书城科普读物海洋知识小百科-水文篇
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第20章 神奇的海洋探秘(3)

同海流、海浪、潮汐观测一样,透明度、水色、海发光的观测,对保证交通运输的安全、海上作战、水产养殖业等也都有着重要作用。例如,航海识别浅滩时一般是利用白浪作标志,但是当无风天气不出现白浪现象时,便可以依靠水色来判别浅滩的存在,这是因为浅滩处水色显绿色,甚至还带黄色。航行中如果发现水色忽然降低,这便是接近大陆的预兆。若海水的透明度高,使人们有可能避开礁石或危险障碍。海军在活动中也必须估计到水色、透明度等光学性质对于战役的影响。水色对于水下潜艇和水中武器(如水雷)确定外表的颜色很有关系,选择适当的颜色,还可以更好地进行掩护和伪装。

在航行时,了解海发光情况可以使人们在黑夜航行时及时发现各种目标,如导标、岸线、岩石、暗礁等。另外,由于舰船走过的海面在相当长的时间内会留下一道闪光的航迹,人们便可以利用这种航迹来搜索它。

海发光现象有时也会迷惑那些缺少海上生活经验的人员,他们会把这种闪光误认为是来自船上的信号。在第二次世界大战时,一只船正在太平洋外海航行中,信号员报告说:海面发现闪光,敌艇主力已经靠近。实际上这只是虚惊一场。在海上迅速活动的一些动物如鲨鱼、海豚等,在夜间的发光都很有可能产生有潜水艇或鱼雷运行的误会。

研究水色和透明度也有助于识别洋流的分布。大洋洋流都有与其周围海水不同的水色和透明度。例如,墨西哥湾流在大西洋中就像一条天蓝色的带子;而黑潮,即是因为它的水色蓝黑而得名;美洲达维斯海流呈青色,故又称青流。

研究透明度和水色对于渔业和盐业也有一定的意义。例如,鲍鱼、海参养殖时要求海水透明度高,但养蚶、蛏、蚝则要求透明度低。晒盐时可以根据水色的高低来开闭闸门以增加盐的产量。

观测海水透明度的方法是怎样发现的?

如果告诉你,只要拿出一个白色的圆盘就能观测海水的透明度程度,你相信吗?实际上,最早测定海水透明度就是从盘子开始的。这种方法最早是由利布瑙发明的,由意大利神父塞克在地中海首先使用,以后就传播开了,后人习惯地称它为塞克透明度盘。透明度盘是一种直径为30厘米的白色圆板,把它在船上背阳一侧垂直放入水中,直到刚刚看不见为止,透明度板“消失”的深度就叫透明度。这一深度,是白色透明板的反射、散射和透明度板以上水柱及周围海水的散射光相平衡时的结果。所以,用透明度板观测而得到的透明度是相对透明度。

应用白色圆板测量透明度虽然简便、直观,但它的不完善之处在于,它受海面反射光的影响,同时与观测人眼睛的视力程度有关系。因此,测量的结果缺乏客观的代表性。还有,透明度盘只能测到垂直方向上的透明度。不能测出水平方向上的透明度。所以,近代国际上多采用先进的仪器来观测光能量在水中的衰减,以确定海水透明程度。

观测时首先需准备好器材——透明度盘。透明度盘里有一个漆成白色的木质或金属圆盘,直径30厘米,盘下悬挂有约5千克铅锤,盘上系有绳索,绳索上标有以分米为单位的长度记号,绳索长度可根据海区透明度值大小而定,一般可取30米~50米。观测时,在船体的背阳光处将透明度盘放入水中,沉到刚好看不见的深度,然后再慢慢地提到隐约可见时,读取绳索在水面的标记数值,精确到小数点以后第一位。重复2次~3次,取其平均值,即为观测得到的透明度值。若海水与绳索的倾角超过10度,还要进行深度订正。透明度的观测只能在白天进行,观测时必须避免船上排出的污水的影响。

海冰冰情是怎么回事?

在人类社会中,各行各业都有它独特的专业术语,如:行业有行情,商业有商情,病人有病情,那么,海冰必然也有冰情了。

冰情就是指海水结冰的程度。海水结冰情况的严重与否,通过冰情来表达。在海冰观测中,把表达和描述冰情的许多术语统称为冰情要素。一种冰情要素,只表达或描述冰的一个侧面的状况,冰情要素选取得越多,冰情的表达就越详细。不同的部门,根据不同的需要,冰情要素的选取也不完全相同。例如,水工建筑部门,为研究海冰的物理性质,冰情要素的选取,有海冰盐度、温度、密度、抗压力、负荷力等等,而海上交通部门为研究及预报冰情的需要,冰情的所有要素就都要选取了。

怎样认识厄克曼海流计?

