海洋学：第一章 绪论

1、第一章 绪论,一、地球科学 二、海洋科学 三、海洋科学发展史 四、中国海洋科学发展,研究内容 研究方法 研究意义,一、地球科学,地球科学,地理学,地质学,大气科学,固体地球物理学,水文科学,海洋科学,地球科学是以地球为研究对象的科学体系,地球科学的内容,地理学：是研究地球表面自然现象、人文现象以及它们之间的相互关系和区域分异的学科 。 地球表面，通常是指地球的大气圈、岩石圈、水圈、生物圈和人类圈相互交接的界面 广义：大气圈对流层顶至岩石圈沉积岩层底部（3035km）；狭义：大气圈、岩石圈和水圈交界面，地面边界层到太阳辐射可达深度（200300m） 主要分支学科有自然地理学、人文地理学、历史地理

2、学、区域地理学、地图学、地名学、方志学等,地球科学的内容,地质学：是关于地球的物质组成、内部结构、外部特征、各圈层间的相互作用和演变历史的知识体系 研究对象：地球的内、外圈层，矿物和岩石，地层和古生物，以及地质构造和地质作用等 地质学的分支学科大体可分为两类。第一类是探讨基本事实和原理的基础学科，有矿物学、岩石学、矿床地质学、地球化学、动力地质学、构造地质学、地貌学、地质力学等(偏理论) 第二类是由基础学科与生产或其它学科结合而形成的学科，有水文地质学、工程地质学、灾害地质学、金属矿产地质学、石油地质学、煤地质学、找矿勘探地质学和矿山地质学等（偏应用）,地球科学的内容,固体地球物理学：研究地球

3、固体部分的物理场和物理性质、结构、形成及其中发生的各种物理过程。 包括勘探地球物理学（或应用地球物理学），地震预测、地球内部构造、大地构造等分支学科 大气科学：研究大气的各种现象及人类活动对它的影响，这些现象的演变规律，以及如何利用这些规律为人类服务。 包括大气物理学、动力气象学、天气学、气侯学、应用气象学、大气化学、大气探测和人工影响天气等,地球科学的内容,水文科学：是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这些规律为人类服务的知识体系。 包括河流水文学，湖泊水文学，沼泽水文学，冰川水文学，雪水文学，水文气象学，地下水水文学，区域水文学和海洋水文学等。,固体地球物理学 大气

4、科学 水文科学 海洋科学,地球物理学 Journal of Geophysical Research,海洋科学,二、海洋科学,定义：研究海洋的自然现象、性质与其变化规律，以及和开发与利用海洋有关的知识体系。,对象：世界海洋及其边界（大气圈、岩石圈和生物圈等）。,内容：既有海水的运动规律、海洋中的物理、化学、生物、地质过程，及其相互作用的基础理论，也包括海洋资源开发、利用以及有关海洋军事活动所迫切需要的应用研究。（现象、机理和应用）,基础性科学：物理海洋学、化学海洋学、生物海洋学、海洋地质学等。,应用与技术研究：卫星海洋学、渔场海洋学、军事海洋学、航海海洋学等。,管理、开发研究：海洋法学、海域管

5、理、海洋环境功能区划、海洋污染治理等。,跨多学科的科学！,分支,海洋科学研究对象的特性,1）广漠而有垠 占地球表面积70.8%，但有边 2）深又浅 平均深度4000米，最深11034米（陆地最高8848米),但地球半径6371公里。地球上一薄层；与水平尺度比10-3量级 3）连通又阻隔 各大洋水域连成一体，可以充分进行物质和能量的交换。北冰洋与印度洋、大西洋、太平洋之间又有大陆分布,影响与差别共存,海洋科学研究对象的特点,1、既特殊又复杂：太阳系中唯一，且海洋占地球表面的70.8%，体积庞大；独特的物理性质、理化性质等。有机界和无机界相互作用和联系的复杂系统，物种繁多。,2、水-汽-冰三态无时

6、无刻不在转化：海洋每年蒸发约44亿吨水，使大气中的水分1015天完成一次更新。,3、多层次、多海洋过程的耦合：海洋中存在各种各样的矛盾，各种过程相互作用使海洋成为一个全球规模的、多层次复杂的自然系统。,海洋科学研究的特点,1、显著依赖直接观测：有计划的现场观测相当重要。 眼见为实,2、信息论、控制论和系统论越来越重要：重视新思想和方法的运用。 与时俱进的研究手段,3、分支细化、学科交叉趋势日趋明显：重视多学科之间的合作和发展。 合久必分，分久必合,4、理论与应用并重：得到理论性的认识，并应用于造福人类。 海洋学研究的根本,海洋科学的研究方法,物理海洋学的研究方法 1、常规和遥感观测： 分析观测

