1968~1983)

发布日期:2019-11-03    点击次数:

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  海洋科学导论  PAGE 553 从 编 简 介 冯士筰 中国科学院院士,中国海洋大学传授,曾任中国海洋大学副校长,国度教委科学手艺委员会一、二、三届委员,现任国务院学位委员会学科评断组海洋组组长,全国博士后办理委员会专家组,高档学校海洋科学讲授指点委员会从任,中国海洋大学物理海洋研究所所长。科研标的目的是物理海洋学和海洋学。次要著做有:《风暴潮导论》(科学出书社出书,获“1982年度全国优良科技图书一等”)、《物理海洋数值计较》(取孙文心合编,河南科学手艺出书社出书,1992)。科研项目“浅海风暴潮动力机制和预告方式的研究”及“拉格朗日余流和持久输运过程的研究——一种三维空间弱非线)国度天然科学三等。 李凤岐 中国海洋大学传授,博士生导师,曾任中国海洋大学海洋学院副院长。现任高档学校海洋科学讲授指点委员会委员,中国海洋大学讲授评估常设专家委员会从任,中国海洋大学科学取工程研究院院长。1995年获全国优良教师称号,1997年获国度级讲授二等。科研标的目的为物理海洋学和海洋学。次要著做有《物理海洋学》(取叶安泰合编,中国海洋大学出书社出书,1996年获华东区大学版协优良图书二等)。科研项目“渤、黄、东海近海区大面积水温预告”1981年获科技前进一等,“恍惚数学方式正在水团阐发中的使用”、“浅海变性水团阐发和预告研究”、“中国近海非常海温阐发和预告研究”,别离于1988年、1995年和1997年获国度教委科技前进二等。 李少菁 厦门大学传授,博士生导师。曾任厦大海洋学系从任,国度教委科技委一、二届学科组,国度天然科学基金委三、四届学科组。现兼任中国甲壳动物学会副理事长等。科研标的目的是海洋浮逛生物学和甲壳动物学。次要著做有:《海洋浮逛生物学》(取等合著,海洋出书社,获1988年国度教委全国高校优良教材特等,英文版Marine Planktology, China Ocean Press & Springer-Verlag),《中国海洋浮逛桡脚类》(取等合著,上海科技出书社???获1995年国度海洋局科技前进二等)。科研项目:《锯缘青蟹生殖生物学和人工育苗手艺研究》及《闽南-浅滩渔场上升流区生态系研究》(次要加入者),分获福建省科技前进二等(1996)和国度科技前进三等(1995)。 序 言 一九九八年是国际海洋年,恰逢厄尔尼诺迸发期间,全球天气非常,中国两江洪水,海洋成了人们关心的核心。 海洋是生命的摇篮,她孕育了人类的文明。现今人类的70%以上,过对折的超百万生齿的大城市,都离海岸不脚100km,这反映了人类取海洋关系的亲近。对于搅扰全世界的生齿、资本和等难题的处理,人们都寄但愿于海洋的开辟和操纵。 海洋的开辟操纵,依赖于科学手艺的前进,由于对海洋特征和纪律的研究,是开辟和操纵的根本。可是,人类虽早已登上远离地球384 400km的月球,却至今仍然没能下潜至只要10km之多的地球海洋的最深处进行间接探测。海洋的摸索和研究更具有挑和性。 海洋是一个的、具有多样性的复杂系统,此中有各类分歧时空标准和分歧条理的物质存正在和活动形态。这一属性决定了海洋科学的多学科分析取交叉。例如,取其最附近又类似的大气科学比拟,海洋科学就多出海洋生物的一大分支。海洋科学的上述特征正在晚期的海洋研究中已显示出来,现今海洋科学中的多学科分析取交叉变得更为主要。现实上,现代海洋科学曾经成长成为一个复杂的科学系统。它以至正在人-地系统中通过人取海洋彼此感化取社会科学相联系。 《海洋科学导论》一书,是为我国海洋类专业大学生编写的根本课教材,比力系统地引见了海洋科学次要分支学科的根本内容。有别于以往同类教材的是,它留意从地球科学系统看海洋科学,也留意海洋科学本身的系统和各分支学科间的交叉取渗入。新添加的“海洋取大气”、“卫星海洋遥感”等章反映了各分支学科的新研究。“中国近海的区域海洋学”及取污染管理等内容,有帮于可持续成长概念的成立。故本教材留意内容的系统、更新和适用。 本书正在同一订定的框架下由分歧专业的教师分工撰写,书中融入了教师本人的一部门讲授经验和科研。全书颠末集体会商点窜后定稿。因为海洋科学笼盖较多的分支学科,这些学科的性质有必然差别,还尽量照应分歧专业学生的需要,故书中各章取材的广度和深度不尽不异。各章间的最佳均衡,有待于此后教学利用过程中摸索寻取。本书除做教材外,还可供相关科技工做者参考。 前 言 高档学校海洋科学讲授指点委员会成立伊始,就赶上了教育部核准的“面向21世纪海洋科学类专业讲授内容和课程系统”的立项研究。通过普遍调研、频频研讨,项目组和讲授指点委员会构成了一个共识:需要为海洋科学类本科生及附近专业的学生编写一本面向21世纪的配合根本课教材——海洋科学导论。 跟着课题研究的深切,对该教材的要求也有了更深刻的理解,即它该当具有根本性、系统性、科学性、先辈性和启迪性。海洋科学导论是为一年级下学期至二年级上学期的学生利用的,应面向21世纪为海洋科学类本科生及附近专业的学生打下宽厚的根本。鉴于海洋科学业已构成了本人的系统,“导论”就应充实表现其系统性和科学性。做为面向21世纪的教材,其内容应具有先辈性,其讲述应具有启迪性,正在培育学生崇尚立异和沉视现实能力方面进行一些测验考试。 正在上述思惟的指点下,我们力图从地球科学系统看海洋科学系统,而对海洋科学本身,则以其系统为从线,系统阐述海洋科学的根基概念、根本理论和次要,同时又留意引见各分支之间的内正在联系,彼此感化、交叉和渗入。海洋取大气、卫星海洋遥感、中国近海的区域海洋学等新章节的设置,各分支学科近年来的次要进展和最新的引见,对各分支学科成长态势和标的目的的启迪式瞻望等,是我们进行的新测验考试。正在提高学生认识和可持续成长概念等方面,虽未零丁编写一章,但正在各分支学科的相关章节中,均无意识地强调了这方面的内容;尤正在第四、第九、第十一及第十二章中,更给以较多的篇幅。 做为教材,本书每章均附有思虑题或题以供复习或选做。为使读者查阅便利,各章也列出了次要参考文献。 本书的编写分工如下:第一章,李凤岐;第二章,李学伦;第三章,王凤钦、李凤岐;第四章,张曼平、谢式南、杨逸平;第五章、第六章,王凤钦;第七章,胡建宇(此中风暴潮为冯士筰撰写);第八章,周发琇;第九章,李少菁、许振祖、钱树本、李永祺;第十章,包青华、刘智深;第十一章,贺明霞;第十二章,李凤岐。 全书初稿完成后,由冯士筰、李凤岐同一点窜并定稿。 本书的编写,获得教育部高教司、高档教出书社的注沉取指点,中国海洋大学、厦门大学赐与鼎力支撑和具体的带领。中国海洋大学文圣常院士、陈镛传授、苏育嵩传授、孙孚传授、星传授、刘秦玉传授、武心尧传授、杜怯传授,厦门大学黄奕授、许天增传授、李圣云副传授,中国科学院南海海洋研究所施平传授,中国科学院海洋研究所顾宏堪研究员、邹景忠研究员,国度海洋局第一海洋研究所丁永耀研究员、吴世送研究员等,都对书稿提出了贵重的点窜看法;高档教育出书社黎怯编审从本书编写纲领的会商起头,至书稿审读、编纂加工都提出了很多贵重看法,付出了很多心血;高档社画图科全体同志为本书清绘插图付出了辛勤的劳动。编、撰者谨正在此一并致以衷心的感激。 张曼平传授不辞劳怨,为本书的文字输入、点窜付出了大量的心血,没有他的忘我工做,很难设想本书能及时付印。 本书虽几经点窜,但终因时间紧迫、更兼编、撰者常识取程度所限,错误取不脚之处正在所不免,衷心企盼。何况海洋科学笼盖的分支学科较多,它们之间的差别较大,又要顾及分歧专业学生的根本取需要,故各章的取材广度、深度分歧,虽力图协调,但编写的初志可否实现,还有待专家取读者查验。 