海洋调查方法4-盐度测量

海洋调查方法MethodofOceanSurvey第四章盐度测量海水中含量最多的化学物质有11种：阳离子：Na+，Mg2+，Ca2+，K+，Sr2+；阴离子：Cl-，SO42-，HCO3-（CO32-），Br-，F-；分子：H3BO3为了表示海水中化学物质的多寡，通常用海水盐度来表示。海水的盐度是海水含盐量的定量量度，是海水最重要的理化特性之一。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。§4.1盐度的定义和演变Knudsen盐度公式20世纪初前后，丹麦海洋学家M.H.C.Knudsen等人建立了海水氯度和海水盐度的定义。海水盐度的原始定义：在1kg海水中，当碳酸盐全部变为氧化物，溴和碘全部被当量的氯置换，且所有的有机物被氧化之后所含固体物质的总克数，以符号S‰表示。称取一定量海水水浴蒸干HCl酸化氨水称重计算150℃380℃480℃24小时48小时48小时加盐酸时，将海水中碳酸盐转化为氧化物，反应式如下：加氯水将溴、碘置换，反应式如下：150℃下加热24小时将海水蒸干；380℃下加热48小时将氯化物转化为氧化物，反应式如下：480℃下加热48小时将有机物全部氧化，反应式如下：氯度与盐度的关系（Knudsen盐度公式）：S‰=0.030+1.8050Cl‰Knudsen盐度公式使用时，用统一的硝酸银滴定法和海洋常用表,在实际工作中显示了极大的优越性，使用了70年之久。但是，Knudsen公式只是一种近似的关系，代表性比较差；滴定法在船上操作不方便。海水的电导率取决于其温度和盐度性质，通过测定其电导率和温度就可以求得海水的盐度。1969年电导盐度定义S‰=1.80655Cl‰为了建立盐度和相对电导率的新关系式，在各大洋、波罗的海、黑海、地中海和红海共采集135个水样，测定这些样品的氯度和电导值，然后按上式计算盐度。同时测定水样与S‰=35.00标准海水在15℃时的相对电导率（R15）（电导比）。根据盐度和相对电导率用最小二乘法得出如下公式：S‰=-0.08996+28.2972R15+12.8083R215-10.67869R315+5.98624R415-1.32311R5151978年实用盐度（psu—practicalsalinityunit）实用盐度依然是用电导的方法测定海水的盐度。直接规定为电导比的函数。实用盐度和15℃时相对电导比新关系式，即为实用盐度标准的函数定义：S=0.008-0.1692K151/2+25.3851K15+14.0941K153/2-7.0261K152+2.07081K155/2（15℃）经验式：将盐度为35.0000的国际标准海水用蒸馏水稀释或经蒸发浓缩，在15℃时测得的相对电导比。用高纯KCl溶液作为唯一参考点，而不用标准海水。为了避免国际标准海水盐度值的差异，另外考虑到盐度实用定义应尽量和历史资料保持连贯性，定义氯度为19.3740的第79批国际标准海水为实用盐度35.000，再将高纯度KCl以重量法配制成溶液，当KCl溶液的浓度为32.4356g/Kg时。在15℃时与氯度为19.3740的国际标准海水有相等的电导比（K15=1），即与S=35.000的标准海水的盐度是相等的。S—Cl之间不再有经验公式规定国际标准海水在标记氯度值的同时，也标记实用盐度标度确定的电导比K15。盐度与氯度将作为各自独立的参数而存在。国际标准海水标记的氯度及电导比将分别为氯度滴定及电导法测定盐度提供标准。不再使用‰符号根据国际单位制（SI）的原则，除去‰这个符号，如盐度为35.23‰应表示为35.23。§4.2盐度的测量观测时间、标准层次及准确度要求盐度与水温同时观测。大面或断面测站，船到站观测一次；连续站一般要求2小时观测一次。根据需要，有时每小时观测一次。盐度测量的标准层次及其他有关规定与温度观测相同。根据不同观测任务，提出对测盐准确度的要求，通常将海上水文观测中盐度准确度分为三级标准。表4-1盐度测量准确度和分辨率盐度的测量方法由于海水盐度和氯度以及和密度、电导等物理性质有密切的关系，利用这些关系，它们之间的数值可以相互换算，即盐度测定可以通过海水氯度或某一物理性质的测定获得。