第三章 海温观测

第三章海温观测主要内容温度观测的基本要求各式测温计简述玻璃液体温度计表面温度计测温颠倒温度计测温温深系统测温遥感测温1概述海水温度是海洋物理性质中最基本的要素之一海洋水团划分海水不同层次的锋面结构海流的性质判别海水密度大小与温度高低相关海温分布不均匀导致海水发生水平与垂直方向的运动因太阳照射不均匀，全球海洋温度分布也不均匀赤道海区太阳直射时间长，海水温度较高中纬度海区日射偏斜，海水温度相对赤道地区低极地海区太阳照射更少，海面终年冰封或水温极低234T:实测温度θ:位势温度53.1温度观测的基本要求海洋温度的单位均采用摄氏温标(˚C)问题：为什么要求准确度？答：温度对密度影响显著，而密度的微小变化都可导致海水大规模运动海洋学上，大洋温度的测量，特别是深层水温的观测，要求达到很高的准确度下层水温的准确度必须在0.05˚C以下有时要求达到0.01˚C，如研究温度变化很小的深层大洋6一、温度观测的准确度要求对于大陆架和近岸浅水域，温度变化相对较大，用于测定表层水温的温度计的准确度不一定很高实际工作中，根据所测项目的要求，制定测温的准确度范围除根据海区具体情况外，须从客观需要出发，尽量达到一种资料多种用途的效果应考虑到现有的技术水平世界海洋学家共识：对于大洋，因其温度分布均匀，变化缓慢，观测准确度要求较高，准确度应达到±0.02˚C对用遥感手段观测海温或其他仪器观测上层海水跃层情况时，可适当放宽要求在浅海，海温变化剧烈，准确度为±0.1˚C71.观测层次表层温度观测表层：海表面以下1m以内水层表层以下温度观测底层的定义：水深<50m时，底层为离底2m的水层水深在50~100m时，底层为离底5m的水层水深在100~200m时，底层为离底10m的水层水深>200m时，在保证仪器不触底的原则下尽量靠近海底，通常离底距离不小于25m8二、温度观测的时次与标准层次2.观测时次沿岸台站只观测表面水温，观测时间一般为2、8、14、20时海上观测大面或断面站，船到站就观测一次连续站每两小时观测一次9103.2各式测温计简述液体温度计代表：表面温度计、颠倒温度计颠倒温度计：自发明(1876年)至今已有100多年优点：准确度高、使用方便、性能比较稳定，仍是深层水温观测的基本标准仪器只能在停船时使用，且只能测定单层温度机械式温度计代表：深度温度计用于自动记录各深度层的水温数值能连续反映温度垂直变化，判别温跃层深度、强度11现已淘汰一、液体和机械式温度计液体和机械式温度计缺点：感温较慢、灵敏度不高、不能长期连续自记广泛采用电学式或电子式温度计热电式温度计可在定点或走航时使用测温深度100m以内测温准确度较低，约为±0.5˚C电阻式温度计可在定点或走航时使用测温深度可达500m测温准确度较高，约为±0.1˚C国内外广泛采用的测温仪器12二、电子温度计电子式温度计可在定点或走航时使用测温准确度较高，定点时可达±0.02˚C，航速为16节时可达±0.1˚C国内外广泛采用的测温仪器晶体振荡式温度计测温准确度很高，可达±0.001˚C感温时间较长，不适合走航使用专供定点观测及校正仪器用13红外线观测海表温度热红外辐射计接收从海面发射的热辐射，从而推算海表面温度遥感温度优点：观测面积大，时间短，可以研究各种尺度的海洋现象遥感温度缺点：只能观测海洋表面的温度，不能得到海洋垂直温度分布14三、远距离海表温度辐射探测153.3玻璃液体温度计16表面温度计、颠倒温度计利用装在玻璃容器中的测温液体，随温度改变而引起体积，从而液柱位置的变化来测定温度17α为测温液的视膨胀系数，即测温液体与玻璃膨胀系数差一、玻璃液体温度计的测温原理设温度为0˚C时球部与管部的液体体积为V0，当温度改变到t˚C时，液体体积为Vt，变化量为ΔV液体积变化量ΔV，进入截面积为S的毛细管，使得毛细管内液柱的长度改变了ΔL：18V0，α，S已固定，故ΔL与温度的变化成正比温度升高，毛细管中的液柱就伸长；反之，液柱缩短ΔL/Δt表示温度每变化1˚C时，液体的改变量，即单位刻度的长度，也即温度计的灵敏度如何更灵敏？