从 编 一九九八年十月五日 海洋科学导论目次 第一章 绪论……………………………………………………………………… 1 §1.1 地球科学…………………………………………………………………1 1.1.1 地球科学系统…………………………………………………………1 1.1.2 海洋科学………………………………………………………………4 §1.2 海洋科学的成长史………………………………………………………7 1.2.1 海洋学问的堆集取晚期的不雅测、研究(18世纪以前)……………7 1.2.2 海洋科学的奠定取构成(19~20世纪中叶)…………………………7 1.2.3 现代海洋科学期间(20世纪中叶至今)………………………………7 1.2.4 海洋科学的将来………………………………………………………9 §1.3 中国的海洋科学 ………………………………………………………10 1.3.1 汗青的贡献 …………………………………………………………10 1.3.2 的过程 …………………………………………………………10 1.3.3 夸姣的前景 …………………………………………………………10 第二章 地球系统取海底科学……………………………………………………13 §2.1 地球的根本学问 ………………………………………………………13 2.1.1 地球的 ……………………………………………………13 2.1.2 地球的外形 …………………………………………………………14 2.1.3 地球的圈层布局 ……………………………………………………15 2.1.4 地球的发源取地质时代 ……………………………………………18 §2.2 海取洋 …………………………………………………………………20 2.2.1 地表海陆分布 ………………………………………………………20 2.2.2 海洋的划分 …………………………………………………………22 2.2.3 海水的发源取演化 …………………………………………………25 §2.3 海底的地貌形态 ………………………………………………………26 2.3.1 海岸带 ………………………………………………………………26 2.3.2 边缘 ……………………………………………………………26 2.3.3 大洋底 ………………………………………………………………30 §2.4 海底构制取大地构制学说 ……………………………………………32 2.4.1 漂移 ……………………………………………………………33 2.4.2 海底扩张 ……………………………………………………………33 2.4.3 板块构制 ……………………………………………………………35 2.4.4 海洋盆地的构成取构制演化 ………………………………………37 §2.5 海洋堆积 ………………………………………………………………40 2.5.1 滨海堆积 ……………………………………………………………40 2.5.2 架堆积 …………………………………………………………44 2.5.3 坡—陆隆堆积 …………………………………………………45 2.5.4 大洋堆积 ……………………………………………………………46 §2.6 海底矿物资本 …………………………………………………………48 2.6.1 滨海砂矿 ……………………………………………………………48 2.6.2 海底石油和天然气 …………………………………………………48 2.6.3 磷钙石和海绿石 ……………………………………………………49 2.6.4 锰结核和富钴结壳 …………………………………………………50 2.6.5 海底热液硫化物 ……………………………………………………51 2.6.6 天然气水合物 ………………………………………………………53 §2.7 古海洋学取全球变化研究 ……………………………………………53 第三章 海水的物理特征和世界大洋的层化布局………………………………56 §3.1 海水的次要热学和力学性质 …………………………………………56 3.1.1 纯水的特征 …………………………………………………………56 3.1.2 海水的盐度 …………………………………………………………58 3.1.3 海水的次要热性质和力学性质 ……………………………………60 3.1.4 海水的密度和海水形态方程 ………………………………………66 §3.2 海冰 ……………………………………………………………………69 3.2.1 海冰的构成、类型和分布 …………………………………………69 3.2.2 海冰的物质 ……………………………………………………71 3.2.3 海冰取海况 …………………………………………………………72 §3.3 世界大洋的热量取水量均衡 …………………………………………73 3.3.1 海面热出入 …………………………………………………………73 3.3.2 海洋内部的热互换 …………………………………………………79 3.3.3 海洋中的程度衡 ……………………………………………………81 §3.4 世界大洋温度、盐度、密度的分布和水团 …………………………83 3.4.1 海洋温度、盐度和密度的分布取变化 ……………………………83 3.4.2 海洋水团 ………………………………………………………… 101 3.4.3 海洋夹杂及温度、盐度、密度的细微布局 …………………… 103 第四章 海水的化学构成和特征 ………………………………………………111 §4.1 海水的化学构成………………………………………………………111 4.1.1 海水的次要成分……………………………………………………113 4.1.2 微量元素……………………………………………………………116 4.1.3 海水中的放射性同位素……………………………………………120 4.1.4 海洋化学污染物……………………………………………………121 §4.2 海水中的二氧化碳系统………………………………………………125 4.2.1 海水的pH值…………………………………………………………126 4.2.2 海水的缓冲容量……………………………………………………128 4.2.3 海水的总碱度、碳酸碱度和总二氧化碳…………………………128 §4.3 海气界面的气体互换…………………………………………………130 4.3.1 海水中的消融气体…………………………………………………130 4.3.2 气体正在海气界面的互换……………………………………………132 4.3.3 含硫气体和甲烷……………………………………………………134 4.3.4 氮和惰性气体………………………………………………………135 §4.4 海水中的养分元素……………………………………………………136 4.4.1 海洋中氮、磷、硅的次要存正在形式………………………………136 4.4.2 海洋中硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐的分布取变化…………………138 4.4.3 海洋中氮、磷、硅的轮回…………………………………………142 §4.5 海洋的化学资本………………………………………………………145 第五章 海洋环流 ………………………………………………………………147 §5.1 海流的成因及暗示方式………………………………………………147 §5.2 海流活动方程…………………………………………………………148 5.2.1 活动方程……………………………………………………………148 5.2.2 持续方程……………………………………………………………155 5.2.3 鸿沟前提……………………………………………………………158 §5.3 地转流…………………………………………………………………158 5.3.1 地转方程及其解……………………………………………………158 5.3.2 地转流取密度场、质量场之间的关系……………………………160 5.3.3 地转流的动力计较方式……………………………………………162 §5.4 风海流…………………………………………………………………164 5.4.1 埃克曼无限深海漂流理论…………………………………………164 5.4.2 浅海风海流的根基特征……………………………………………167 5.4.3 风海流的体积运输…………………………………………………167 5.4.4 上升流取下降流……………………………………………………168 5.4.5 近岸流的根基特征…………………………………………………169 §5.5 世界大洋环流和水团分布…………………???