水温观测

第三章海水温度观测„海水温度观测意义„温度观测的基本要求„各式测温计简述„测温计海水温度测定海水温度观测意义„海水的温度是海洋物理性质中最基本的要素之一，掌握水温的时空分布及变化规律，对巩固国防、推动国民经济发展有着重要意义。„海洋测量中，采用的很多设备是声学设备，而海水中声波的传播速度取决于温度、盐度和深度。尤其在浅水测量中，海水温度是影响声速的首要因素。SurfacetemperatureWinterdatafromLevitusandBoyer(1994)海水的垂直结构Temperatureprofiles温度观测的基本要求„准确度„观测时次与观测标准层次准确度„大洋和浅海温度变化不同，准确度要求也不同。„大洋„一般温度精确到一级，即±0.02℃。用遥感、XCTD、XBT等观测上层海水的跃层情况时，可适当放宽。„浅海„对于一般水文要素分布变化剧烈的海区，准确度为±0.1℃。特殊情况需具体确定。„实际工作中，应根据所测项目的具体要求，制定合适的测温准确度范围。„一般来说，规定观测准确度的原则，除了根据海区具体情况外，首先必须从客观需要出发，并尽量达到一种资料多种用途的效果；其次，还应考虑到现有技术条件的可能性。观测时次„沿岸台站„只观测表面水温，每日的2,8,14,20时观测„海上观测„大面或断面站„船到站就观测一次„连续站„每2小时一次观测标准层次„表层„海表面以下1m以内水层„底层„水深不足50m，离底5m的水层„水深50~100m内，离底10m的水层„水深100~200m，离底10m的水层„水深超过200m，离底不小于25m各式测温计简述„液体温度计„表面温度计„颠倒温度计（深层水温观测的基本标准仪器，只能在停船时使用）„机械式温度计„深度温度计（BT）„电子温度计„热电式温度计（测温100米以内，准确度约±0.5℃）„电阻式温度计（测温可达500米，准确度约±0.1℃）„电子式温度计（准确度可达±0.02℃，目前使用广，如CTD、XBT）„晶体振荡式温度计（准确度可达±0.001℃，定点观测及校正用）„红外辐射温度计（海洋预报）测温计水温测定„海洋表层水温测定„表面温度计„红外辐射温度计（遥感测温）„海洋深层水温测定„颠倒温度计„温深系统测温仪„温盐深自记仪CTD/STD„电子温深仪EBT„投弃式温深仪XBT表面温度计„测量表层水温，测量范围为-6℃~40℃，准确度为0.1℃。„观测可在台站或船上进行，„风浪小时，直接海水中测量„风浪大时，水桶取水测量„观测时注意力求水温可靠真实，温度读数须经器差订正才为实测值，器差订正值可查找每支表面温度计的检定书。表面温度计观测步骤方法„直接测量（风浪小）„第一次感温，适应海水温度（在离开船舷0.5m以外的地方测量）。„第二次感温：0~1m深度处感温5min后取上读数。并力求迅速，要求从温度计离开水面到读数完毕的时间不得超过20s。根据精度要求，读数要精确到0.1℃。„水桶取水测量（风浪大）„应将取上的一桶海水放于阴影处，把表面温度计放入桶内搅动，感温1~2min后，倒掉海水。„重新取水„感温3min后，读数。读数时温度计不可离开水面。第一次读数后，过1min后再读数一次。当气温高于水温时取偏低的一次，反之，取偏高的一次。表面温度计测温注意事项„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；„冬天取水时不应取上冰块或使雪落入桶内，观测完毕应将水桶倒置；„表面温度计应每年检定一次。表面温度计与颠倒温度计„都属于玻璃液体温度计，测温原理相同。„利用装在玻璃容器中的测温液体，随温度改变而引起体积的变化，以液柱位置的变化来测定温度的。„不同之处在于结构和制作方法上的不同。„颠倒温度计的毛细管是真空的，所以当颠倒时，由于重力的作用球部的一部分水银由毛细管流向接受泡；然而另一部分水银由贮蓄泡经过狭窄处的盲枝时，由于表面张力的作用，水银就在此中断，此时不管温度计的水银是膨胀还是收缩，球部水银都不会越过盲枝进入毛细管中。