1、海洋调查方法Method of Ocean Survey第四章 盐度测量4.1 盐度测量的意义4.2 盐度的定义和演变4.3 盐度的测量海水中含量最多的化学物质有11种：阳离子：Na+，Mg2+，Ca2+，K+，Sr2+；阴离子：Cl-，SO42-，HCO3-（CO32-），Br-，F-；分子：H3BO3为了表示海水中化学物质的多寡，通常用海水盐度来表示。海水的盐度是海水含盐量的定量量度海水的盐度是海水含盐量的定量量度。几十亿年来，来自陆地的大量化学物质溶解并贮存于海洋中。如果全部海洋都蒸发干，剩余的盐将会覆盖整个地球达70米厚。4.1 盐度测量的意义蒸发、降水、径流、融冰、结冰盐度盐度是海水
2、最重要的理化特性之一，同时盐度的分布变化也是影响和制约其他水文、化学、生物等要素分布和变化的重要因素，所以海水盐度的测量是海洋观测的重要内容。盐度是海水海洋物理性质中最基本的要素之一水团划分锋面结构研究海流性质判别 海水的盐度影响海水密度海水运动生物的分布4.2 盐度的定义和演变绝对盐度绝对盐度是指海水中溶解物质质量与海水质量的比值。因绝对盐度不能直接测量，所以，随着盐度的测定方法的变化和改进，在实际应用中引入了相应的盐度定义。克纽森（Knudsen）盐度公式20世纪初前后，丹麦海洋学家M.H.C.Knudsen等人建立了海水氯度和海水盐度的定义。海水盐度的化学定义：在1kg海水中，当碳酸盐全
3、部变为氧化物，溴和碘全部被当量的氯置换，且所有的有机物被氧化之后所含固体物质的总克数，以符号S表示。氯水称取一定量海水HCl酸化150380480称重计算水浴蒸干24小时48小时 48小时加盐酸时，将海水中碳酸盐转化为氧化物，反应式如下：加氯水将溴、碘置换，反应式如下：150下加热24小时将海水蒸干；380下加热48小时将氯化物转化为氧化物，反应式如下：480下加热48小时将有机物全部氧化，反应式如下：H2O+2氯度与盐度的关系（Knudsen盐度公式）：S=0.030+1.8050ClKnudsen盐度公式使用时，用统一的硝酸银滴定法和海洋常用表,在实际工作中显示了极大的优越性，使用了70年
4、之久。但是，Knudsen公式只是一种近似的关系，代表性代表性比较差比较差；滴定法在船上操作不方便操作不方便。海水的电导率取决于其温度和盐度性质，通过测定其电导率和温度就可以求得海水的盐度。SLR11969年电导盐度定义S=1.80655Cl为了建立盐度和相对电导率的新关系式，在各大洋、波罗的海、黑海、地中海和红海共采集135个水样，测定这些样品的氯度和电导值，然后按上式计算盐度。标定标准海水，同时测定水样与S=35.00标准海水在15时的相对电导率（R15）（电导比）。根据盐度和相对电导率用最小二乘法得出如下公式：S=-0.08996+28.2972R15+12.8083R215-10.67
5、869R315+5.98624R415-1.32311R515 优点：精度高，速度快，操作简便，适于海上现场观测 局限性：建立在海水组成恒定性海水组成恒定性的基础上，它是近似的。在电导测盐中校正盐度计使用的标准海水标有的氯度值，当标准海水发生某些变化时，氯度值可能保持不变，但电导值将会发生变化。所用的水样均为表层水样均为表层，不能反映大洋深处由于海水成份变化而引起电导值变化的情况。国际海洋用表中的温度范围为温度范围为10103131，而当温度低于10时，电导值要用其它的方法校正，从而造成了资料的误差和混乱。1978年实用盐度（psupractical salinity unit）实用盐度依然是
6、用电导的方法测定海水的盐度。直接规定为电导比的函数。与1969年电导盐度定义不同，它克服了海水盐度标准受海水成分变化的影响问题，在实用盐标中采用了高纯度的KCl，用标准的称量法制备成一定浓度（32.4357%）的溶液，作为盐度的准确参考标准，而与海水样品的氯度无关，并且定义了盐度：在一个标准大气压下，15的环境温度中，若海水样品与标准KCl溶液的电导比：若K151，则实用盐度的表达式为：1)0,15,4357.32()0,15,35(15CCK该样品的实用盐度值精确地等于35。S=0.008-0.1692K151/2+25.3851K15+14.0941K153/2-7.0261K152+2.