………………………170 5.5.1 风生大洋环流………………………………………………………170 5.5.2 热盐环流……………………………………………………………171 5.5.3 世界大洋环流和水团分布…………………………………………173 第六章 海洋中的波动现象 ……………………………………………………183 §6.1 概述……………………………………………………………………183 6.1.1 海浪要素……………………………………………………………183 6.1.2 海洋中的海浪………………………………………………………184 §6.2 小振幅沉力波…………………………………………………………184 6.2.1 波形取水质点的活动…………………………………………185 6.2.2 波动公式取波动能量………………………………………………187 §6.3 无限振幅波动…………………………………………………………192 6.3.1 斯托克斯波的波剖面………………………………………………192 6.3.2 波速取波高…………………………………………………………192 6.3.3 水质点活动轨迹……………………………………………………192 6.3.4 波动的能量…………………………………………………………193 6.3.5 波动的振幅取波高…………………………………………………193 §6.4 海洋内波………………………………………………………………193 6.4.1 界面内波……………………………………………………………193 6.4.2 密度持续变化海洋中的内波………………………………………196 §6.5 开尔文波取罗斯贝波…………………………………………………198 6.5.1 开尔文波……………………………………………………………200 6.5.2 罗斯贝波……………………………………………………………202 §6.6 风波和涌浪……………………………………………………………202 6.6.1 风波的成长取消衰…………………………………………………205 6.6.2 浅海和近岸波浪……………………………………………………209 6.6.3 波浪的随机性取波浪谱……………………………………………212 第七章 潮汐…………………………………………………………………… 212 §7.1 潮汐现象………………………………………………………………212 7.1.1 潮汐要素……………………………………………………………212 7.1.2 潮汐不等取潮汐类型………………………………………………213 §7.2 取潮汐相关的天文学学问……………………………………………214 7.2.1 某些天文学的根基概念……………………………………………214 7.2.2 时间单元……………………………………………………………216 §7.3 引潮力…………………………………………………………………217 7.3.1 引潮力的定义………………………………………………………217 7.3.2 引潮力公式…………………………………………………………218 7.3.3 引潮力势……………………………………………………………220 §7.4 均衡潮…………………………………………………………………220 7.4.1 潮汐静力理论………………………………………………………220 7.4.2 均衡潮潮高公式……………………………………………………222 7.4.3 推算潮时的简略单纯方式-八分算潮法……………………………… 224 7.4.4 对潮汐静力理论的评价……………………………………………225 7.4.5 设想和分潮……………………………………………………225 §7.5 潮汐动力理论…………………………………………………………227 7.5.1 潮汐动力理论的根基思惟…………………………………………227 7.5.2 长海峡中的潮汐和潮水……………………………………………227 7.5.3 窄长半封锁海湾中的潮汐和潮水…………………………………228 7.5.4 半封锁宽海湾中的潮汐和潮水……………………………………230 7.5.5 各类形态海区中潮波特征的比力…………………………………234 §7.6 风暴潮…………………………………………………………………234 7.6.1 定义…………………………………………………………………234 7.6.2 分类…………………………………………………………………235 7.6.3 中国的风暴潮………………………………………………………236 7.6.4 预告…………………………………………………………………237 第八章 大气取海洋…………………………………………………………… 239 §8.1 地球大气的平均形态…………………………………………………239 8.1.1 地球大气的成分取景象形象要素………………………………………239 8.1.2 大标准大气活动的根基特征………………………………………249 8.1.3 平均大气环流………………………………………………………251 8.1.4 季风…………………………………………………………………258 §8.2 海洋上的气候系统……………………………………………………260 8.2.1 锋面取温带气旋……………………………………………………260 8.2.2 热带气旋取台风……………………………………………………262 8.2.3 副热带高压…………………………………………………………265 8.2.4 热带辐合带…………………………………………………………267 §8.3 海洋-大气彼此感化………………………………………………… 268 8.3.1 海洋正在天气系统中的地位…………………………………………268 8.3.2 海洋-大气彼此感化的根基特征………………………………… 271 8.3.3 ENSO及其对大气环流的影响………………………………………275 第九章 海洋生物……………………………………………………………… 280 §9.1 海洋生物的分区…………………………………………………280 9.1.1 水层部门……………………………………………………………280 9.1.2 底层部门……………………………………………………………282 9.1.3 海洋分区………………………………………………………284 §9.2 海洋生物多样性………………………………………………………285 9.2.1 生物多样性概念……………………………………………………286 9.2.2 海洋生物多样性的操纵和……………………………………297 §9.3 海洋生物生态类群及生物地舆学……………………………………305 9.3.1 海洋生物生态类群…………………………………………………305 9.3.2 生物地舆学的根基概念及特地名词………………………………313 §9.4 海洋生态系统…………………………………………………………315 9.4.1 海洋生态系统的根基概念…………………………………………315 9.4.2 海洋生态系统的构成成分…………………………………………316 9.4.3 食物链和食物网……………………………………………………317 9.4.4 微型食物网…………………………………………………………320 9.4.5 海洋生物出产力……………………………………………………322 9.4.6 海洋生态系统中生物出产过程和反馈调理………………… 328 §9.5 海洋中的若干生物学问题………………………………… 330 9.5.1 海洋中的污染物取生物学过程……………………………… 330 9.5.2 赤潮及其防治………………………………………………… 337 9.5.3 海洋污损生物和钻孔生物…………………………………… 342 9.5.4 海洋生物对海水中声和光的物理效应……………………… 344 §9.6 海洋生物资本的开辟操纵……………………………………… 350 9.6.1 海洋生物资本………………………………………………… 350 9.6.2 海洋药物资本………………………………………………… 354 9.6.3 海洋生物资本的持续开辟操纵……………………………… 355 第十章 海洋中的声、光及其使用……………………………………360 §10.1 海洋声学概说……………………………………………………360 10.1.1 水声学取海洋声学的成长……………………………………360 10.1.2 海洋声学研究内容……………………………………………361 10.1.3 海洋声学遥感的使用前景……………………………………361 §10.2 声波的根基理论…………………………………………………362 10.2.1 声波……………………………………………………………362 10.2.2 抱负流体中的小振幅声波……………………………………362 10.2.3 海水中声波的速度………………………………………364 §10.3 