而表面温度计不管怎么颠倒，其毛细管的水银不会与球部脱离。„颠倒温度计的准确性比表面温度计高（颠倒温度计的水银容积大，横截面和分刻度小）。颠倒温度计„颠倒温度计解决了深海测量水温的困难。„颠倒温度计有闭端颠倒温度计和开端颠倒温度计，均需配在颠倒采水器上使用。前者用于测量水温，二者配合使用，可确定采水器的沉放深度。„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，可以分层进行测温和采水。颠倒采水器结构及原理示意图1—外套管；2—副温度计；3—主温度计；4—主温度计贮蓄泡；5—盲枝；6—断点；7—圆环；8—出厂编号及卡箍9—主温度计接收泡；10—副温度计贮蓄泡11—卡箍；12—弹簧片；13—副温度计安全泡；14—水银槽；15—软木塞；16—椭圆弹簧键。颠倒温度计的结构图颠倒温度计测温前的准备工作„挑选V0和器差相近的两支颠倒温度计，水深超过100m时，应更换采水器的温度计套筒，增加一支开端温度计，在挑选时还应检查温度计的性能。„打开采水器的温度计架压板，将颠倒温度计放入套筒，固定。„按采水器编号顺序，自左向右将采水器安置在采水器架上。„检查采水器、绞车、钢丝绳。采水器间距计算（钢丝绳倾角接近0°时）„在船舷外把最下面一个的采水器挂在离重锤1米的钢丝绳上，将计数器清零（或记下起点读数）。„按下式和计算表来悬挂各层采水器：l=h+a„式中，l-计数器上的读数；h-所挂采水器与底层间的距离；a-计数器校正数，根据h及计数器校正系数A查表计数器校正值(a)表(挂采水器用)中间数值可用内插法计算，超出50米部分可叠加计算。„口诀：一记、二挂、三感、四读、五检„根据调查和监测要求确定观测层次，将装好温度计的采水器从表层至深层依次安放在采水器架上，并将各层次的采水器号、温度计号和VO值记入原始记录表中。„悬挂采水器，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°时，应求得倾角订正值。若订正值大于5m，应每隔5m增挂一个采水器，直至底层采水器离预定的底层在5m以内，再挂表层采水器，最后将其下放到表层水中。„颠倒温度计在各预定水层感温7分钟，测量钢丝倾角和打锤时间，待各层采水器全部颠倒后，依次提取采水器，并将其放回采水器架原来的位置上，立即读取读数。„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，第二次读数应换人复核。若同一支温度计的主温读数相差超过0.02℃时，应重新复核，以确认读数无误。„如某预定水层的采水器未颠倒或某层水温读数检查有疑，应立即补测，如某水层的测量值经计算整理后，两支温度计之间的水温差值多次出现超过0.06℃，应考虑更换其中可疑的温度计。„颠倒温度计不宜长期倒置，每次观测结束后必须正置采水器。„如因某种原因，不能一次完成全部标准层的水温观测时，可分两次进行，但两次观测的时间间隔应尽量缩短。颠倒温度计水温观测步骤„一支颠倒温度计包括主温和辅温两支温度计，主温用于测量水温，辅温用于测量玻璃套筒内的温度以进行还原订正。„先进行温度计的器差修正„根据主、副温度计的第二次读数，分别查主、副温度计的器差表。„再进行颠倒温度计的还原修正„闭端颠倒温度计的还原修正„开端颠倒温度计的还原修正„观测层水温的确定„采水器沉放深度的确定颠倒温度计测量记录整理闭端颠倒温度计的还原修正„闭端颠倒温度计经器差和还原修正后的主温度计的读数即为实测水温。„闭端颠倒温度计的还原修正值(k)按公式(1)计算：式(1)中：T--主温度计经器差修订后的读数，℃；t--辅温度计经器差修订后的读数，℃；VO--主温度计从接受泡到0℃刻度处的水银容积，℃，可查；--水银与玻璃的相对视膨胀系数。