第三章海水的理化性質第一節海水的溫度、鹽度和密度第二節海洋的熱平衡第三節中國近海水溫和鹽度的變化規律第四節海水中的溶解氧和營養鹽第一節海水的溫度、鹽度和密度一、溫度海水的溫度是海水分子運動的平均動能，是表示海水冷熱程度的物理量。一般表層海水水溫在-3℃至33℃左右，深處水溫在0~4℃之間。二、鹽度（S‰）鹽度是表示海水中溶解鹽類多少的物理量。分別有以下幾個不同表示法。

1、總鹽類：1kg海水中所有溶解物質（不含氣體）的總克數。

2、鹽度：1kg海水中全部碳酸鹽轉化為氧化物、Br和I被等當量的Cl置換、有機物氧化為無機物之后，所含固體物質的總克數。

第一節海水的溫度、鹽度和密度

3、氯度（Cl‰）：1kg海水中的溴和碘被氯置換后，所含氯離子的總克數。因所有海水組分均穩定，可以用氯度推算鹽度。

S‰=0.03+1.805Cl‰“Marcet原則”（海水組成恒定性規律）盡管大洋海水的鹽度是可變的，但其主要組份的含量比例卻幾乎是恒定的，不受生物和化學反應的顯著影響，此即所謂“Marcet原則”，或稱海水組成恒定性規律。世界海洋表面水溫和鹽度太平洋不同水深的溫度和鹽度

三、密度ρ

單位體積海水的質量。海水的密度隨溫度變化而變化。純淡水4℃時密度最大，但海水最大密度的溫度是變化的。生產中使用比重d，鹽度和比重的關系為

S‰=（d-1）1305+（t-17.5）0.3

海水最大密度時的溫度℃S‰05101520253035Tρ42.931.860.77-0.31-1.4-2.47-3.52世界海洋的溫度鹽度和密度以色列的死海由以色列和約旦共同擁有的死海，是世界上陸地最低的地方。它的湖面低于海平面400米以下。死海是世界上含鹽量最高的大水域，平均含鹽量高于海水的六倍，達200‰。死海實際上是一個內陸鹽湖，由約旦河補充水分。游客在死海水面第二節海洋的熱平衡

全球海洋在整體上熱量的得失是基本平衡的，但某一特定的海區或某一特定時間段內熱量的收支又是不平衡的。一、海洋的熱收入

1、太陽輻射：太陽通過電磁波的形式向地球不斷地輻射能量，稱為太陽輻射。太陽常數：地日距離為平均距離時，在赤道上，50km高的大氣頂層，陽光直射的強度為1.9卡/min.cm2，稱為太陽常數。到達海面時，至少損失20%以上。

太陽自45億年前開始熱核反應，至今輻射強度約增加了30%，亮度增加了40%，直徑增加了6%。太陽輻射的波長范圍在0.15~4微米。其中：

0.15~0.4微米為紫外線，占能量的7%，

0.4~0.76微米為可見光，占能量的50%，

0.76~4微米為紅外線，占能量的43%。

太陽高度：太陽與觀測點的連線和海面的夾角。

2、散射：大氣分子和塵埃分散照射至海面的光能。在赤道上，直接輻射是200卡/d.cm2，散射是165卡；兩極直接輻射約39卡，散射約36卡。

3、大氣逆輻射：大氣以4-80微米的長波形式向海面輻射能量。很少

4、海底地熱：很少太陽光譜圖解太陽光不同波長的輻照度世界年太陽輻射總量

二、海洋的熱支出

1、反射：照射到海面的陽光以原波長反射回空中。

約占總支出的8%。太陽高度約6°時，反射和折射各占一半，40°時，反射只有來光的3.5%。

海面反射率、折射率與太陽高度的關系

H051015202530405060708090反射率10058.535.519.513.58.86.03.52.52.22.12.10折射率041.565.080.586.591.294.096.597.597.897.997.91002、海面長波輻射：海水吸熱后以長波形式（波長＞4微米）向上輻射能量。約占40%。3、蒸發：海面通過蒸發使水分子變成水氣，減少海洋水量，在帶走一部分熱量的同時還吸收原海水的熱量，使海面溫度降低。蒸發散熱的速度取決于海面海—氣的溫差和風速，溫差大風速快失熱也快，約占總失熱的50%。1ml海水完全蒸發帶走的蒸發熱是586卡，海洋上每年平均蒸發量是1060毫米，蒸發失熱是十分驚人的。