海洋的声学特征…………………………………………………367 10.3.1 海水中的声速和声速铅曲剖面………………………………367 10.3.2 海水的声接收…………………………………………………370 10.3.3 海面海浪的声散射……………………………………………372 10.3.4 海底声学特征…………………………………………………372 10.3.5 海洋内部的不服均性对声波的影响…………………………374 §10.4 浅海中声理论和典型水文前提下的声场特征……………374 10.4.1 波动声学根本…………………………………………………374 10.4.2 射线声学根本…………………………………………………375 10.4.3 分层不服均海洋中的射结声学………………………………377 10.4.4 海洋中声的波导和反波导…………………………378 10.4.5 深海水下声道…………………………………………………379 10.4.6 浅海概况声道…………………………………………………381 §10.5 海洋的噪声…………………………………………………381 10.5.1 海洋中的噪声源………………………………………………381 10.5.2 海洋动力学噪声谱特征………………………………………382 §10.6 海洋声学方式遥测和反演海洋参数……………………………383 10.6.1 声遥测海洋参数………………………………………………383 10.6.2 操纵声波反演海洋天气参数…………………………………383 §10.7 海洋的光学性质…………………………………………………384 10.7.1 海洋光学中的一些光学性质…………………………………385 10.7.2 海-气交壤面的光学性质…………………………………… 387 10.7.3 光正在海水中的衰减……………………………………………389 10.7.4 海水中光的散射………………………………………………390 10.7.5 海洋光学仪器…………………………………………………393 §10.8 海洋中的辐射传送理论…………………………………………394 10.8.1 两流辐射传送理论……………………………………………394 10.8.2 海洋辐射传送的辐亮度传送过程……………………………395 §10.9 水中能见度………………………………………………………398 10.9.1 水下方针的对比度……………………………………………398 10.9.2 图象正在水中的传输……………………………………………401 §10.10 海洋激光雷达及其使用……………………………………… 402 10.10.1 海洋激光雷达水深丈量方式……………………………… 403 10.10.2 海洋激光雷达叶绿素浓度丈量方式……………………… 405 §10.11 水下电视……………………………………………………… 406 10.11.1 距离选通式………………………………………………… 407 10.11.2 视场扫描式………………………………………………… 408 第十一章 卫星海洋遥感……………………………………………………411 §11.1 引言………………………………………………………………411 11.1.1 卫星海洋遥感及空间海洋不雅测汗青布景……………………411 11.1.2 卫星海洋遥感系统……………………………………………412 11.1.3 卫星遥感对海洋科学研究的价值……………………………414 11.1.4 90年代的海洋卫星打算………………………………………418 §11.2 卫星海表温度遥感………………………………………………419 11.2.1 引言……………………………………………………………419 11.2.2 红外辐射计工做道理…………………………………………419 11.2.3 卫星海表温度的反演…………………………………………421 11.2.4 卫星海表温度的使用…………………………………………421 §11.3 海色卫星遥感……………………………………………………422 11.3.1 引言……………………………………………………………422 11.3.2 SeaWiFS取CZCS海色传感器………………………………… 423 11.3.3 取海色卫星遥感相关的海洋光学特征………………………424 11.3.4 海色反演道理…………………………………………………425 11.3.5 海色卫星材料的使用…………………………………………428 §11.4 微波高度计………………………………………………………429 11.4.1 引言……………………………………………………………429 11.4.2 卫星高度计的根基道理………………………………………430 11.4.3 卫星高度计的使用……………………………………………433 §11.5 微波散射计………………………………………………………436 11.5.1 引言……………………………………………………………436 11.5.2 星载微波散射计测风道理……………………………………436 11.5.3 星载微波散射计风场的反演…………………………………437 11.5.4 SSM/I简介……………………………………………………438 11.5.5 卫星风场材料的使用…………………………………………439 §11.6 星载合成孔径雷达………………………………………………441 11.6.1 引言……………………………………………………………441 11.6.2 SAR成象道理………………………………………………… 441 11.6.3 从卫星SAR波浪图象反演波浪标的目的谱……………………… 444 11.6.4 合成孔径雷达正在其他海洋研究中的使用……………………446 第十二章 中国近海的区域海洋学…………………………………………449 §12.1 天然概况……………………………………………………449 12.1.1 地舆、区划和岸线………………………………………449 12.1.2 海底地形、堆积取构制………………………………………451 12.1.3 径流特征………………………………………………………453 12.1.4 天气概况………………………………………………………457 §12.2 海洋水文情况……………………………………………………459 12.2.1 海面热均衡情况………………………………………………459 12.2.2 水温场、盐度场取密度场……………………………………460 12.2.3 跃层、内波取细微布局………………………………………473 12.2.4 水色、通明度和声速的分布取变化…………………………479 12.2.5 海冰的分布取变化……………………………………………482 §12.3 水团和海洋锋……………………………………………………486 12.3.1 渤海和黄海的水团……………………………………………486 12.3.2 东海和南海的水团……………………………………………489 12.3.3 海洋锋及其和渔场的关系……………………………………492 §12.4 海洋环流…………………………………………………………494 12.4.1 程度环流概况…………………………………………………494 12.4.2 上升流和冷、暖涡旋…………………………………………498 §12.5 潮汐、潮水和波浪………………………………………………500 12.5.1 潮汐和潮水……………………………………………………500 12.5.2 波浪……………………………………………………………502 §12.6 海水化学要素的分布取变化……………………………………503 12.6.1 消融氧含量及饱和度…………………………………………503 12.6.2 活性磷酸盐……………………………………………………504 12.6.3 活性硅酸盐……………………………………………………505 12.6.4 硝酸盐…………………………………………………………505 12.6.5 亚硝酸盐………………………………………………………506 12.6.6 pH值……………………………………………………………507 12.6.7 总碱度…………………………………………………………508 §12.7 生物特征取海洋资本……………………………………………509 12.7.1 浮逛、泅水(渔业)取底栖生物特征及资本………………509 12.7.2 化学、动力取矿物资本………………………………………512 §12.8 海洋……………………………………………………513 12.8.1 海洋损害取污染…………………………………………513 12.8.2 污染管理取…………………………………………515 绪 论 §1.1 地球科学 海洋是地球系统的主要构成部门,海洋科学属于地球科学系统,为此,先对地球科学系统做一简单引见。 