华北理工海洋调查与观测技术教案第4讲 水温测量2

1课程名称：《海洋调查与观测技术》第4周，第4讲次摘要授课题目（章、节）第三章水温测量3.4表面温度计测温3.5颠倒温度计测温3.6温深系统测温3.7遥感测温本讲目的要求及重点难点：【目的要求】掌握各式温度计的原理与测温方法。【重点】掌握各式温度计的测温方法。【难点】掌握颠倒温度计的原理。内容【本讲课程的引入】在测量海水温度时，可以用多种仪器和方法来进行工作。【本讲课程的内容】第三章水温测量板书“第三章水温测量”3.4表面温度计测温板书“3.4表面温度计测温”表面温度计用于测量表面水温，它的测量范围为-6℃~+40℃，分度值为0.2℃，准确度为0.1℃。3.4.1仪器的结构板书“3.4.1仪器的结构”外形如图3.4.1所示。其由一支普通的水银温度计安装在一个金属外壳内构成的。外壳的上下两部分是用螺丝互相连接的，能任意卸下或装上。3.4.2观测与使用板书“3.4.2观测与使用”其可在站台或在船上进行测温。测温时，既可把温度计直接放入水中进行，也可用水桶取水进行。前者用于风浪较小的条件下，后者用于风浪较大时。观测水温的方法步骤见P38-39。为了取得真实可靠的水温资料，在用表面温度计或读数时应注意：(1)感温或取水应避开船只排水的影响，读数时应避免阳光的直接照射。(2)冬天取水时不应取上冰块或使雪落入桶中，观测完毕应将水桶倒置。(3)表面温度计应每年检定一次。3.5颠倒温度计测温板书“3.5颠倒温度计测温”颠倒温度计的功能有二：一是测温；一是测压。板书“功能：测温、测压”颠倒温度计是水温测量的主要仪器之一，把装在颠倒采水器上的颠倒温度计，沉放到预定的各水层中。在一次观测中，可同时取得各水层的温度值。颠倒温度计在观测深水层水温时，温度计需要颠倒过来，此时表示现场水温的水银柱与原来的水银柱分离。这是其能观测深层温度的主要原因。3.5.1颠倒采水器及颠倒温度计的结构和原理板书“3.5.1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同学们回忆上一讲介绍的各式温度计。2由一个具有活门的采水桶构成。在上、下活门的两端装有平行杠杆，通过连接杆将平行杆连接在一起，使上下活门可以同时启闭，通过仪器下端的固定夹杆和上端的释放器及穿索切口把颠倒采水器固定在直径不大于5mm的钢丝绳上。原理见P40。2、颠倒温度计的结构和原理其有闭端（防压）和开端（受压）两种，均需配在颠倒采水器上使用。前者用于测量水温，后者与前者配合使用，确定仪器的沉放深度。具体结构见P40-41。3.5.2观测与使用方法板书“3.5.2观测与使用方法”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之一。应用颠倒采水器并装上颠倒温度计可以分层进行测温和采水；若同时将数个颠倒采水器沉放到预定的各水层中，在一次观测中可同时取到各水层的水温和水样。1.为保证观测准确度和仪器安全，在观测前需要做的工作。(1)挑选0V和器差相近的两只颠倒温度计，装在统一采水器的套筒中。当水深超过100m是，应更换采水器的温度计套筒，增加一支开端温度计。挑选温度计性能的基本要求是：颠倒时，水银断裂灵活，断电位置固定；复正时，接受泡的水银全部回流，主辅温度计固定牢靠。(2)打开采水器的温度计架压板，将颠倒温度计轻轻放入套筒，套筒上下两端须用用海绵或棉纱垫好，不要让它们在套筒内旋转。(3)按采水器编号顺序，自左向右将采水器安置在采水器架上（水龙头上）。(4)检查采水器的活门密封是否良好，活门弹簧松紧是否适宜，水龙头是否漏水，气门是否漏气，固定夹和释放器有无故障。检查钢丝绳是否符合规格（直径约4mm）和有无折断的钢丝，扭折痕或细刺。检查绞车转动是否灵活，刹车和排绳器性能是否良好。2.钢丝绳倾角接近0°时，各采水器之间的距离计算方法。(1)在船舷外把最下面一个（底层）的采水器挂在离重锤1m的升上，将计数器清零（或记下起点读数）。(2)按下式和计算表来悬挂各层采水器：ahl式中，l—计数器上的读书；h—所挂采水器与底层间的距离（m）；a—计数器校正数，它根据h及计数器校正系数A查表3.5.1得。3.观测水温和采取水样的方法和步骤见P43—44。4.颠倒温度计测温记录的整理。(1)利用颠倒温度计测标准层水温时，温度计读数须作器差订正。(2)颠倒温度计读数经器差订正后尚须作还原订正。