厄克曼海流计是瑞典海洋学家厄克曼在1905年首先设计制造的,自诞生到现在已有近100年历史。在海洋调查中,厄克曼海流计发挥了重要的作用。它主要是由轭架、旋桨、离合器、计数器、流向盒及尾舵等部件构成。在实际使用时,只要使重锤自动下滑,在重锤的作用下,离合器使计数器的齿轮和旋桨轴的蜗杆接触或分离,海流计便开始工作了。目前厄克曼海流计正在向电子化方向发展,仪器的测量深度已不受限制。但是,它不能测低流速,因为旋浆起动速度一般为3厘米/秒,而测量准确度一般为流速±5厘米/秒,测低流速时会产生较大误差。

盐度测量为什么很重要?

在海洋观测中,盐度测量是十分重要的测量项目。这是因为海水中含量最多的化学物质有11种:钠、镁、钙、钾、锶等5种阳离子;氯、硫酸根、碳酸氢根(包括碳酸根)、溴和氟等5种阴离子和硼酸分子。其中,排在前三位的是钠、氯和镁。为了表示海水中化学物质的多寡,通常就是用海水盐度的大小来表示。海水的盐度是海水含盐量的定量量度,是海水最重要的物理特性之一。它与沿岸径流量、降水及海面蒸发密切相关。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。

海洋遥感观测是怎样的呢?

海洋遥感技术的优势就是可以同步、大范围地获取海洋信息,最简单的遥感方法就是照相法。它是把目标的可见光图像记录到一个底板或胶卷上,然后冲印出实测景观的照片。遥感仪器观测就是依赖于辐射(光、热)或微波(电磁波)等,有选择地把研究区域的有用信息传递到观测仪器上。例如,当阳光入射到海面上时,有一部分光被反射,其余部分光进入海水,从飞机或卫星上看去,平静的水面将产生一种很强的太阳反射,也称为镜面反射,当海面有波浪出现时就会破坏这种镜面反射,代之以舞动着的光闪耀,也称为太阳闪耀,由此就可以获得有关波浪的信息了。

海洋遥感是现代科技的监测手段,海洋遥感的出现与发展,大大促进了海洋科学的发展速度。我们生存的这个地球是一个旋转着的椭球体,它的表面是由起伏不平的陆地和一望无际的海洋组成。海洋每天都在变化,每天都会产生无数的信息。20世纪60年代以前,人们感知这些信息的主要手段就是船只走航调查。由于这种调查方式所获得的资料是非连续的、非同时性的,因此这些时过境迁的资料很难反映海洋的真实情况。自从20世纪60年代初美国的“泰罗期1”号气象卫星投入使用,并取得了若干海洋学信息后,随即在全球兴起了从太空研究海洋的热潮,人类实现了能在瞬间看到几百千米的洋面上的壮观场面,并能充分而快速地分析水文、生物、化学等要素的变化。遥感技术与海洋学的结合给海洋研究开辟了一条新途径。现实证明,海洋遥感这一手段具有广泛的用途和强大的生命力。因为它使海洋调查观测手段和方式发生了革命性的变化,有可能实现大范围、长期、反复的海洋监测,使海洋科学步入了今天的“空间海洋学”时代。海洋学界对此评价很高,认为这是海洋科学由“气候式时代”向“天气式时代”转变的开始,对海洋科学的发展必将产生深远的影响。

海洋调查是怎么回事呢?

人们要开发利用海洋,就必须了解海洋的秘密,海洋调查实际就是探索海洋秘密的第一手段。

海洋调查是用各种仪器设备直接或间接对海洋的物理学、化学、生物学、地质学、地貌学、气象学及其他海洋状况进行研究的手段。通常的海洋调查一般是在选定的海区、测线和测点上布设站点,再使用适当的仪器设备,获取海洋环境的各种要素资料,从而揭示并阐明那里的时、空分布和变化规律,为海洋科学研究、海洋资源开发、海洋工程建设、航海安全保证、海洋环境保护、海洋灾害预防提供基础资料和科学的依据。海洋调查一般还分为综合调查和专业性海洋调查两大类。

如果站在现在的角度上讨论海洋调查系统,那可不是传统的调查船、走行、设站、布点等内容了。若把海洋调查工作考虑为一个完整的系统,则该系统至少应包含如下5个主要方面:被测对象、传感器、平台、施测方法和数据信息处理。其中,被测对象实际是系统的工作对象,传感器和平台是系统的“硬件”,而施测方法和数据信息处理技术则是一定意义上的“软件”了。被测对象是指各种海洋学过程以及决定于它们的各种特征的量。传感器是能获取各海洋数据信息的仪器和装置。平台是观测仪器的载体和支撑物,也是海洋调查工作的基础。施测方法是指对于一定的被测对象,以所掌握的传感器和平台,来选定合理的实施测定的方式。数据信息处理则是面对大量的海洋数据和信息的数量,如何科学地处理这些数据和信息。现在,这已成为一个重要课题。良好的数据信息处理技术可以补偿观测手段的不足或者向新的观测手段提出更高的要求。