地球科学系统 正在苍莽的之中,迄今只发觉地球上有人类繁殖生息,这不克不及不说是地球的奇特取幸运。地球科学就是以人类之家——地球为研究对象的科学系统。从分歧角度、对地球表里分歧圈层和范畴进行研究而构成的各个学科,则是地球科学系统的分支和构成部门。因为地球科学系统本身的复杂性,深切研究其某一部门的学科,便不竭构成、成长,有的则逐步分化而成为相对的学科。取此同时,基于地球各部门之间存正在的客不雅联系,出格是分歧窗科或方式的互相自创、交叉取渗入,遂不竭构成一些新的交叉或边缘学科。如许一来,地球科学便构成了浩繁的分支及相关学科,构成了一个复杂的科学系统。目前占劣势的概念认为,地球科学次要包罗地舆学、地质学、大气科学、海洋科学、水文科学、固体地球物理学,而科学和测绘学也取地球科学有着极为亲近的关系。 一、地舆学 是研究地球概况天然现象、人文现象以及它们之间的彼此关系和区域分异的学科[1]。所谓地球概况,凡是是指地球的大气圈、岩石圈、水圈、生物圈和人类圈(又称智能圈)彼此交代的界面。广义的地球概况,上自卑气对流层顶部,下至岩石圈堆积岩层底部,厚度可达(30~35)km。狭义的地球概况,则指大气圈、岩石圈、水圈的交代面,上限离地面不跨越100m,相当于对流层近地面摩擦层下部——地面鸿沟层,下限为太阳辐射能可达到的深度;因为这一深度正在陆地不跨越地下30m,正在海洋不跨越水下200m,所以狭义的地球概况的厚度,一般不跨越200~300m,但这却恰是生物和人类勾当最为集中也最为活跃的场合。 地舆学是一门既陈旧又年青的学科,其漫长的成长过程可分为三个期间,即古代地舆学期间——自远古至18世纪末;近代地舆学期间——自19世纪至20世纪50年代;现代地舆学期间——自20世纪60年代至今。历经三个期间的延续和成长,地舆学构成了浩繁的分支,也构成了系统的系统。其次要分支学科有天然地舆学、人文地舆学、汗青地舆学、区域地舆学、地图学、地论理学、方志学等;20世纪60年代以来,又构成了一些横向的理论性、使用性和方式性分支学科,如理论地舆学、使用地舆学和地舆数量方式等。 需要申明的是,很多研究地球概况某一圈层或某一圈层中部门要素而原属于地舆学范围的学科,业已分出且进一步成长或取其它学科交叉渗入,从而构成了相对的学科,如大气科学、海洋科学和水文科学等。 二、地质学 是关于地球的物质构成、内部布局、外部特征、各圈层间的彼此感化和演变汗青的学问系统。地质学的研究对象,包罗地球的内、外圈层,矿物和岩石,地层和古生物,以及地质构制和地质感化等等。因为察看和研究前提的,正在现阶段仍次要是研究岩石圈,此外,也涉及大气圈、水圈、生物圈以及岩石圈以下更深的部位,以至也包罗某些地外物质。 从人类对地质现象的察看和描述汗青看,地质学可谓长久,可是做为一门学科,其成熟则较晚。盖因做为研究对象的地球是如斯复杂而又陈旧,从分歧侧面和范畴,以分歧概念和方式,分歧的学派和分歧的期间,都曾有激烈而又频频的辩论。地质学的成长,大致可归结为五个期间。即:从远古至1450年为地质科学的萌芽期间;1450~1750年为地质学的奠定期间;1750~1850年为地质学的构成期间;地质学的成长期间;20世纪则送来了地质学新阶段——现代地质学期间,地质学已构成了包含浩繁分支的理论系统。 地质学的分支学科大体可分为两类[2]。第一类是切磋根基现实和道理的根本学科,由这些根本学科取出产或其它学科连系而构成的学科,则形成了地质学的第二类分支学科。 正在第一类内,有矿物学、岩石学、矿床地质学、地球化学、动力地质学、构制地质学、地貌学、地质力学、古生物学、地层学、汗青地舆学、古地舆学、地质年代学和区域地质学。此外,还有着眼于研究的地质学、天文地质学等等。着眼于地球深部的研究,则是方才开辟的新范畴。 第二类有水文地质学、工程地质学、地质学、灾祸地质学、金属矿产地质学、非金属矿产地质学、石油地质学、煤地质学、找矿勘察地质学和矿山地质学等。属于广质学或地质科学范围的,还有地球物理勘察、地球化学勘查、探矿工程、测绘学、地质材料的航空丈量取遥感手艺、数学处置方式和计较机手艺等。依中国大百科全书,测绘学及相关学科已另立分卷。 三、固体地球物理学 地球物理学是地质学取物理学间的边缘学科,它研究的是各类地球物理场和地球的物质、布局、构成及此中发生的各类物理过程。广义的地球物理学,除研究地球的固体部额外,还包罗对水圈和大气圈的研究。由于海洋科学、水文科学和大气科学业已各自觉展、扩充并相对而划出,于是,努力于研究地球固体部门宏不雅物理学现象的分支,便成为狭义的地球物理学,或间接称为固体地球物理学[3]。 因为固体地球物理学的问题也是分析性的,所以不克不及完全按物理学的部分来分类。于是,响应于地下资本的勘察、天然灾祸的预测、地球内部的摸索和地球消息等等的研究,即有勘察地球物理学(或使用地球物理学),地动预测、地球内部构制、板块大地构制等分支学科。 四、大气科学 是研究大气的各类现象及人类勾当对它的影响,这些现象的演变纪律,以及若何操纵这些纪律为人类办事的一门分析性的学科。它的研究对象,次要是笼盖整个地球的大气圈,此外,也研究太阳系其它的大气。其研究范畴曾经大大越出了凡是所称的“景象形象学”的范畴,亦即大大扩充了保守景象形象学的研究内容,并取其它学科之间有越来越多的彼此渗入,因此从20世纪60年代以来,已遍及采用了“大气科学”的称呼[4]。 大气科学也是一门既陈旧而又年青的学科。自从人类文明的起头,就有了古代景象形象经验学问的堆集,曲到16世纪这段时间,属于大气科学的萌芽期间。17世纪至19世纪,是大气科学正在物理学根本上起头成立的期间。19世纪至20世纪40年代,是大气科学次要分支学科的构成期间。20世纪50年代当前,则送来了新手艺推进大气科学敏捷成长的新期间。 大气科学有浩繁分支学科和普遍的研究内容如:大气物理学、动力景象形象学、气候学、气侯学、使用景象形象学、大气化学、大气探测和人工影响气候等。 五、海洋科学 拜见1.1.2及§1.2和§1.3。 六、水文科学 是关于地球上水的发源、存正在、分布、轮回、活动等变化纪律和使用这些纪律为人类办事的学问系统[4]。水文科学研究的对象,包罗从陆地概况的水到地下的水,广说,也包罗从大气中的水到海洋中的水,以及对水圈同大气圈、岩石圈和生物圈等地球天然圈层的彼此关系的研究。现代水文科学还注沉研究水资本的操纵和人类勾当对天然的反馈效应。 水文科学的成长可分为四个期间。从远古大公元1400年,为水文科学的萌芽期间。此后至1900年,为水文科学的奠定期间。1900~1950年,为使用水文学兴起期间,它以间接为出产和糊口供给多方面的办事为特色,而成为近代水文科学系统中最富生气的一个分支。20世纪50年代当前,水文科学进入了新的成长期间——现代水文学期间。 保守的水文科学,是按其研究对象划分分支学科的。即次要有:河道水文学,湖泊水文学,池沼水文学,冰川水文学,雪水文学,水文景象形象学,地下水水文学,区域水文学和海洋水文学。这些学科又通称为通俗水文学或水文学。取之对应的则是使用水文学,它次要包罗工程水文学,农业水文学,丛林水文学,都会水文学,医疗(卫生)水文学等等。新手艺的使用也推进并构成了一些新分支学科,例如遥感水文学,同位素水文学,随机水文学等等。需要申明的是,以陆地上的水为研究对象的陆地水文学,是水文科学的次要构成部门。由于以海洋中的水为研究对象的海洋水文学,已归属海洋科学之中,而对大气中的水的研究,至今还没无形成完全的学科。 七、相关学科 取地球科学慎密联系的学科中,仅就其研究对象和涉及的范畴而言,当首推科学及测绘学,由于它们取地球科学最为附近也最为亲近。 (一)科学 是正在现代社会经济和科学成长过程中构成的一门新兴的分析性科学。科学研究的对象——,是对以人类为从体的外部世界而言的,即人类赖以和成长的物质前提的分析体,它包罗天然和社会[5]。就天然而言,取地球科学研究的对象是相合的。就科学的分支而言,其“地学”分支,无论就其称呼仍是研究对象,明显应属于地球科学的范围;其它的分支,有的也取地球科学有着相当亲近的联系。所以,有些学者认为科学应属于地球科学的范围。 