1.常定误差由于制作温度计技术条件的限制和材料的某些物理特性变化而引起的，可通过与标准温度计作比较检定而得出器差因制作不良而引起的误差刻度标准和零点位置不正确毛细管内径不一致非线性误差因液体分化引起的误差由于玻璃收缩引起的误差19二、玻璃液体温度计的误差2.非常定误差由于外界因素和人为因素的影响而引起的仪器误差，不能完全通过器差订正消除水温与气温不一致造成的误差在水中测温，在空气中读数视线误差20213.4表面温度计测温用于测量表层温度范围-6˚C~+40˚C分度值0.2˚C准确度0.1˚C一、仪器结构由一支普通的水银温度计安装在一个金属外壳内构成，外壳下端是一个直径约5cm、高约6cm的金属桶，桶外壳上有数个小孔，供海水进出22二、观测与使用可在台站或船上使用温度计直接放入水中观测(风浪较小)用水桶取水观测(风浪较大)23方法步骤把温度计直接浸入海中进行测温用绳拴住金属管上端的圆环，在离开船舷0.5m以外的地方放入水中，然后提上，把桶内的水倒掉，重新放入水中，并浸泡在0～1m深度处感温5分钟后取上读数为避免外界气温、风及阳光的影响，读数应在背光、背风处进行，并力求迅速，从温度计离开水面到读数完毕不超过20秒，读数精确到0.1˚C读数完毕后，将圆桶内的海水全部倒掉，并把表面温度计放在阴暗的地方24方法步骤用水桶取水观测时取上的海水放于阴影处，把表面温度计放入桶内搅动，感温1～2分钟后将海水倒掉，再重新取上一桶海水并把表面温度计放入桶内(注意：把温度计放入桶内前，应将温度计桶内的海水倒尽)感温3分钟即可读数，此时温度计不可离开水面第一次读数后过1分钟再读数一次，当气温高于水温时取偏低的一次，反之取偏高的一次水桶材质应为木质、塑料等不宜传热的材料25读取的温度须经器差订正后才为实测的表层水温值263.5颠倒温度计测温颠倒温度计功能：测温、测压一、颠倒采水器及颠倒温度计的结构和原理1.颠倒采水器的结构和原理结构：具有活门的采水桶上下活门装有平行杠杆，通过连接杆连接，通过仪器下端的固定夹杆和上端的释放器及穿索切口固定2728颠倒采水器工作原理2.颠倒温度计的结构和原理闭端(防压)：测量水温开端(受压)：与闭端配合确定仪器的沉放深度闭端颠倒温度计结构：主要温度计和辅助温度计装在厚壁玻璃套内，主温用于测温，辅温用于测量玻璃套内的温度以进行还原订正主温与辅温相互倒置主温由储蓄泡和与其相连的毛细管构成，在储蓄泡与外套管间的空隙里，为消除空气的绝热作用而装有水银，并用软木塞堵住29闭端颠倒温度计结构：离储蓄泡不远的毛细管上有一狭窄处，并从此处向储蓄泡方向伸出一盲枝当温度计被颠倒后时，水银必须永远断裂在盲枝的分枝处－决定温度计示数准确性的主要原因读数工作在温度计颠倒后进行，刻度从毛细管顶端开始30开端颠倒温度计结构：与闭端颠倒温度计基本相同，不同之处仅在于外套管下端是开口的此温度计受压，温度计水银柱长度受温度和水压变化影响－计算仪器的实际沉放深度3132颠倒采水器和颠倒温度计是采水样和观测水温的重要仪器，可同时取到不同水层的温度和水样1.在观测前需要做的工作(1)挑选颠倒温度计和套筒，检查温度计性能(2)在采水器的套筒内安装颠倒温度计(3)给采水器编号(4)检查采水器33二、颠倒温度计观测与使用方法2.钢丝绳倾角接近0˚时，各采水器之间的距离计算方法在船舷外把最下面一个(底层)采水器挂在离重锤1m的钢丝绳上，将计数器清零或记下起点读数343.