7、07081K155/2（15）2S42有效对于任意温度下海水样品的电导比的盐度表达式为：502/502/)15(115iiTiiiTiRbTKTRaS系数i与上式中的相同0000.050iibK=0.0162-2T35b0=0.0005,b1=-0.0056,b2=-0.0066,b3=-0.0375,b4=0.0636,b5=-0.0144用高纯KCl溶液作为唯一参考点，而不用标准海水。为了避免国际标准海水盐度值的差异，另外考虑到盐度实用定义应尽量和历史资料保持连贯性，定义氯度为19.3740的第79批国际标准海水为实用盐度35.000，再将高纯度KCl以重量法配制成溶液，当KCl溶液的浓度
8、为32.4356g/Kg时。在15时与氯度为19.3740的国际标准海水有相等的电导比（K15=1），即与S=35.000的标准海水的盐度是相等的。SCl之间不再有经验公式规定国际标准海水在标记氯度值的同时，也标记实用盐度标度确定的电导比K15。盐度与氯度将作为各自独立的参数而存在。国际标准海水标记的氯度及电导比将分别为氯度滴定及电导法测定盐度提供标准。不再使用符号根据国际单位制（SI）的原则，除去这个符号，如盐度为35.23应表示为35.23。4.3 盐度的测量观测时间、标准层次及准确度要求盐度与水温同时观测。大面或断面测站，船到站观测一次；连续站一般要求2小时观测一次。根据需要，有时每小时
9、观测一次。盐度测量的标准层次及其他有关规定与温度观测相同。根据不同观测任务，提出对测盐准确度的要求，通常将海上水文观测中盐度准确度分为三级标准。表4-1 盐度测量准确度和分辨率4.2 盐度的测量观测分为：表层标准层底层表层：海表以下，米以内的水层底层厚度：随水深增加而增加4.2 盐度的测量标准层的层数随总厚度增加盐度的测量方法由于海水盐度和氯度以及和密度、电导等物理性质有密切的关系，利用这些关系，它们之间的数值可以相互换算，即盐度测定可以通过海水氯度或某一物理性质的测定获得。目前已建立多种有效测定盐度的方法。归纳起来，从基本原理看，大致可分为三种类型：化学方法：硝酸银滴定法莫尔-克努森法（Mo
10、hr-Knudsen）法扬司法（Fajans）电位滴定法离子选择电极法电导法折射率测定法直接比重测定法物理化学方法物理方法铬酸钾指示剂吸附指示剂液体比重计-波美比重计CTD、SYC2-2型实验室海水盐度计卫星遥感法 浮标法ARGO声学测定法 测量范围：测量范围：0100准确度：准确度：0.2%使用方法：使用前，必须用淡纯使用方法：使用前，必须用淡纯水水“归零归零”校正，以及调整目镜校正，以及调整目镜的焦距；打开光源板，将海水用的焦距；打开光源板，将海水用小滴管滴下少许，盖上光源板后，小滴管滴下少许，盖上光源板后，看光源板内面的测试区是否已占看光源板内面的测试区是否已占满空间，如果留有空隙，会影
11、响满空间，如果留有空隙，会影响准确度；从另一头的目镜朝向光准确度；从另一头的目镜朝向光源，就可读出所测定出海水的盐源，就可读出所测定出海水的盐度；测定完毕后，光源板部份要度；测定完毕后，光源板部份要用淡水清洗干净，清洗时要特别用淡水清洗干净，清洗时要特别注意的是只有光源板部份可用水注意的是只有光源板部份可用水冲洗外，其余的任何部份都不可冲洗外，其余的任何部份都不可碰到水份，以免造成故障碰到水份，以免造成故障由于海水电导率是盐度、温度和压力的函数，因此，通过电导法测量盐度必须对温度和压力对电导率的影响进行补偿。采用电路自动补偿的盐度计为感应式温度计。在实验室测量准确度达0.003；适合有机污染含
12、量较多、不需要高准确度测量的近海；需要样品量大，灵敏度差；需温度补偿，操作麻烦。采用恒温控制设备，免除电路自动补偿的盐度计为电极式盐度计。测量电极直接接触海水，易出现极化和腐蚀、污染；现场应用受限，主要用于实验室高准确度测量。加拿大盖德莱因（Guildline）四级结构电极式盐度计（8400型）解决电极易受污染问题，重获广泛应用。CTDXCTDCTD、XBTXCTD探头与海水直接接触，探头直接与海水接触，这需要各种测量平台到现场去实施，因此受到天气和经济能力的各种因素制约，特别遗憾的是不能同时进行多点同步观测。遥感遥感即可以实现同步观测，也可以实现空间观测。ARGO利用现场温盐深仪测量盐度原理