科学的分支学科,属天然科学方面的有地学、生物学、化学、物理学、医学和工程学;属于社会科学方面的有办理学、经济、等。 (二)测绘学 测绘学的使命正在于测定地球外形、沉力场和地面点的几何,曲到测绘各品种型的地图。它既可为地球科学和空间科学供给相关地球内部布局、地球动态及其外部沉力场等方面的消息,又可为国度经济扶植和国防扶植供给所需的贵重材料,例如,相关地球概况天然形态和人工设备的几何分布以及多种社会消息和天然消息的地舆分布等等[3]。 早正在公元前3世纪,就已起头孕育了做为测绘学根本的大地丈量学。它的成长,履历了几何大地丈量学和物理大地丈量学等阶段,现已进入了卫星大地丈量学的新期间。工程丈量学则是应工程设想、施工、办理或某些特殊要求而构成的分支学科。正在测绘方式和手艺方面,19世纪仍是实地间接测绘地形,再经分析选择而制图。20世纪则成长构成了航空摄影丈量学,创立领会析摄影丈量理论,制成领会析测图仪。 现正在已成长到航天遥感丈量,并借帮计较机实现了测图的完全从动化。地图制图学是研究将测绘成果变为成品——地图的学问,它研究的内容包罗地图投影、地图编制、地图整饰和地图印制等等。成品地图的具体类型则甚多。 海洋科学 海洋科学是研究地球上海洋的天然现象、性质取其变化纪律,以及和开辟取操纵海洋相关的学问系统[4]。它的研究对象,既有占地球概况近71%的海洋,此中包罗海洋中的水以及消融或悬浮于海水中的物质,于海洋中的生物,也有海洋底鸿沟——海洋堆积和海底岩石圈,以及海洋的侧鸿沟——河口、海岸带,还有海洋的上鸿沟——海面上的大气鸿沟层等等。它的研究内容,既有海水的活动纪律、海洋中的物理、化学、生物、地质过程,及其彼此感化的根本理论,也包罗海洋资本开辟、操纵以及相关海洋军事勾当所火急需要的使用研究。这些研究取力学、物理学、化学、生物学、地质学以及大气科学、水文科学等均有亲近关系,而海洋和污染监测取管理,还涉及科学、办理科学和等等。世界大洋既宽敞豁达但又互相连通,从而具有同一性取全体性,海洋中各类天然过程彼此感化及反馈的复杂性,报酬外加影响的日趋多样性,次要研究方式和手段的彼此自创相辅而成的配合性等等,促使海洋科学成长构成为一个分析性很强的科学系统。 一、海洋科学研究的对象及特点 海洋科学研究的对象是世界海洋及取之亲近相联系关系的大气圈、岩石圈、生物圈。它们至多有如??的较着特点[6,7]。 起首是特殊性取复杂性。正在太阳系中,除地球之外,尚未发觉其它星球上有海洋。全球海洋的总面积约3.6×108km2,是陆地面积的2.5倍。正在总体积13.7×108km3的海水中,水占96.5%。水取其它液态物质比拟,具有很多奇特的物质,如极大的比热容、介电和消融能力,极小的粘畅性和压缩性等。海水因为消融了多种物质,性质因此更特殊,这不只影响着海水本身的理化性质,并且导致海洋生物取陆地生物的诸多悬殊。陆地生物几乎集中歇息于地表上下数十米的范畴内,海洋生物的分布则从海面到海底,范畴可达1万米。海洋中的近20万种动物、1万多种动物、还有细菌和实菌等,构成了一个特殊的海洋食物网。再加上取之相关的非生命,则构成了一个无机界取无机界彼此感化取联系的复杂系统——海洋生态系统。 其次,做为一个物理系统,海洋中水-汽-冰三态的无时无刻不正在进行,这也是正在其他星球上所未发觉的。海洋每年蒸发约44×108t淡水,可使大气水分10~15天完成一次更新,势必影响海水密度等诸多物质的分布取变化,并进而限制海水的活动以及海洋水团的构成取长消。正在凝结于扭转地球座标系中来察看,海水的活动还受制于海面风应力、引力、沉力和地球自转方向力等。诸如斯类各类要素的配合感化,必然导致海洋中的各类物理过程更趋复杂,即不只无力学、热学等物理类型,并且也有大、中、小各类空间或时间特征标准的过程。可是此中的活动过程,则具有特殊的主要性,由于海水无时无刻不正在活动着。 第三,海洋做为一个天然系统,具有多条理耦合的特点。地球海洋充满了各类各样的矛盾,如海陆分布的不服均、海洋的连通取阻隔。海洋程度标准之大远逾数万千米,而铅曲向标准之小,平均水深只要3795m,两者不同实为悬殊。其它矛盾诸如:蒸发取降水,结冰取融冰,海水的增温取降温,下沉取上升,物质的消融取析出,沉降取悬浮,淤积取冲刷,海侵取海退,潮位的涨取落,海浪的生取消,的裂离取聚合,大洋地壳的扩张取潜没,海洋生态系均衡的维系取等等。它们相反而相成,配合构成了这个复杂的同一体。当然,这个同一体能够分成很多子系统,而很多子系统之间,如海洋取大气,海水取海岸、海底,海洋取生物及化学过程等等,大都有彼此耦合关系,而且取全球构制活动以及某些天文要素等亲近相关。这些天然过程通过各类形式的能量或物质轮回,彼此影响和限制,从而连系正在一路形成了一个全球规模的、多条理的复杂的海洋天然系统。海洋科学的使命,就是借帮现场不雅测、物理尝试和数值尝试手段,通过度析、分析、归纳、演绎及科学笼统等方式,研究这一系统的布局和功能,以便认识海洋,纪律,既可使之办事于人类,又能可持续成长。 海洋科学研究也有其显著的特点。起首,它较着地依赖于间接的不雅测。这些不雅测该当是正在天然前提下进行持久的,且最好是缜密打算的、持续的、系统而多条理的、有区域代表性的海洋调查。间接不雅测的材料既为尝试研究和数学研究的模式供给靠得住的自创,也可对尝试和数学方式研究的成果予以验证。现实上,利用先辈的研究船、测试仪器和手艺设备所进行的间接不雅测,简直鞭策了海洋科学的成长。出格是20世纪60年代以来,几乎所有的严沉进展都取此亲近相关。 其次是消息论、节制论、系统论等方式,正在海洋科学研究中越来越显示其感化。这是由于,实施间接的海洋不雅测,既艰辛、耗资费时,且获取的消息再多,若相对于海洋全体和全局而言仍属局部和片段,据此而间接研究海洋现象、过程取动态,明显仍是远远不敷的。借帮于消息论、节制论、系统论的概念和方式,对已有的材料消息进行加工,通过系统功能模仿模子进行研究则是可取的,现实上也取得了较好的成果。 第三,学科分支细化取彼此交叉、渗入并沉,而分析取全体化研究的趋向日趋较着。海洋科学正在其成长过程中,学科分支越来越细,研究也随之愈益深切。然而,越深切地研究则发觉,各分支学科之间又是彼此交叉渗入,相互依存和推进的。因此,着眼于全体,从彼此耦合取彼此联系中去整个系统的特征取纪律的概念取方,日趋昌隆成长。现代海洋科学研究及海洋科学理论系统的全体化,已是大势所趋、遍及认同。 二、海洋科学的分支 海洋科学系统既有根本性科学,也有使用取手艺研究,还包罗办理取开辟的研究。属于根本性科学的分支学科系统,提法不尽不异,若有的认为应包罗物理海洋学、化学海洋学、生物海洋学、海洋地质学、海洋学、海气彼此感化以及区域海洋学等。使用取手艺研究的分支有卫星海洋学、渔场海洋学、军事海洋学、帆海海洋学、海洋声学、光学取遥感探测手艺、海洋生物手艺、海洋预告以及工程海洋学等。办理、开辟研究方面的分支有海洋资本、海洋功能区划、海洋、海洋监测取评价、海洋污染管理、海域办理等。 §1.2 海洋科学的成长史 依现今较通行的概念,海洋科学的成长史可分为三大阶段[4]。 海洋学问的堆集取晚期的不雅测、研究(18世纪以前) 古代人类正在出产勾当中不竭堆集了相关海洋的学问,也得出了不少超卓的看法。公元前7~6世纪古希腊的泰勒斯认为大地是浮正在茫茫大海之中。公元前4世纪古希腊的亚里斯多德,正在《动物志》中已描述和记录了爱琴海的170余种动物。当然,对海洋更多的领会,仍是从15世纪本钱从义兴起之后。正在人称为地舆大发觉时代的15~16世纪,意大利人哥伦布于1492~1504年4次横渡大西洋达到南美洲;葡萄牙人伽马于1498年从大西洋绕过好望角经印度洋到印度;1519~1522年葡萄牙人麦哲伦完成了人类第一次全球航行。此后,1768~1779年英国人库克4次进行海洋探险,起首完成了环南极航行,并最早进行了科学调查,获取了第一批关于大洋深度、表层水温、海流及珊瑚礁等材料。 这一期间的很多科技成绩,有的间接鞭策了帆海探险,有的则为海洋科学分支奠基了根本。前者如:1567年鲍恩发现计程仪,1569年墨卡托发现绘制地图的圆柱投影法,1579年哈里森制成其时最切确的帆海天文钟,1600年吉伯特发现测定船位纬度的磁倾针等。后者如:1673年英国人玻意耳颁发了他研究海水浓度的出名论文,1674年荷兰人列文虎克正在荷兰海域最先发觉海洋原活泼物,1687年英国人牛顿用引力定律注释潮汐,1740年人贝努利提出均衡潮学说,1770年美国人富兰克林颁发湾流图,1772年法国人拉瓦锡起首测定海水成分,1775年法国人拉普拉斯初创大洋潮汐动力理论等等。 