(3)确定观测水温时，若某观测层两支颠倒温度计实测水温的差小于0.06℃时，取两支温度计实测水温作为该层的水温;当两支颠倒温度计实测水温的差大于0.06℃时，可根据相邻的水温或前后两次观测的水温（连续观测时）的比较，取两者中合理的一个温度值计入，并加括号。若无法判断时，可将两个水温值都记入记录表的Tw栏内。3(4)确定温度计测温的实际深度时，对于100m以浅的水层（含100m），当钢丝绳倾角订正，求得温度计测温的实际深度。5.在使用或保存颠倒温度计应注意的问题见P45—46。3.5.3利用开闭端温度计计算深度误差分析。根据调查规范中求深度公式：mwgTTH)(103式中，H为开、闭端颠倒温度计时所在层的深度；β为开端颠倒温度计压力系数；g为调查海区的重力加速度；wT为闭端温度计的准确示值；T为开端温度计的准确示值；m为颠倒温度计颠倒层以上水层的平均比容。测得深度误差与开、闭端颠倒温度计读数差，海水表层到测层的平均比容，开端颠倒温度计的压力系数及工作点的重力速度有关。3.6温深系统测温板书“3.6温深系统测温”利用温深系统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）（简称CTD或STD）、电子温深仪（简称EBT）和投弃式温深仪（简称XBT）等。3.6.1电子式温深自记仪（CTD）测温板书“3.6.1CTD测温”目前国内外广泛使用的CTD剖面仪有Neil/BrownMarkⅢ型和SeaBird911型。CTD仪的投放最重要的三点规则：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，切忌暴晒。3.6.2常用投弃式深温计（XBT）板书“3.6.2XBT”XBT是一种常用的测量温深的系统，它由探头、信号传输线和接受系统组成。探头通过发射架投放，探头感应的温度通过导线输入接收系统并根据仪器的下沉时间得到深度值。XBt易投放，并能快速地获得深温资料。探头深度根据记录时间，由下面的下降关系式得出：200216.0472.6ttd式中，d为深度(m)，t为时间(s)。XBT的主要优点是成本低，它可以接装在各种船只上，在一定航速和海洋条件下投掷。但是它容易发生多种故障：①由于导线通过海水地线形成回路，如果记录仪接触不良，就记录不到信号;②如果导线碰到船体边缘，将绝缘漆磨损，这可能使记录出现尖峰或上凹想象;③如果导线在暂时被挂住，导线拉长，也会出现温度升高现象。此外，常见的温深系统还有测温链（图3.6.3）。其基本组成是类似几组CTD探头通过电缆联系在一起，由一个控制单元控制并记录观测数据，在使用中可由调查船投放或锚定定点长期测量。3.6.3温深系统测量时压力与深度的换算板书“3.6.3温深系统测量时压力与深度的换算”在进行海洋资料处理时，通常需要将仪器测得的压力值换算成深度值，这一采用多项式拟合的方法。43.7遥感测温板书“3.7遥感测温”前面提到的液体测温和CTD系统测温都是探头直接与海水接触感温的，这就需要有各种测量平台到现场去实施。因此，受到天气和经济能力等因素制约，且不能同时进行多点同步观测。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。用飞机或卫星遥感测温可以迅速同步地获得大面积温度信息。3.7.1薄层温差的存在板书“3.7.1薄层温差的存在”在海表附近空气和水中，都存在着分子运动起主导作用的薄层边界。因此，绝大部分海表与水体内部之间温差出现在一海水薄层里（量级约为1mm）。则遥感测得的海表温度与用常规方法在0.2~2m深处测得的“表层温度”有很大差异。当同时使用这两种数据时，就要进行判别分析。根据传导方程，热界面深度的比例长度和界面层两边的温度差T的定义为：TkZTkQN0式中：0ZT为界面处温度剖面斜率；k为水体热传导系数；NQ为穿过界面的总热通量（不包括太阳辐射）。3.7.2大气温、湿度和油膜的影响板书“3.7.2大气温、湿度和油膜的影响”热带气团湿度很高，使信号受到极大衰减，且降低了海表温度对比度。热带气团对卫星观测影响最为严重。油膜浓度可能引起明显的表面温度起伏。其对辐射遥感影响为：(1)油的反射率明显小于水，天空反射的修正值较大，海表面显得冷一些。(2)某些有机物能起降低海水蒸发的作用。(3)油膜区不存在表面张力波，而波浪能够减少T，若其他因素不变，则油膜区将出现较大T。(4)油膜具有一定厚度，将产生一个热传导的附加层，从而产生附加温度，使T增大。【本讲课程的小结】本讲课程主要介绍了各式温度计的原理与测温方法。【本讲课程的作业】复习本讲课程内容，对本章的知识进行总结。