緯度0°海區，總收入370卡/d.cm2，總支出330卡。緯度40°海區，收入270卡，支出280卡。緯度90°海區，收入75卡，支出157卡。收入與支出不平衡部分靠海流補充。卡：將1g純水在1個大氣壓下升高1°C所需熱量。1卡=4.18605焦耳第三節中國近海水溫與鹽度的變化規律一、中國近海的水溫變化中國近海海區年度總的熱量平衡是支出大于收入，除南海基本平衡外，其他三個海區每年平均虧17萬焦耳/cm2，虧損的熱量靠黑潮補充。黑潮是位于太平洋西岸的自南向北的巨大暖流，年輸水量達900萬億m3，是長江流量的1000倍，來水溫差在3-7℃之間。1、冬季：表層水溫南北地區差很大，達30℃左右，渤海-1~1℃；黃海0~10℃；東海8~21℃；南海18~28℃。2、夏季：南北海區溫差很小，小于5℃。渤海24~25℃；黃海24~26℃；東海27~28℃；南海28~29℃。3、年均水溫：渤海11℃；黃海14℃；東海22℃；南海26℃。

4、垂直分布：冬季上下層水溫接近，無溫度躍層，夏季上下溫差較大，達10℃以上。在10~20m水深處出現溫躍層。

躍層：由于海水混合不充分，水溫等理化指標在某一水深發生明顯變化，使得海水分為上下兩層，稱為躍層。如溫躍層、鹽躍層等。渤海海區冬季10月-5月間，上下水溫接近，夏季6-8月，表層水25℃左右，10m以下10~18℃之間。秦皇島海區各月表層水溫1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月-1.4-0.82.79.015.420.725.026.622.716.08.30.9二、中國近海的鹽度變化

鹽度的變化主要受降雨、陸地徑流和蒸發量的影響。夏季水溫高、蒸發量大，但同時降雨量也大，河水流入多，鹽度變化劇烈。冬季鹽度穩定。渤海海區鹽度在31.5‰以下，沿岸甚至低于26‰。黃海海區鹽度在31~32.5‰之間。東海海區在33~34‰之間，長江口夏季鹽度很低，只有4~10‰。南海在32~33.5之間。河口區域海淡水發生混合第四節海水中的溶解氧和營養鹽一、溶解氧（DO）

1、溶解氧的概念：溶解于1L海水中的氧氣的毫克數或（在0℃、1個大氣壓下的）毫升數，用mg/L或ml/L表示。海水的溶氧值一般在0~8.5ml/L之間，隨溫度、鹽度、生物因素等的變化而變化。因為氧氣的比重為1.429mg/ml，所以多少ml/L=該值×1.429mg/L.2、溶氧飽和值：在一定溫度和鹽度下，海水中的氧氣和空氣中的氧氣達到平衡時的溶氧值稱為溶氧飽和值。并非最大值。實際溶氧小于飽和值時，溶入的速度將大于逸出的速度，溶氧會上升；反之，逸出將快于溶入，溶氧值會下降。便攜式溶氧測定儀