海洋科学的奠定取构成(19世纪~20世纪中叶) 这一期间的特点,既表示正在海洋探险逐步转向为对海洋的分析调查,而更主要的标记是海洋研究的深化、的浩繁和理论系统的构成。 正在海洋查询拜访方面,出名的有:随“贝格尔”号1831~1836年的全球探险;英国人罗斯1839~1843年的环南极探险;出格是英国“挑和者”号1872~1876年的全球航行调查,被认为是现代海洋学研究的实正起头。“挑和者”号正在三大洋和南极海域的几百个坐位,进行了多学科分析性的不雅测,后继的研究又获得了大量的,从而使海洋学得以由保守的地舆学范畴平分化出来,逐步构成为的学科。此次调查的庞大成绩,又激起了世界性的海洋查询拜访研究高潮。正在竞相进行的查询拜访中,“流星”号1925~1927年的南大西洋查询拜访,因打算缜密、仪器新鲜、丰盛而倍受注沉。“流星”号的成绩,又激发挪威、荷兰、英国、美国、苏联等,先后进行全球航行探险查询拜访。这些大规模的海洋查询拜访,不只堆集了大量的材料,并且也不雅测到很多新的海洋现象,还为不雅测方式本身的改革预备了前提。 正在海洋研究方面,主要良多。英国人福布斯正在19世纪40~50年代出书了海发生物分布图和《欧洲海的天然史》,美国人莫里1855年出书《海洋天然地舆学》,英国人1859年出书《发源》,它们别离被誉为海洋生态学、近代海洋学和的典范著做。正在海洋化学方面,迪特玛1884年了海水次要消融成分的恒比关系。正在海流研究方面,1903年桑德斯特朗和海兰汉森提出了深海海流的动力计较方式,1905年埃克曼提出了漂流理论。海洋地质学方面,www.673535.com,默里于1891年出书了《深海堆积》一书。出格是斯韦尔德鲁普、约翰逊和福莱明合著的《海洋》(The Oceans)一书,对此前的海洋科学的成长和研究给出了全面、系统而深切的总结,被誉为海洋科学成立的标记。 专职研究人员增加和特地研究机构的成立,也是海洋科学构成的主要标记。1925年和1930年,美国先后成立了斯克里普斯和伍兹霍尔两个海洋研究所,1946年前苏联科学院海洋研究所成立,1949年,英国成立国立海洋研究所等等,就是典型的例子。 现代海洋科学期间(20世纪中叶至今) 第二次世界大和对海洋科学有很大的影响,一方面是“军用”学科敏捷成长,但另一方面,也延缓了“非军用”学科的成长,和后海洋科学又得以恢复和敏捷成长,遂进入现代海洋科学的新期间。 虽然早正在1902年就成立了第一个国际海洋科学组织——国际海洋调查理事会(ICES),但大大都组织,包罗间组织和平易近间组织,则成立于二和之后。间组织以1951年成立的“世界景象形象组织”(WMO)和1960年成立的“间海洋学委员会(简称海委会,IOC,附属于结合国教科文组织,UNESCO)为代表。平易近间组织如国际物理海洋学协会(IAPO)于1967年改为国际海洋物理科学协会(IAPSO),1957年成立海洋研究科学委员会(SCOR),1966年成立国际生物海洋学协会(IABO),国际地质科合会(IUGS)也下设海洋地质学委员会(CMG)等等。 这一期间,海洋国际合做查询拜访研究更大规模地展开,如:国际地球物理年(IGY,1957~1958),国际印度洋调查(IIOE,1957~1965),国际海洋调查10年(IDOE,1971~1980,包罗6个分打算31项勾当),热带大西洋国际合做查询拜访(ICITA,1963~1964),黑潮及临近水域合做研究(CSK,1965~1977),全球大气研究打算(GARP,1977~1979,第1次全球试验FGGE及4个副打算),世界天气研究打算(WCRP,1980~1983,包罗4个子打算),深海钻探打算(DSDP,1968~1983)。正在1980年当前,相关机构又提出了多项为期10年的海洋调查研究打算,如世界大洋环流试验(WOCE),大洋钻探打算(ODP),全球海洋通量研究(JGOFS),热带大洋及其取全球大气的彼此感化(TOGA)及其构成部门”热带海洋全球大气耦合响招考验(TOGA-COARE)。1993年决定实施的天气变率和可预告性研究打算(CLIVAR),为期15年,而1994年11月正式生效的《结合国海洋法公约》,则涉及全球海洋的所无方面和问题。 这期间对海洋科学研究的投资大幅度地添加,研究船的数量成倍增加。60年代当前,特地设想的海洋研究船,机能更好,设备更先辈,计较机、微电子、声学、光学及遥感手艺普遍地使用于海洋查询拜访和研究中,如盐度(电导)-温度-深度仪(CTD)、声学多普勒流速剖面仪(ADCP)、锚泊海洋浮标、景象形象卫星、海洋卫星、地层剖面仪、侧扫声呐、潜水器、水下尝试室、水下机械人、海底深钻和立体取样的立体不雅测系统等。 短短几十年的研究早已超出汗青的总合,主要的冲破不足为奇。板块构制学说被誉为地质学的一次。海底热泉的发觉,使海洋生物学和海洋地球化学获得新的。海洋中标准涡旋和热盐细微布局的发觉取研究,推进了物理海洋学的新进展。大洋环流理论、波浪谱理论、海洋生态系、热带大洋和全球大气变化等范畴的研究都获得凸起的进展取。科研论著面世,令人目不暇接,出格是一些多卷集系列著做,如海尔从编的《海洋》(The Sea)、莫宁从编的《海洋学》(Океанология)等,可谓为代表性著做[4,6]。 海洋科学的将来 当当代界,生齿激增,耕地锐减,陆地资本几近干涸,情况渐趋恶化。浩繁的有识之士,预见到这些危机,并把目光再次投向海洋。一些国度接踵制定了21世纪的海洋成长计谋,很多出名的科学家、家,众口一词地称21世纪为“海洋科学的新世纪”。结合国及相关国际组织,也愈加关心海洋事务。仅从1994年算起就有:《结合国海洋法公约》生效,成立国际海底办理局,成立国际海洋法庭,召开“海洋和海岸带可持续操纵大会”,“海洋国际会议”和“世界海洋和平大会”,并把1998年定为“国际海洋年”等大事。何故如斯?盖因全世界面对的生齿、资本、三大问题,几乎都能够从海洋中寻求出。若何将上述可能变为现实?海洋科学则是架设正在它们之间的桥梁。海洋科学正在历经古代、近代和现代的成长之后,必将送来一个更为灿烂的新时代。 §1.3 中国的海洋科学 汗青的贡献 正在人类晚期认识海洋的汗青中,中国人平易近做出了庞大的贡献。公元前4世纪时,中国先平易近已能正在所有邻海上航行。早正在2千多年以前,已发现指南针,且至多正在1500年以前就用于帆海,从而使人们更能远离海岸涉脚沉洋。至汉朝,中国不只陆通西域,海也通东亚日本、南亚印尼、斯里兰卡和印度,以至远达罗马帝国。公元1405~1433年,郑和先后率船队七下“西洋”,渡南海至爪哇,越印度洋到马达加斯加,堪为人类帆海史中的空前。12世纪时中国的指南针经阿拉伯传入欧洲,又推进了欧洲的近海航行探险。 关于海洋学问,早正在公元前11~前6世纪的“诗经”中,已记录“朝于海”,公元前2~前1世纪,《尔雅》中记有海洋动物和海藻。公元1世纪时,王充已明白指出潮汐取月相的相关性。8世纪时窦叔蒙的《海涛志》,进一步阐述了潮汐的日、月、年变化周期,成立了现知世界上最早的潮汐推算图解表。11世纪燕肃正在《浪潮论》平分析了潮汐取日、月的关系,潮汐的月变化以及钱塘江涌潮的地舆要素。正在宋代,已起头养殖珍珠贝。《郑和帆海图》中不只绘有中外岛屿846个,并且分出11种地貌类型。1596年屠本峻撰成区域性海产动物志《闽中海错疏》。蜿蜒于我国东部和东南沿海的海塘,工程雄伟,堪取长城、大运河比拟,而海洋科学学问,则是其根底和后援。 的过程 当进入海洋科学构成阶段时,中国封建社会的持久苟延,出格是夜郎自卑、闭关锁国,严沉障碍了海洋科学的成长。鸦片和平之后,国度陷入半殖平易近地形态,海洋科学处境更为,成长甚为迟缓。进入20世纪之后,才连续有中国地学会,中国科学社成立,起头宣传海洋科学学问,开展一些海洋研究。1922年海军部设立了海道丈量局,起头进行海道测绘。1928年青岛不雅象台设立海洋科,1931年成立中华海发生物学会,1935年成立承平洋科学协会海洋学组中国分会,同年6~10月,地方研究院动动物研究所组织了初次的青岛至秦皇岛沿线的查询拜访。之后,因为日本侵华,和乱迭起,研究工做大都搁浅,只要马廷英、唐世凤等正在福建组织了一次海洋调查。抗打败利后的1946年,山东大学、厦门大学和大学别离创立了海洋研究所,厦门大学还成立了海洋学系。 夸姣的前景 新中国成立后不到1年,1950年8月就正在青岛设立了中国科学院海洋生物研究室,1959年扩建为海洋研究所。1952年厦门大学海洋系理化部北迁青岛,取山东大学海洋研究所归并成立了山东大学海洋系。1959年正在青岛成立山东海洋学院,1988年改名为青岛海洋大学。1964年成立了国度海洋局。