海洋如此之大,科学家们是怎样对它进行调查呢?当然,首先这种海上调查不是盲目、随意进行的,而是要按照预先设定的海区、项目、目的和调查线路有规则地进行。科学家们首先是在被调查的海区图上,根据调查的项目内容要求设计出许多网络,这些网络就称为调查断面。然后,还要在断面上根据观测准确程度需要布设相应的站点。在海区调查时,调查船只是沿着断面行走的,每到一个站点处船就要停下来,在规定的时间内测量所需数据。那么,海上的这些断面和站点是怎么来的呢?这些断面和站点的设置可是科学家们根据许多资料总结出来的。这些断面和站点首先要具有代表性,也就是说,通过测量它们可获得周围水域的客观的水文、气象、生物、化学等资料,科学家们根据实际情况不断对断面进行调整,一直调整到该断面和站点最能反映该海区的实况为止。

海洋调查是研究海洋现状的最基本的工作。如果没有这一项工作,人类怎样才能认识海洋、征服海洋和利用海洋,海洋中的各种奥秘又怎么能解开呢?海洋调查就是对海洋物理过程、化学过程、生物过程等及海洋诸要素间的相互作用所反映的现象进行测定,并研究其测定方法。海洋调查的主要任务是观测海洋要素及与之有关的气象要素,编制观测报表、整理分析观测资料,绘制各类海洋要素图,查清所观测的海域中各种要素的分布状况和变化规律,并根据不同需要,为相关的机构或部门提供科学的理论分析和调查结论。

海上调查和岸站观测不同。岸站观测需要每天进行,它的资料是一年365天,天天有记录,而海上调查却不是这样。海上调查有其独特性,因海上调查成本大,危险大,常规海上调查一般选在有代表性的月份,每个季度选一个代表月,每次调查均在该月进行,这样调查的资料才能做序列分析。我国进行的海上调查一般规定2月、5月、8月、11月为调查代表月。若每年调查两次,则一般选在2月及8月。我国曾经也进行过每年12次的调查,也就是每月都进行调查。而专业性调查则是选择特定的海区,在特定的时间内实施调查。

内波声学观测是怎么回事?

内波声学观测就是通过使用一种声学仪器来观测海水的温度、密度和流速等物理量在空间的分布和随时间变化后获取的实际资料,并能从中分析出海洋内部波动。到20世纪70年代,人们已经发现海水不同水层的温度和密度本身对高频声纳信号具有反射作用,即使不存在浮游生物,也仍可以用声纳观测出各等温面或等密度面不同时间所在的深度,从中分析出内波运动及细结构状况。这样,人们就采用安装在船上的高频(例如5千赫~25千赫)声纳,在航行时不断发射声信号并接收从不同等温面(或等密度面)处反射回来的信号,再配合其他仪器的少量实地直接观测资料,就可以分析出沿航线的内波波高、波长等信息了。现在海洋观测中使用的声学多普勒流速剖面仪可以直接测得沿航线浅于350米的上层海洋流速短剖面数据序列,将它与温度和密度剖面资料相结合,为内波研究提供了有效手段。

内波卫星观测是怎样的?

实际上,内波卫星观测是一种用卫星照片分析海水浅跃层处存在的内波状况的观测技术。那么,它是用一种什么方法测定海水内波的呢?原来,海水中只要有内波存在就会产生波流,这种波流的正向或反向反映在水面上就会有辐聚带和辐散带。当表面存在短波长涟漪时,这些涟漪在辐聚带内波长减小,水面就显得较粗糙;而在辐散带内波长增大,水面就变得较光滑。光滑的水面色亮,粗糙表面色暗。如当海水表面有油污或细碎漂浮杂物时,它们会积聚在辐聚带,使辐聚带呈暗色,其他区域较光亮,于是海面上呈现出或明或暗的条纹图案。内波的这些特点都可以从卫星传送来的可见光照片和合成孔径雷达图像中发现。这种照片就可用来分析浅跃层处的内波了。早期的分析工作仅能大略地给出波动所在位置、波的传播方向、两波峰间的水平距离等少量信息。而现在,由于分析测试技术水平的提高,已经可以根据图形估算出波包的移行速度和波高等项参数了。如果将卫星图片与其他手段进行的同步调查资料一起作综合分析,还可以得出更有价值的分析结果。

中国的第一次多学科海洋调查是怎样的呢?