厦门大学海洋科学导论课件(水文部分)l

厦门大学海洋科学导论:水文本课程将介绍海洋水文的基本概念和重要性。重点讲解海洋水体的物理性质、运动规律、水文要素测量等。课程概述课程背景本课程是厦门大学海洋科学学院开设的专业基础课程，旨在为学生提供海洋水文的知识基础。课程目标通过本课程的学习，学生将掌握海洋水文的基本概念、理论和方法，为后续海洋科学研究奠定基础。课程内容课程内容涵盖海洋的形成和演变、地球水循环、海洋水动力系统、海水性质、海洋环流、潮汐、海浪等。海洋水文学概述海洋水文学是研究海洋水体的物理特性、运动规律和分布状况的学科。它涵盖了海水的温度、盐度、密度、海流、潮汐、波浪等方面的知识。海洋水文学是海洋科学的基础学科之一，对理解海洋环境、开发海洋资源、保护海洋生态具有重要意义。海洋的形成和演变1地球形成初期太阳系形成初期的星云尘埃物质，经过长期的吸积作用形成地球。2火山活动频繁地球内部的热量释放导致火山活动频繁，大量气体和水蒸气被喷发到大气层中。3水蒸气冷凝随着地球冷却，大气中的水蒸气冷凝形成降雨，逐渐形成了最初的海洋。4海洋演化随着时间的推移，海洋不断扩大，并经历了多次演化阶段，最终形成了我们今天看到的海洋。地球形成后，经历了漫长的演变过程，才形成了今天的海洋。这个过程是一个复杂而漫长的过程，涉及地球内部的热量释放、火山活动、大气成分变化以及水循环等一系列因素。地球水循环1蒸发太阳辐射使海洋、湖泊和河流中的水蒸发成水蒸气，进入大气。2凝结大气中的水蒸气冷却凝结成云，形成降水。3降水降水包括雨、雪、冰雹等形式，降落到地表，一部分形成地表径流，一部分渗入地下，形成地下水。4径流地表径流汇集到河流，最终流入海洋。5地下径流地下水通过地下渗透，最终汇集到河流或海洋。海洋水动力系统洋流洋流是海洋中大规模的水体运动，对全球气候和海洋生态系统至关重要。潮汐潮汐是海水周期性涨落的现象，主要受月球和太阳的引力影响。波浪波浪是海面上的起伏运动，通常由风力驱动，但也可能由地震或海底滑坡引起。水体运动的基本概念1水体运动的类型水体运动主要包括水平运动和垂直运动。2水体运动的驱动力风力、密度差异、地球自转、潮汐引力等因素驱动水体运动。3水体运动的尺度水体运动的尺度从微小的波浪到巨大的洋流，范围很大。4水体运动的影响水体运动影响着海洋的物质循环、能量传输、生物分布和气候变化等。海水温度的分布及变化海水温度是海洋中最基本的环境要素之一，受太阳辐射、蒸发、降水、洋流等多种因素的影响，表现出复杂的时空分布特征。海洋温度对海洋生物的生存、海洋环流的形成、气候变化等方面具有重要影响。100℃海水温度平均值20℃海洋表层温度4℃海洋深层温度0.1℃温度变化幅度海水盐度的分布及变化海水盐度指海水中溶解的盐类总量，以千分比（‰）表示。全球平均海水盐度约为35‰，但各地盐度差异较大。赤道地区降水量多，海水盐度较低；副热带海区蒸发量大，海水盐度较高。近岸海域受河流淡水注入影响，海水盐度较低；远洋海域盐度较高。海水盐度会随季节变化，夏季蒸发旺盛，盐度较高；冬季降水量多，盐度较低。海水密度的分布及变化海水密度受温度、盐度和压力影响，并随深度、纬度和季节发生变化。在同一深度，高纬度海水密度通常高于低纬度海水密度，因为高纬度海水温度较低。海水密度影响海洋环流，例如密度较高的海水会下沉，形成下沉流；密度较低的海水会上升，形成上升流。海流系统海流形成海流是由多种因素驱动的，包括风力、海水密度差异、地球自转以及海底地形等。