7、数据，得到海洋现象和规律的认识。 传统仪器观测，CTD、ADCP、测波仪 遥感观测：遥感资料反演海洋参量，如海面温度、有效波高、海流、海面高度、海面风场等。 2、实验和数值模拟 实验室或计算机模拟反演海洋过程。 3、理论研讨 从理论模式，探讨海洋规律，认识海洋。,物理海洋相关的实验教学中心,海洋与大气学院的海洋调查实验室,海洋与大气学院的大型风浪流水槽,海洋与大气学院的数值计算服务器,课后作业：所学专业方向有哪些具体的研究方法？,海洋科学的研究意义,渔场 航运 国防 气候 灾害 资源 ,海洋 生命的摇篮,北海渔场,踩着鳕鱼群的脊背就可上岸”的美名,海洋渔场：在什么地方？何时去？ 世界著名的渔场

8、与海流关系密切,北海道渔场,纽芬兰渔场,秘鲁渔场,舟山渔场,顺岸风离岸流上升流,秘鲁沿岸著名的上升流区,鳀鱼,海洋渔场：海洋动力因素对生态系统的影响,海洋牧场：何时投饵？何时捕捞？何时 与近海海洋动力环境和生态环境关系密切,海洋航运：海洋动力因素对港口码头有重要影响,涨潮时,落潮时,风暴潮、海浪等对码头具有很大的破坏作用！,海洋航运：海洋动力因素对海上运输有重要影响,洋流、台风等海上动力过程对海上航行具有重要影响！ 很多军舰、商船、科考船等都会有随船水文气象保障人员，并与地面保持紧密联系！,动画海贼王中有很多关于海洋的奇思妙想和海流对航海的影响探讨,沿海旅游：海边游玩需谨慎！生命宝贵！,海洋国

9、防：海洋权益的保障,近代中国所受到的侵略，基本上都来自海上。 1996年5月15日，我国批准联合国海洋法公约。公约规定沿海国有权划定12海里领海、24海里毗连区和200海里专属经济区。确定了大陆架是沿海国领土自然延伸的原则。 按照国际海洋法，我国有300万平方公里面积的专属经济区。,海洋国防：海洋权益的保障领土与资源,钓鱼岛！,“冲之鸟”位于琉球群岛以南海域，距离东京1740公里。 冲之鸟岛实际上是一块岩礁，涨潮时仅有两块床垫大小的礁石露出水面，高1米多，宽约4.6米。 日本认为“冲之鸟”是一个岛屿，可以在其周边200海里设定自己的专属经济区。 中国认为那是一块礁石，不是岛屿，不具备专属经济区

10、的条件，中国海洋调查船在那一带从事海洋调查活动也不需要事先向日本有关方面报告。,海洋国防：海洋权益的保障领土与资源,海洋国防：海洋权益的保障领土与资源,钓鱼岛周边海域的石油储量中方估计为7001600亿桶，日方估计为1095亿桶,摘自网易新闻,海洋国防：海洋权益的保障领土与资源,哭泣的南沙群岛！,南沙群岛北起雄南滩，南至曾母暗沙，东至海里马滩，西到万安滩，南北长500多海里，东西宽400多海里，水域面积约82万平方公里，约占中国南海传统海域面积的2/5 南沙群岛由550多个岛、洲、礁、沙、滩组成，但露出海面的约占五分之一，其中有11个岛屿，5个沙洲，20个礁露出水面的。 南沙群岛的主要岛屿有太

11、平岛、南威岛、中业岛、郑和群礁、万安滩等。曾母暗沙是中国领土最南点。,纬度相同的两城市 青岛沿海城市 兰州内陆城市,青岛平均温差约6 兰州平均温差约13 ,青岛,兰州,青岛年平均降水60mm 兰州年平均降水27mm,气候：海洋对区域尺度的影响,气候：海洋对全球尺度的影响,温室气体海洋地球气候异变！,气候：海洋大尺度影响的其他现象,海洋灾害：台风和风暴潮,海洋灾害：灾害性海浪,海洋灾害：海冰,海洋灾害：海啸,第一名，2004年印度洋海啸 死亡人数：约22.6万 第二名，古希腊克里特火山爆发引发的海啸 死亡人数：10万或更多 第三名，葡萄牙里斯本大地震引发的海啸 死亡人数：60000 第四名，华南

12、海啸 死亡人数：超过4万 第五名，印尼火山爆发引起的海啸 死亡人数：36000,摘自百度百科,推荐视频 杀人浪,通常指的是海洋浮游植物、原生动物或细菌在短时间内突发性增殖或高度聚集而引起海水变色的一种有害的生态异常现象。,2012年4月10日在深圳大鹏新南澳月亮湾区,海洋灾害：赤潮,2008年6月，青岛海滨的浒苔,海洋灾害：绿潮（浒苔）,海洋灾害是多学科、多层次的，正确、及时的理解、预防和治理这些灾害是海洋工作者的重要任务之一。,石油：半数以上在海底 估计储量为(11002500亿吨)，我国100亿吨,海洋资源：油气资源,锰结核：年再生1000万吨，可提炼锰、铁、铜、镭等。 此外,金刚石、重晶