观测水温和采取水样的方法与步骤(1)将装温度计的采水器从表层至深层集中安放在采水器架上，根据测站水深确定观测层次，并将各层的采水器编号、颠倒温度计的器号和值计入颠倒温度计测温记录中(2)观测时，将绳端系有重锤的钢丝绳移至舷外，将底层采水器挂在重锤以上1m的钢丝绳上，然后根据各观测水层之间的间距下放钢丝，并将采水器依次挂在钢丝绳上。若存在温跃层时，在跃层内适当增加测层35(3)当水深在100m以浅时，在悬挂表层采水器之前，应先测量钢丝绳倾角；倾角大于10度时，应求得倾角订正值。若订正值大于5m，应每隔5m加挂一个采水器。当底层采水器离预定的底层在5m以内时，再挂表层采水器，最后将其下放到表层水中(4)颠倒温度计在各预定水层感温7分钟，测量钢丝倾角，投下使锤，记下钢丝绳倾角和打锤时间。待各采水器全部颠倒后，依次提取采水器，并将其放回采水器架原来的位置上，立即读取各层温度计的主、辅温值，记入颠倒温度计测温记录表内36(5)如需取水样，待取完水样后，第二次读取温度计的主、辅温值，并记入观测记录表的第二次读数栏内，第二次应换人复核。若同一支温度计的主温读数相差超过0.02˚C，应重新复核(6)若某预定水层的采水器未颠倒或某层水温读数可疑，应立即补测；若两支温度计之间的水温差值多次超过0.06˚C，应考虑更换可疑温度计37(7)颠倒温度计不宜长时间倒置，每次观测结束后必须正置采水器(8)若因某种原因，不能一次完成全部标准层的水温观测时，可分两次进行，但两次的间隔应尽量短(9)如果需测表层水温，除颠倒温度计外，还可用表面温度计或电测表面温度计观测384.颠倒温度计测温记录的整理(1)首先要对温度计读数做器差订正(2)经器差订正后还要做还原订正1)闭端颠倒温度计还原订正值K的公式为：39T：经器差订正后的主温表读数t：经器差订正后的辅温表读数V0：闭端颠倒温度计的主温表自接受泡至刻度0处的水银容积，以温度数表示1/n：水银与温度计玻璃的相对视膨胀系数K：主温表测得的水温受到气温的影响5.在使用或保存颠倒温度计时应注意的问题(1)颠倒温度计必须经常垂直地保持正置状态，否则断裂的水银柱与整个水银体长期相隔会在断裂处形成氧化膜，从而发生不正常断裂(2)颠倒温度计要保持在温度高于0˚C的室内，但室内的最高温度不要超过温度计刻度的最大值(3)颠倒温度计必须保存在特制的箱内，使得在搬运时能保持正置状态，并避免受剧烈震动40413.6温深系统测温可以测量水温的铅直连续变化常用的仪器有：温盐深自记仪(CTD/STD)电子温深仪(EBT)投弃式温深仪(XBT)42一、CTD测温CTD自1974年问世后很快被用于海洋调查中43结构船上接收部分电缆水下部分C：电导率T：温度D：深度(压强)三个传感器，装在小体积不锈钢耐压圆柱状壳体中CTD投放最重要的三点规则(1)要保证仪器安全，务必不要使仪器探头碰到船舷或触底，释放仪器要在迎风舷，避免仪器压入船底；探头应放在阴凉处，切忌曝晒(2)根据现场水深确定探头下放深度。下放速度一般控制在50~100cm/s，一次观测中尽量保持不变，若船只剧烈摇晃，应选择较大下降速度(3)若探头过热或海气温差较大时，观测前应将探头放入水中停留数分钟进行预热(冷)4445二、XBT测温XBT是一种常用的测量温深的系统由探头、信号传输线和接收系统组成46探头深度根据记录时间，由下式得出：t的二次项表示下降速度随时间增加而减小原因：导线逐渐释放，探头重量减少XBT主要优点是成本低4748493.6遥感测温传统观测使用仪器直接与海水接触测量，费时费力且不能得到同步大面积数据在分析温度大面分布特征时，会产生不可避免的误差，甚至得出与实际完全相反的结论遥感观测则能获得大面积同步观测资料50薄层温差的存在在海