3、溶氧的飽和度：實際溶氧值/該溫度鹽度下的飽和值×100%。

不同T、S‰下的海水溶氧飽和值mg/LS‰T0‰10‰20‰30‰35‰0℃10.299.659.008.368.0410℃8.027.577.096.636.4120℃6.576.225.885.525.3530℃5.575.274.954.654.504、影響海水溶解氧含量的因素水中（海水和淡水）溶解氧含量受到兩種作用的影響：一種是使DO下降的耗氧作用，包括好氧有機物降解的耗氧；生物呼吸耗氧。另一種是使DO增加的增氧作用，主要有空氣中氧的溶解，水生植物的光合作用等。這兩種作用的相互消長，使水中溶解氧含量呈現出時空變化。如果水中有機物含量較多，其耗氧速度超過氧的補給速度，則水中DO量將不斷減少，當水體受到有機物的污染時，水中溶解氧量降低甚至可接近于零，這時有機物在缺氧條件下分解就出現腐敗發酵現象，使水質嚴重惡化，以致使水生植物大量死亡，水面發黑，水體發臭，形成“死湖”、“死河”、“死海”，進而變成沼澤，原有的生態平衡被破壞。二、PH值1、概念：PH值是氫離子的活度，表示海水的酸堿度，由氫離子的濃度計算得出。2、實際值：海水的PH值一般在7.5~8.2之間，始終呈弱堿性。大洋海水在8.0~8.1之間，十分穩定。3、影響因素：藻類光合作用使CO2減少，碳酸根離子減少，PH值會升高。反之，海洋動物的呼吸會使PH值下降。陸地徑流會使PH值下降。

光合作用反應式6CO2+12H2O→C6H12O6+6H2O+6O24、海區差別：水平方向，近岸比外海PH值低。垂直方向，表層海水PH值高于深層海水。5、季節差別：夏季PH值略高于冬季，年變化幅度小于0.5三、營養鹽

海水藻類吸收溶解在海水中的無機鹽才能生存，廣義上所有藻類吸收的無機鹽均是營養鹽，狹義上是指海水中含量較低、制約藻類生長的硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽。1、硝酸鹽：主要是NaNO3和KNO3。在近岸海區，由于河水的流入和植物光合作用，硝酸鹽含量很不穩定。大洋海區相對穩定，表層由于浮游植物的吸收含量很少，水深1000m水層由于海洋生物尸體分解產生大量硝酸鹽而幾乎沒有吸收，形成最大值。約40毫摩爾/噸。海水中的氮主要是分子氮，占95%。化合態有機氮和無機氮各占一半。無機氮又有銨鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽的形式。海水中的溶解元素海水中氮的循環2007年我國近岸海域海水無機氮含量

2、磷酸鹽：變化規律與硝酸鹽相似，也是在1000m深層形成最大值，約3毫摩爾/噸。3、硅酸鹽：硅藻大量消耗硅酸鹽，因為硅主要存在于動物的骨骼和細胞壁，分解慢，有時沉入海底后慢慢分解。故底層含量高，100~200毫摩爾/噸。2007年中國近岸海水磷酸鹽含量第四章海水的光學特性第一節光與海洋生物的關系第二節光在海水中的傳播第三節海水的透明度和水色第一節光與海洋生物的關系一、光照的必要性

光照是海洋環境中最重要的生態因素之一，它直接影響海洋中有機物質的生產。也是所有海洋植物和海洋動物能夠生存的必要條件。太陽輻射是海水中熱量的主要來源，不僅對海洋生物生活有重要影響，對地球上的生命活動都具有直接或間接的重要作用。