目前已建立多种有效测定盐度的方法。归纳起来，从基本原理看，大致可分为三种类型：化学方法物理化学方法物理方法莫尔-克努森法（Mohr-Knudsen）法扬司法（Fajans）电位滴定法离子选择电极法电导法折射率测定法直接比重测定法由于海水电导率是盐度、温度和压力的函数，因此，通过电导法测量盐度必须对温度和压力对电导率的影响进行补偿。采用电路自动补偿的盐度计为感应式温度计。在实验室测量准确度达±0.003；适合有机污染含量较多、不需要高准确度测量的近海；需要样品量大，灵敏度差；需温度补偿，操作麻烦。采用恒温控制设备，免除电路自动补偿的盐度计为电极式盐度计。测量电极直接接触海水，易出现极化和腐蚀、污染；现场应用受限，主要用于实验室高准确度测量。加拿大盖德莱因（Guildline）四级结构电极式盐度计（8400型）解决电极易受污染问题，重获广泛应用。利用现场温深仪测量盐度原理从现场调查的CTD仪获取的相对电导率R、温度、压力数据，必须经过处理后才得到盐度资料，现场测定的相对电导率R可分成三部分，即：C（35,15,0）是一个定标常数，与定标实验室条件有关，MarkⅢ型CTD系统C（35,15,0）=42.909（ms/cm）RP,RT和rT可用现场观测得到的温度和压力表示。压力对电导比的影响，Brandshow测得的结果是：rT为标准海水的温度系数，Dauphince等人得到的表达式为：由此求得RT=R/RPrT。通过RT就可算出海水的盐度。利用现场温深仪测量盐度时，每天至少应选择一个比较均匀的水层，与利用实验室盐度计对海水样品的测量结果对比一次如发现温盐深仪的测量结果达不到所要求的准确度，应调整仪器零点或更换仪器探头。温盐深的电导率传感器必须保持清洁，每次观测完毕都须用蒸馏水（或去离子水）冲洗干净，不能残留盐粒或污物。注意事项输入音频电讯号抑制干扰信号提升灵敏度§4.3SYC2-2型实验室海水盐度计测盐度温度补偿电导池入口样品海水电导池入口电导池排水口利用电极电导池在实验室测试海水相对电导率；测量范围相当于盐度2-42；环境温度在0℃以上，水样温度范围在0℃-40℃；测量准确度为±0.003；需水样体积60mL（包括洗涤）；水样采集后可立即测定，用可换海水作温度补偿，无需定期校正温度补偿电路，适合陆上和船上使用。测盐度的原理平衡指示器显示器补偿电容Cx增益衰减显示开关SYC2-2型实验室海水盐度计（1）校准。用标准海水定位仪器，每天进行一次即可；（2）测量样品的海水盐度。测定方法国家一级海水仪器的维护及使用注意（1）只有当平衡指示表指针在0附近才可转动检测增益旋钮放到较大档位；（2）Cx在第4位和第5位时使用，若读数自动变化，待温度均匀后调整；（3）两电极间没有气泡或其他异物；（4）保持电导池水浴单元及电导池清洁，电导池用蒸馏水保养；（5）测量稳定性下降，可能是电导池污染，用4mol/L的盐酸浸洗15min后，蒸馏水浸洗1h；（6）仪器的连接、操作及维护正确。§4.4国际海洋学常用表表Ⅱa例1.海水样品温度T=15℃，测得电导率比为0.95427，查表求海水实际盐度。从表Ⅰa中得：R15=0.95420S=33.214R15=0.95430S=33.217从内查表Ⅰb（δS=3×10-3）里，根据δR=0.95427-0.95420=7×10-5查出盐度修正量：⊿S=2×10-3所以，R15=0.95427时，海水实际盐度为：S=33.214+2×10-3=33.216δS=3×10-3从表Ⅰa和Ⅰb，确定未修正盐度S未修正=33.216。根据表Ⅱa，当T=4℃时，确定修正量⊿S：RT=0.950⊿S=+16RT=0.960⊿S=+13δR=0.95427-0.950≈4×10-3从内查表Ⅱb根据：δR×103=4δS×103=-3修正值为：⊿S×103=+16-1=+15实际盐度为：S=S未修正+⊿S=33.216+15×10-3=33.231δS×103=-3⊿’S×103=-1例2.当海水样品温度T=4℃，测得电导率比为0.95427，查表求海水实际盐度。