此后,出格是80年代以来,又连续成立了一多量海洋科学研究机构,别离附属于中国科学院、教育部、海洋局等,业已构成了强无力的科研手艺步队。目前国内次要研究标的目的有:海洋科学根本理论和使用研究,海洋资本查询拜访、勘察和开辟手艺研究,海洋仪器设备研制和手艺开辟研究,海洋工程手艺研究,海洋科学研究取办事,海水养殖取渔业研究等等。正在物理海洋学、海洋地质学、海洋生物学、海洋化学、海洋工程、海洋及预告、海洋查询拜访、海洋遥感取卫星海洋学等方面,都取得了庞大的前进,不只缩短了取发财国度的差距,并且正在某些方面已跻身于世界先辈之列[7,8,9]。 回首汗青,正在“挑和者”号的全球查询拜访80多年之后,中国于1958~1960年才进行了近海较大规模的分析查询拜访,1976年第一次赴承平洋中部查询拜访,则掉队了整整100年。然而,此后两年,中国就加入了全球大气研究打算中的中承平洋西部查询拜访。再后则有:1984岁首年月次派出南极调查队且当前每年派出;1985年2月建成南极长城坐;1986年插手“南极公约组织”,次年成为南极研究科学委员会(SCAR)的正式国之一;1989年建成南极中山坐;1990年结合国决定正在中国成立“世界海洋材料核心”;1991年2月结合国国际海底办理局核准中国申请承平洋国际海底矿区15×104km2;1991年11月中国初次加入世界大洋环流尝试查询拜访;1992年11月~1993年3月加入“TOGA-COARE”的西承平洋强化不雅测;1992年完成了历时7年的中日黑潮合做查询拜访研究;1994年10月正在天津正式成立国际海洋学院中国营业核心;1995年又起头了中日副热带环流合做查询拜访研究;1995年5月中国初次远征北极科学调查队达到北顶点;1996年11月,世界海洋和平大会正在召开,通过了《海洋宣言》。 依《结合国海洋法公约》取《中华人平易近国领海和连接区法》等,属中国管辖的海域面积,相当于陆地河山面积的1/3。捍卫国度从权,海洋权益,是国人的崇高权利。成长海洋科学手艺,繁荣海洋经济,推进国平易近经济的持续、快速和健康成长,更是海洋科技工做者的。1994年核准的《中国21世纪议程》中,对海洋范畴赐与高度注沉,其后制定的中国海洋21世纪议程》,则更全面地阐述了我国海洋将来可持续成长的计谋方针和步履打算。继“七五”、“八五”之后,正在“九五”国度科技攻关打算中,也列入了海洋高手艺研开辟的项目和专题。国度委以沉担,人平易近寄以热望,任沉而道远,中国的海洋科学事业,出息更似锦。 思 考 题 1.何理解地球科学是一个复杂的科学系统? 2.海洋科学的研究对象和特点是什么? 3.海洋科学研究有哪些特点? 4.回首海洋科学成长汗青,你可以或许获得哪些? 5.中国海洋科学成长的前景若何? 参 考 文 献 1.中国大百科全书编纂委员会,中国大百科全书,地舆学,:中国大百科全书出书社,1990:1-9 2.中国大百科全书编纂委员会,中国大百科全书,地质学,:中国大百科全书出书社,1993:1-11 3.中国大百科全书编纂委员会,中国大百科全书,固体地球物理学、测绘学和空间科学,:中国大百科全书出书社,1985:1-4 4.中国大百科全书编纂委员会,中国大百科全书,大气科学、海洋科学、水文科学,:中国大百科全书出书社,1987:1-923 5.中国大百科全书编纂委员会,中国大百科全书,科学.:中国大百科全书出书社,1983:1-5 6.杨殿荣,海洋学,:高档教育出书社,1986:1-19 7.叶安泰、李凤岐,物理海洋学,青岛:青岛海洋大学出书社,1992:1-187 8.中国海洋年鉴编纂委员会,1991~1993中国海洋年鉴,:海洋出书社,1994:26-32,171-246 9.中国海洋年鉴编纂委员会,1994~1996中国海洋年鉴,:海洋出书社,1997:20-23,211-259,296-3047 第二章 地球系统取海底科学 §2.1 地球的根本学问 地球的 是空间、时间无限的物质世界, 目前人类不雅测到的范畴叫做总星系, 半径约100亿光年。总星系中约有10亿个星系,星系有大有小,小者有几万颗恒星, 大者有上千亿颗恒星,太阳所正在的星系叫做。 是由各类形态的和电磁波等物质构成的,常常堆积成一个个群或集团,通称为系统。系统有分歧的级别,如地球取绕之运转的月球、小、人制卫星等构成较初级的地-月系统,太阳取绕之运转的地球及其他则构成较高一级的太阳系。 太阳是一颗通俗的恒星,是太阳系内独一发光发烧的最大质量,其质量占太阳系总质量的99.8%,对地球和整个太阳系都有着极大影响。 是环抱恒星运转而本身不发光的。太阳吸引着九大(按取太阳的距离顺次为水星、、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星)、50颗卫星、2000多颗小以及600多颗彗星绕其运转(图2-1)。 九大体积大小相差悬殊,最大的木星比最小的水星大73500倍;取地球比拟, 水星体积相当于地球的0.056,木星则为1313.5。按特征可把九大分为两类:离太阳较近的水星、、地球和火星物质取地球类似,称为“类地”,它们体积较小、密度较大、卫星较少,表层为固体、沉元素较多;离太阳较远的木星、土星、天王星和海王星的物理特征近似木星,称为“类木”,它们体积大、密度小、卫星较多,无固体概况,轻元素(出格是气体元素)较多。冥王星距太阳最远,其物质尚不甚清晰。太阳系目前以冥王星轨道为鸿沟,曲径为118×108km,太阳发出的光需要5.5小时才能穿出太阳系。 月球是地球独一的天然卫星,其半径为1738km,质量为7.35×1022kg,平均密度3.34×103kg/m3。别离相当于地球的27.1%、1.2%、60.6%,距地球38.44×104km。月球上没有水,大气也极稀薄,还不到地球海平面大气密度的10-12,因而没有生物,也没有风云雨雪等气候现象。正在太阳系中,象月球如斯之大的卫星是绝无仅有的。地月系的核心是地球,地球活动多方面受着月球的影响,地球上的天文地舆现象,如日月食和潮汐,也次要取月球相关。 图 2-1 太阳系(轨道按比例暗示)  正在无限的空间中,地球只不外是沧海之一粟,它处正在永不止息的活动中。地球的活动有多种形式,此中最显著的是自转和公转。地球绕着通过地心轴的扭转称为自转,地球自转会发生一系列后果。此中最显著的是的视周日活动,其次是取活动相关的一种惯性力,称为地转方向力或科氏力。一般认为地球公转就是地球环抱太阳的活动,现实上,地球公转既是地球和太阳环抱日地配合质心的活动,也是地球和月球环抱地月配合质心的活动。地球上的潮汐,次要是正在月球和地球的彼此公转过程中发生的,没有公转也就无所谓潮汐现象。 地球的外形 地球的外形一般是指全球静止海面的外形,即一个等位势面的外形。全球静止海面是既不考虑地表海陆差别、也不考虑陆、海地势崎岖时的海面。它正在海洋中是不考虑海浪、潮汐和海流的存正在、海水完全静止时的海面;它正在上是静止海面向之下延长的设想“海面”。两者总称大地水准面,是陆上高程的起算面。抱负的地球外形就是大地水准面的外形。现实上,大地水准面只能反映地球的宏不雅轮廓,而不克不及反映地表崎岖的细微变化。 假定地球是静止的、且构成地球的物质密度是平均的,因为地心引力感化,其外形该当是正。但地球不断地沿地轴自西向东自转,由此发生的惯性离心力将使地球沿赤道面向外膨缩、沿地轴向内收缩;又因为地球内部物质密度(非论纵向仍是横向)的不服均性,成果使地球呈现为犯警则的扭转椭。 按照人制卫星运转轨道阐发测算的成果,地球是一个梨形的(图2-2)。 取尺度椭比拟,南极凹进24m,北极超出跨越14m,赤道至45°N间向内凹进,赤道至60°S间向外凸出(图2-2)。第16 届国际大地丈量和地球物理协会按照人制地球卫星的丈量材料修订了地球外形的参数(表2-1),并保举由这组参数暗示的扭转椭做为大地丈量的参考面。 图2-2 据人制卫星轨道情况测得的地球 实正在外形(实线)取抱负的椭(虚线 暗示地球外形的次要参数 赤道半径a6378.104km赤道周长2πa40075.036km两极半径c6356.755km子午线km平均半径R=(a2c)1/36371.004km概况积4πR2510064471.9km2扁率(a-c)/a0.0033528体积4/3πR310832.069×108km3切确的地球外形和大小,对于大地丈量、人制卫星和近程火箭的运转十分主要。然而,地球的平均半径6 371km,扁率却只要3.35×10-3,其外形取极为接近, 因而正在海洋研究中一般把地球看做正。 地球的圈层布局 地球是一个具有齐心圈层布局的非均质体,以地球固体概况为界分为内圈和外圈,内圈和外圈