13、石、金、锡都在矿砂中找到。,海洋资源：矿产资源,中国多金属结核资源矿区,紫色：海底石油分布 绿色：海底锰结核分布,大量无机盐：海水中含80多种元素。 1kg海水含35g无机盐。全球5亿亿吨 黄金：500万吨；铀：50亿吨；镁：2100亿吨；银：4亿吨；钴：7亿吨；碘：820亿吨；盐：1km3含27万吨。,海洋资源：化学资源,生物26万种，动物16万，植物10万 海洋捕捞：蛋白质主要来源 发展近岸养殖业，我国近海15m以内滩涂2.1亿亩，可供养殖2000万亩，89年以来634万亩。对虾养殖产量居世界首位。 提取海洋药物：达分子水平上，基因工程、细胞工程。,海洋资源：生物资源,潮汐：潮能发电，潜力

14、10亿千瓦 1913年德国在北海建成世界第一座潮汐发电站 最大（1.2兆瓦）：英国北爱尔兰 山东乳山、浙江江厦、浙江岱山、福建平潭,海洋资源：动力资源,海浪发电：空间分散，时间上间断，破坏力大。 最大（20兆瓦）：英国西南部的圣艾夫斯湾 挪威ToHestallen的MOW电站1985年运行，1988年自基础削去。苏格兰Dounreng电站于安装过程被冲毁。 海流：能量最低。 温差：表底18度，但难度大。,海洋资源：动力资源,三、海洋科学发展史,三大阶段,18世纪以前：海洋知识的积累 1920世纪中叶：海洋科学的奠基与形成 20世纪中叶至今：现代海洋科学时期,慢,快,非常快,18世纪以前：海洋知

15、识的积累,不是海洋科学！,1516世纪地理大发现时代海洋探险,1492-1493 1493-1496 1498 1502-1504,1497-1499,V.da-伽马 葡萄牙航海家,从欧洲绕好望角到印度航路的开拓者。,哥伦布 意大利航海家,麦哲伦首次航海绕地球一周,1519-1522环球航行，证明地球是圆的,18世纪以前：海洋知识的积累,James Cook （1728-1779） /wiki/James_Cook,17681779间三次海洋探险 最早进行科学考察 首先完成环南极航行,18世纪以前：海洋知识的积累,1768-1779，三次大洋调查，

16、澄清了地理大发现时期留下的许多不定的问题，对印度洋和太平洋的几乎所有岛屿进行了详细的考察。是海洋学的奠基人。 1768-1771，“奋斗”号，目的寻找金星凌日轨迹，对新西兰考察，发现是岛而非大陆。 1772-1775，探索未知的南方大陆（即澳大利亚）。 1776-1779，为打通太平洋到大西洋的北部航路。发现夏威夷群岛，在1779年被夏威夷岛上的土人杀死。,海洋学奠基人库克三次大洋考察,18世纪以前：海洋知识的积累,科技成就 1567年，鲍恩发明计程仪 1569年，墨卡托发明绘制地图的圆柱投影法 1579年，哈里森制成当时最精确的航海天文钟 1600年，吉伯特发明测定船位纬度的磁倾针 1673

17、年，英国人玻意尔发表研究“海水浓度”的论文 1674年，荷兰人列文虎克在荷兰海域发现海洋原生动物 1687年，英国人牛顿用万有引力解释潮汐 1740年，瑞士人贝努利提出平衡潮学说 1770年，美国人富兰克林发表湾流图 1772年，法国人拉瓦锡测定海水成分 1775年，法国人拉普拉斯提出大洋潮汐动力理论,18世纪以前：海洋知识的积累,1920世纪中叶：海洋科学的奠基与形成,海洋探险转为海洋的综合考察、海洋研究深化、理论体系形成,通过政府资助和伦敦皇家学会支持，英国人为海洋学奠基起了重要作用 英国“Beagle”号: 1831-36，达尔文作为自然学家参加，描述、收集、分类、整理海陆动植物，发现各

18、地物种相类似 又截然不同，1859年发表生物进化论物种起源,1839-1843年，英国人罗斯环南极探险 1872-1876年，英国人汤姆孙乘“挑战者”号环球航行考察，现代海洋学研究的真正开始。海洋学开始脱离地理学领域 在三大洋和南极海域的几百个站位，进行了多学科综合考察，遍及北冰洋外的所有大洋，进行测温、海流、地质底质取样、生物采样、采水等。起因对“深海有无生物”的争论。 1925-1927年，德国“流星”号南大西洋考察，测绘了海底地形，得到了盐度、温度和溶解氧的深度剖面 之后，挪威、荷兰、英国、美国、苏联先后进行海洋调查,1920世纪中叶：海洋科学的奠基与形成,北极探险家南森（https:/