補償點：海洋植物光合作用產氧量等于呼吸作用耗氧量時的光照強度。照度低于此值，植物不增重。它是植物生長的最低光照。飽和光強在低光照條件下，光合作用速率與光強成正比關系。隨著光強的繼續增加，光合作用速率逐漸達到最大值，這種光強稱飽和光強，即光合作用速率不再隨光強增加而上升。如果光強繼續增加，光合作用會因光照過度而受到抑制，光合作用速率將下降。二、光照與海洋植物的垂直分布生活在淺海的植物由沿岸淺海向下依次為綠藻、褐藻和紅藻。帶狀分布的原因：植物對光照強度適應的結果；植物對水中光照性質即顏色適應的結果。在沿岸，海面光照為1000w/m2，30m水深處光照約為10w/m2，是大多數浮游植物的感光極限。180m水深處光照約為10的7次方分之一w/m2，是魚類的感光極限。在大洋，150m水深是浮游植物感光極限，1000m是底棲魚類的感光極限，僅有10的11次方分之一w/m2。三、光照與海洋動物的垂直分布光照條件的差異，可以改變浮游動物的分布水層。浮游動物的垂直分布具有季節變化。某些種類的海洋動物其生活史的不同時期分布于不同水層。海洋動物具有晝夜垂直移動現象。

“最適光強”：浮游動物停留在最適光強區，當光照超過其最適光強時，動物表現為負的向光性；低于最適光強時，表現為正的向光性。

水蝸牛的身體已經完全透明，殼已經退化，腳進化成肌肉發達的鰭。由于沒有陽光，眼睛特別發達，突出在身體外，捕捉細微光線，觀察所有經過的獵食對象。

水蝸牛一只變色魷魚正在吞噬自己的同類，變色魷魚能隨環境變化而改變身體顏色，在深海1800米以下，一些生物眼中的海水是淡紅色的，因此它將自己變成紅色。被吞噬的魷魚低級一些，它不僅不會改變顏色，還進化成致命的白色。在深海，白色是最危險的顏色。變色魷魚四、不同的光質對海洋生物的影響

不同光質（波長）對植物的光合作用、色素形成、向光性、形態的形成影響不同。光合作用的光譜范圍只是可見光區。可見光對動物生殖、體色、遷徙、生長、發育都有影響；不可見光對生物的影響也是多方面的。能變色的玫瑰毒魚第二節光在海水中的傳播一、反射和折射

光線照射在海面上，一部分反射回空中，一部分折射入海水。入射角為i，折射角為r，則Sini=nSinr

式中n值隨海水溫度、

鹽度而變化，一般在1.34左右。太陽高度

大于5°，入射能即大

于反射能。

水中物體的彎折現象二、光線在海水中的衰減折射入海水的光線，一部分被水分子和懸浮物吸收（溫度升高），一部分向四周散射，使得原方向光照減弱，稱為衰減。衰減系數k=吸收系數+散射系數，k越大，衰減約迅速。K值大小與光的波長和海水清潔度有關。K的倒數約等于透明度的數值。太陽輻射在海水中不同深度的光照強度：ID和I0分別表示在深度D處和海面的光強；K稱衰減系數；e為自然對數的底；D是深度。不同波長光線的衰減系數由本圖可見，波長0.5~0.6微米之間的藍綠光衰減系數最小，也就是透過率最大，稱為透明窗，尤其沿岸水更加明顯。海水為什么呈藍色？站在岸邊看海水的顏色稱為海色，清潔的海水一般都呈藍色，原因主要是散射光以藍綠光居多。雷萊定律：水中懸浮物周長大于波長時，散射系數反比于波長的2次方；懸浮物周長小于波長時，散射系數反比于波長的4次方。清潔的海水懸浮物很小，藍綠光散射極多，渾濁的沿岸水藍綠光散射相對減少。海面下不同水深光能的分布水深cm波長μ0.00.11.01001000100000.3-0.623.723.723.722.917.21.40.6-0.936.035.935.312.91.0--0.9-1.217.911.212.3------1.2-1.58.76.31.7------1.5-1.88.02.7--------1.8-2.12.5----------2.1-2.42.50.1--------2.4-3.00.8----------總和10085.973.035.818.21.4第三節海水的透明度和水色一、海水的透明度

相對透明度：直徑為30cm的白色圓盤在海水里的最大可見深度。單位是米，L=1/K,即透明度的值約為衰減系數K的倒數。

相對透明度受到天氣和觀測者視力的影響，有一