。 (2) 根据现场水深确定探头的下放深度。温盐深仪探头下放速度一般应控制在0.51m/s范围内，在浅海或上温跃层速度选在50cm/s至100cm/s，在深海季节层以下下降速度可稍高，但也不超过150cm/s为宜。并且一次观测中保持不变

16、。若船只摇摆剧烈，应选择较大的下降速度，以免观测数中出现较多的深度(或压强)递变现象。,32,(3) 若探头过热或海气温较大时，观测前应将探头放入水中停留数min，海面平静时，探头入水后即行观测，观测前应记下探头在水面时的温度(压强)测量值。 自容式温盐深仪应根据取样间隔确认在水面已记录了至少一组数据后方可下降开始观测。探头下放时获取的数据为正式测量值，探头上升时获取的数据作为水温数据处理时的参考值。,34,投弃式温深仪XBT,XBT由探头、信号传输线和接收系统组成。,可在船舶航行、飞机进行投放,温度：探头感应 深度：根据仪器的下沉速度得到,快速地获得温深资料,应用广泛。,35,主要优点是成本

17、低，它可以接装在各种船只上，在不同航速和海洋条件的投掷。,投弃式温深仪XBT,3 如果导线暂时被挂住，导线拉长，也会出现温度升高现象,但是它容易发生多种故障： 1由于导线通过海水地线形成回路，如果记录仪接触不良，就记录不到信号； 2如果导线碰到船体边缘，将绝缘漆磨损，这可能使记录出现尖峰或上凸现象。,36,投弃式温深仪XBT,几组CTD探头通过电缆联系在一起，由一个控制单元控制并记录观测数据.,常见的温深系统：测温链,37,八：遥感测温：,用飞机或卫星遥感测温可以迅速同步地获得大面积温度信息，在无云海区，海面水温遥感的绝对精度可以达到1，相对精度0.5。,目前所使用遥感仪器主要有：,机载红外辐射计，海水温度扫描仪，海洋水色扫描仪，高分辩率辐射计，可见光、红外线扫描仪等。,在海表附近空气和水中，都存在着分子运动起主导作用的薄边界层，由于这个原因，绝大部分海表与水体内部的总温差就出现在一层很薄的海水里（其量级约为1mm）。,因此，遥感测得的海表温度与用常规方法在于20cm-2m深处测得的“表面温度”有