19、/wiki/Fridtjof_Nansen），1861-1930，挪威人。1893.6，率“前进”号漂至840N后步行,是当时北极探险中离极地最近的人,不到400km。 第一个证实北极是海洋，北冰洋存在自东向西的海流， 第一个徒步穿越格陵兰岛引起全国轰动。1923年获诺贝尔和平奖。,1920世纪中叶：海洋科学的奠基与形成,南北极探险家阿蒙森/wiki/Roald_Amundsen,两极探险家阿蒙森(1872-1928)，1903年，打通了从北冰洋进入太平洋的通道，1906到达旧金山。1911.12.14，登上南极点，

20、1926年首次乘飞艇飞越北极。,1920世纪中叶：海洋科学的奠基与形成,1820年，Alexander Marcet证实了海水主要溶解成分的恒比关系 19世纪中叶，英国人福布斯出版海产生物分布图和欧洲海的自然史 1855年，美国人莫里出版海洋自然地理学，被誉为物理海洋学之父，美国再版8次，英国再版19次 1859年，英国人达尔文出版物种起源 1891年，默里出版深海沉积 1903年，桑德斯特朗和海兰-汉森提出深海海流的动力计算方法 1905年，Ekman提出大洋漂流理论 斯韦尔德鲁普、约翰逊和福莱明合著海洋，被称为海洋科学建立的标志,1920世纪中叶：海洋科学的奠基与形成,专门研究机构的建立

21、1925年，美国SCRIPPS海洋研究所建立 1930年，美国WOODS HOLE 海洋研究所建立 1946年，苏联科学院海洋研究所建立 1949年，英国国立海洋研究所建立,1920世纪中叶：海洋科学的奠基与形成,1951年，成立“世界气象组织（WMO）” 1957年，成立“海洋研究科学委员会（SCOR）” 1960年，成立“政府间海洋学委员会（IOC）” 1966年，成立“国际生物海洋学协会（IABO）” 1967年，成立“国际海洋物理科学协会（IAPSO）” 国际地球物理年（IGY,1957-1958） 国际印度洋考察（IIOE, 1957-1965） 国际海洋考察10年（IDOE, 19

22、71-1980） 热带大西洋国际合作调查（ICITA, 1963-1964） 黑潮及邻近水域合作研究（CSK, 1965-1977） 全球大气研究计划（GAPP, 1977-1979） 世界气候研究计划（WCRP, 1980-1983） 深海钻探计划（DSDP, 1968-1983）,20世纪中叶至今：现代海洋科学时期,全球或者区域的大规模的国际合作计划、政府投入大幅度增加、科技发展快速、重要突破屡见不鲜！,大洋钻探计划（ODP） 全球海洋通量研究（JGOFS） 热带大洋与全球大气（TOGA）;热带海洋全球大气耦合响应试验（TOGA-COARE） 全球大气海洋:以ENSO为中心研究全球气候季节

23、到年际变化，其成果加深对气候系统的了解及ENSO形成机制的理论模型。,20世纪中叶至今：现代海洋科学时期,WOCE(90-2002)十年海洋环流试验：1990-1998为全球观测阶段，1998-2002为数据分析和数值模拟阶段,20世纪中叶至今：现代海洋科学时期,观测一次的断面,Why 数值模拟？能得到全球海洋四维时空分布信息,气候变率和可预报性研究计划（CLIVAR, 1993-2008）预测季、年际尺度气候变化；引起季、年尺度气变原因，预测人类活动影响；通过古气候运动认识现今气候。,20世纪中叶至今：现代海洋科学时期,NPOCE,SPICE,胡敦欣 中国科学院院士,Hu et al., 2015 Nature,1、气候及其变异： ENSO的全球影响、长时间变化及其可预测性,海洋工作者关注的问题举例：,PDO：太平洋年代际变异,气候突变,模式,电影,新仙女木事件,全球变暖,2、海洋生态系统 黄鱼等鱼变小，捕捞乱一方面，也可能是环境变化改变了生物链 3、海洋减灾、防灾 大风、巨浪造成损失达100亿 环境预报研究 赤潮连年发生,2007年我国共发生风暴潮、海浪、海冰、赤潮和海啸等海洋灾害163次，造成直接经济损失88.37亿元，死亡(含失踪)161人 2007年中国海洋灾害公报,海洋环境与生态的关系,沙丁鱼 鳀鱼,鱼卵分布 潮汐锋,anchovy,未