开端颠倒温度计的还原修正„开端颠倒温度计的还原修正值（k）按公式（2）计算：式（2）中：--闭端颠倒温度计经器差和还原修正后的主温度计的读数，℃；--开端颠倒温度计的副温度计经器差修正后的读数，℃；--开端颠倒温度计的主温度计经器差修正后的读数，℃；--开端颠倒温度计中主温度计从接受泡到0℃处水银的容积，℃；--开端颠倒温度计的玻璃的相对视体膨胀系数。„开端颠倒温度计经器差和还原修正后的主温度计的读数即为最终读数Tu=T’+K’。既起当场水温的作用，又受当场压力的（即水深）的影响。观测层水温的确定„两只颠倒温度计的主温度计读数经器差和还原修正后，即为各自的实测水温，然后根据两温度计的实测值，确定观测层的水温。„当两只颠倒温度计的温差超过0.06℃时，要查看第一次读数，而确定其认为可靠的一只颠倒温度计值为观测层水温值。若无法判断时，可将两个水温值都记入记录表的Tw栏内。„当两只颠倒温度计的温差不超过0.06℃时，取其温度的平均值作为观测水温值。采水器沉放深度的确定„对于100m以浅的水层(含100m)，当钢丝绳倾角超过10°时，须作钢丝绳的倾角订正，求得温度计测温的实际深度。„大于100m的水层，根据各层开端和闭端颠倒温度计的温差，计算求得各采水器的沉放深度H。TU—开端颠倒温度计的温度值，℃；TW—闭端颠倒温度计的温度值，℃；β—颠倒温度计的压力系数，℃/MPa；—水柱的平均密度，kg·m-3。玻璃液体温度计的误差„常定误差（器差订正消除）„因制作不良而引起的误差„非线性误差„因液体分化引起的误差„因玻璃收缩引起的误差„非常定误差„水温与气温不一致造成的误差（还原订正消除）„视线误差温深系统测温仪„温深系统测温仪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„利用温深系统测温时，每天至少应选择一个比较均匀的水层与颠倒温度计的测量结果对比一次。若不准，应调整仪器零点或更换探头。温盐深自记仪CTD/STD„CTD(ConductanceTemperatureDepth)，常用于海洋科考，可以方便测得海水温度，盐度，深度等信息，并可搭载其他探头使用。„CTD通常由水下探头部分、水上数据处理装置和吊放设备组成。„所获资料具有极高的准确度和分辨率。CTD&采水器CTD主体及各式探针CTDCTD工作方式„水下探头主要包含传感器和测量电路。„水下探头内装有记录器和电源，可以自动测量和记录海水盐度和温度随深度变化的装置，称为自容式盐温深测量仪。„用电缆把水下探头测得的盐温深信号传给水上装置，实时地显示和记录海水盐度和温度随深度变化的装置，称为传输式或直读式盐温深仪。„也可用声学方式传送自由沉浮的水下探头的盐温深信号。„水上数据处理装置一般以计算机为主体，用表头指示、数码显示、数字打印、磁带记录、模拟作图等多种方式记录和显示海水的盐度（或电导率）、温度和深度的测值，同时可计算出密度、氯度、声速等数值。„在水下探头上安装流速、流向、声速、pH值、溶解氧等现场传感器和多瓶采水器，则成为现场的多要素综合测量系统。温盐深自记仪CTDCTD仪投放原则„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50~100cm/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。投弃式温深仪XBT„XBT，eXpendableBathyThermograph„工作方式„探头通过发射架投放，探头感应的温度通过信号传输线输入接收系统，并根据仪器的下沉时间得到深度值。„类型„船用(Shipboard)投弃式温深仪SXBT„航空(Airborne)投弃式温深仪AXBT„优点„易投放，成本低，快速获得温深资料„缺点„SXBT易发生多种故障„AXBT受飞行高度、速度限制XBTSXBTAXBT„水温的铅直连续观测（温