13、从现场调查的CTD仪获取的相对电导率R、温度、压力数据，必须经过处理后才得到盐度资料，现场测定的相对电导率R可分成三部分，即：C（35,15,0）是一个定标常数，与定标实验室条件有关，Mark型CTD系统C（35,15,0）=42.909（ms/cm）RP,RT和rT可用现场观测得到的温度和压力表示。压力压力盐度盐度温度温度TPTrRRR 利用利用现场温盐深仪测盐度现场温盐深仪测盐度压力对电导比的影响，Brandshow测得的结果是：rT为标准海水的温度系数，Dauphince等人得到的表达式为：由此求得RT=R/RPrT。通过RT就可算出海水的盐度。502/502/)15(115iiTiii
14、TiRbTKTRaS投放原则保证仪器安全。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。根据现场水深确定温盐深仪探头的下放速度。探头下放速度一般应控制在50100cm/s范围内。（浅海或上温跃层）在深海季节层以下下降速度可稍高，但也以不超过150cm/s为宜，且一次观测中尽量保持不变。若船只摇摆剧烈，应选择较大的下降速度。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）。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为水温数据处理时的参考值。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
15、可下降开始观测。注意事项利用现场温深仪测量盐度时，每天至少应选择一个比较均匀的水层，与利用实验室盐度计对海水样品的测量结果对比一次如发现温盐深仪的测量结果达不到所要求的准确度，应调整仪器零点或更换仪器探头。温盐深的电导率传感器必须保持清洁，每次观测完毕都须用蒸馏水（或去离子水）冲洗干净，不能残留盐粒或污物。每天上午8点后的第一次测量，选择在10m利用利用实验室海水盐度计测盐度实验室海水盐度计测盐度SYC2-2型实验室海水盐度计SYC2-2 型实验室海水盐度计是利用电极电导池在实验室测试海水相对电导率的一种仪器。测量海水范围相当于盐度343，使用环境温度条件在0以上，室温与通常温度条件下均可，被
16、测水样温度范围在0以上，40以下，精确度为0.003，耗水样数量(包括洗涤)共计60ml。无需定期校正温度补偿电路；适合在陆上或船上的实验室使用。利用利用SYC2-2型实验室海水盐度计测盐度输入音频电讯号抑制干扰信号提升灵敏度SYC2-2型实验室海水盐度计平衡指示器显示器补偿电容Cx显示开关增益衰减温度补偿电导池入口样品海水电导池入口电导池排水口测定方法（1）校准。用标准海水定位仪器，每天进行一次即可；（2）测量样品的海水盐度。国家一级海水注意事项注意事项利用电极式或感应式实验室盐度计测定水样盐度时，须先行定标。连续测量时，每天至少应用标准海水定标一次。定标和测量时，不得在未搅拌的情形下进行，
17、且电导池内不允许存在气泡和其他漂浮物。被测海水样品的温度须与标准海水的温度相近时方可进行测量。工作结束后，电导池必须用蒸馏水清洗干净！电极式盐度计须在电导池内注满蒸馏水，以保护电极。电导法盐度的测量结果整理查表当T=15时，利用测得的电导比Rt值和国际海洋学常用表表Ia和表Ib查出海水盐度。当T15时，用表IIa和表IIb确定修正量S。公式计算根据测得的电导比RT和海水样品的温度T，通过公式计算求得盐度S。公式计算求海水盐度根据测得的电导比RT和海水样品的温度T，通过公式计算求得盐度S。*RT-被测海水样品与实用盐度为35的标准海水样品，在相同温度和一个标准大气压下电导率的比值。例1.海水样品
18、温度T=15，测得电导率比为0.95427，查表求海水实际盐度。从表a中得：R15=0.95420S=33.214S=310-3R15=0.95430S=33.217从内查表b（S=310-3）里，根据R=0.95427-0.95420=710-5查出盐度修正量：S=210-3所以，R15=0.95427时，海水实际盐度为：S=33.214+210-3=33.216例2.当海水样品温度T=4，测得电导率比为0.95427，查表求海水实际盐度。从表a和b，确定未修正盐度S未修正=33.216。根据表a，当T=4 时，确定修正量S：RT=0.950S=+16S103=-3RT=0.960S=+13R=0.95427-0.950410-3从内查表b根据：R103=4S103=-1S103=-3修正值为：S103=+16-1=+15实际盐度为：S=S未修正+S=33.216+1510-3=33.231附 国际海洋学常用表表a 解释实用盐标的定义。阐述利用CTD测量盐度的原理、投放原则及注意事项。思考题