海流类型海流分为表层流和深层流，其中表层流受风力影响较大，而深层流则受海水密度差异影响较大。潮汐现象潮汐力地球和月球之间的万有引力导致地球上水体发生周期性涨落，形成潮汐现象。潮汐类型主要分为大潮和小潮，大潮时潮差大，小潮时潮差小。潮汐类型与太阳、月球的相对位置有关。潮汐影响潮汐现象对沿海地区的航运、渔业、盐场等生产活动具有重要影响，也影响着海岸线演变和海洋生物的繁殖。海洋波浪海洋波浪是由风力、地震或海底滑坡等因素引起的，海水表面的起伏运动。海浪的形成和传播是一个复杂的物理过程。波浪能量的大小取决于风力、风速、风持续时间和水深等因素。海浪在传播过程中会发生折射、反射和衍射等现象。波浪还可以对海岸造成侵蚀，并对航海、渔业和海洋工程等活动产生重大影响。海洋声学声呐技术声呐技术利用声波在水中的传播特性探测海洋环境，包括海洋深度、鱼群分布和沉船位置等。海洋生物声学海洋生物利用声音进行交流、导航和觅食，研究海洋生物声学有助于理解海洋生物的生态行为。海洋声学研究海洋声学研究涉及海洋声波的传播、反射、散射等方面的理论和应用，对海洋环境监测、资源勘探和国防安全具有重要意义。海洋光学海洋光学研究太阳辐射在海洋中的传输、散射和吸收，以及各种光学现象。海洋中的光线传播受到海水性质、悬浮颗粒物和生物的影响，产生折射、反射、散射和吸收等现象。海洋中的颗粒物生物颗粒物海洋中生物颗粒物包括浮游生物、动植物残骸以及有机碎屑。这些颗粒物在海洋食物网中起着重要的作用，并影响海洋的光学性质和生物地球化学循环。无机颗粒物无机颗粒物主要来自陆地和海底的岩石风化、火山喷发以及人类活动。这些颗粒物对海水化学性质、沉积物形成和海底地形有着显著影响。海洋化学1海水成分海水是多种盐类、气体、有机物质的混合物，主要成分是氯化钠，约占海水中溶解盐类的85%。2海水pH值海水呈弱碱性，平均pH值约为8.1，受二氧化碳浓度、温度、生物活动等因素影响。3海洋化学过程海水中的化学物质参与各种复杂的化学过程，包括溶解、沉淀、氧化还原、生物化学反应等。4海洋化学与环境海洋化学过程对海洋环境变化、气候变化、海洋生物生存息息相关。海洋生态系统海洋生态系统是地球上最大的生态系统，由各种海洋生物和非生物因素组成，包括海洋生物群落、海洋环境、海洋生物之间的相互作用以及海洋生物与环境之间的相互作用。海洋生态系统拥有丰富的生物多样性，从微小的浮游生物到巨大的鲸鱼，涵盖了各种各样的生物，它们在食物链和能量流动中扮演着重要的角色。气候变化与海洋海平面上升全球气温上升导致冰川融化，海平面上升，侵蚀海岸线，影响沿海地区安全和经济发展。海洋酸化大气中二氧化碳增加，导致海洋吸收更多二氧化碳，海洋酸性增强，威胁海洋生物，特别是珊瑚礁的生存。海洋生态系统气候变化导致海洋温度和盐度变化，影响海洋生物分布和繁殖，改变海洋生态系统结构和功能。极端天气气候变化导致极端天气事件增加，例如台风和风暴潮，加剧海洋灾害，给人类社会造成重大损失。海洋污染问题污染源海洋污染源包括陆地来源、海上来源和大气来源。陆地来源是海洋污染的主要来源，包括工业废水、农业废水、生活污水、固体废物等。污染类型海洋污染主要包括石油污染、塑料污染、重金属污染、营养盐污染、农药污染、放射性污染等。影响海洋污染对海洋生物、海洋生态系统、人类健康和海洋经济造成严重影响。例如，海洋污染会造成海洋生物死亡、海洋生态系统失衡、海洋产品安全问题、海洋旅游业发展受阻等。治理措施海洋污染治理需要多方协同，包括加强污染源控制、发展清洁生产技术、提高公众环保意识、加强海洋环境监测和管理等。海洋灾害与防治海啸地震或火山爆发引起的海底地壳变动，造成的海水巨浪。台风热带气旋，带来强风暴雨和巨浪，对沿海地区造成严重破坏。风暴潮台风或强冷空气带来的风暴潮，造成海水异常升高，淹没沿海地区。海洋资源的开发利用海洋油气资源海洋蕴藏着丰富的石油和天然气资源，为人类提供重要的能源。海洋渔业资源海洋是全球最大的蛋白质来源，渔业资源的开发利用对人类食物安全至关重要。海洋矿产资源海洋中蕴藏着丰富的矿产资源，如锰结核、多金属硫化物等，具有重要的战略意义。海洋空间资源海洋拥有广阔的空间资源，可用于发展海洋旅游、海洋运输、海洋工程等。可再生海洋能源海洋能的种类海洋能是指蕴藏在海洋中的各种能量，包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能。这些能源都是可再生能源，不会产生污染，对环境友好。开发利用现状目前，海洋能的开发利用还处于起步阶段，但随着技术的进步，海洋能的开发潜力巨大。例如，潮汐能发电站已经建成并投入运行，波浪能发电技术也在不断发展。海洋工程概述基础设施建设港口码头、海上平台、海底隧道、人工岛屿。资源开发海洋油气、矿产资源、生物资源的开发利用。环境保护海洋生态修复、防治海洋污染、减缓气候变化影响。科学研究海洋观测、研究、实验、数据分析和模型构建。海洋观测技术海洋观测技术是了解海洋环境、监测海洋变化的关键。现代海洋观测技术手段多样，包括卫星遥感、船舶观测、无人机观测、水下机器人等。观测数据可以用来研究海洋物理、化学、生物过程，为海洋资源开发、环境保护、灾害预警等提供科学依据。海洋数据处理与分析海洋数据处理与分析是海洋科学研究的重要环节，它将来自各种海洋观测平台和传感器的数据转化为有用的信息和知识，为海洋资源开发利用、环境保护、灾害预警等提供科学依据。1数据收集海洋观测系统2数据预处理质量控制、格式转换3数据分析统计分析、机器学习4数据可视化图表、地图5数据应用海洋预报、资源管理海洋预报预警系统数据采集海洋观测站、卫星遥感、船舶观测等数据实时收集，涵盖水文、气象、生物等多方面。数据处理对采集的数据进行质量控制、格式转换、插值等预处理，确保数据的准确性和完整性。模式预报利用海洋动力学模型对海洋环境进行数值模拟，预测未来一段时间内的海洋状态变化。预警发布根据预报结果，及时发布海洋预警信息，包括台风、海啸、风暴潮、赤潮等。信息传播通过网站、手机APP、广播电视等多种渠道发布预警信息，提高公众的防灾意识。海洋管理与政策海洋资源保护科学规划海洋开发利用，保护海洋生态环境，防止污染和过度开发。海洋空间规划制定海洋空间规划，合理利用海洋空间资源，协调不同海洋活动的开展。海洋权益维护维护国家海洋权益，加强海洋执法，打击非法活动。海洋合作交流加强国际合作，共同维护海洋生态环境，促进海洋科技发展。海洋科技创新海洋生物科技海洋生物拥有丰富的遗传资源和独特的生理功能，为生物医药、生物材料等领域提供巨大潜力。海洋传感技术先进的海洋传感器可以实时监测水温、盐度、水流等海洋环境参数，为海洋研究和管理提供关键数据。海洋工程技术海洋工程技术不断发展，在海洋资源开发、海洋环境保护等方面发挥着重要作用。海洋教育与科普11.提高海洋意识海洋教育和科普是提升公众海洋意识的关键途径，增强人们对海洋的了