海水溫度

海水溫度（sea-watertemperature）是表示海水熱力狀況的一個物理量，海洋學上一般以攝氏度（℃）表示，測定精度要求在±0.02℃左右。海水溫度體現了海水的熱狀況。太陽輻射和海洋大氣熱交換是影響海水溫度的兩個主要因素。海流對局部海區海水的溫度也有明顯的影響。在開闊海洋中，表層海水等溫線的分佈大致與緯圈平行，在近岸地區，因受海流等的影響，等溫線向南北方向移動。海水溫度的垂直分佈一般是隨深度之增加而降低，並呈現出季節性變化。

1、表層海水溫度的水平分佈規律

(1)海水表面平均溫度的緯度分佈規律：從低緯向高緯遞減。這是因為地球表面所獲得的太陽輻射熱量受地球形狀的影響，從赤道向兩極遞減。

(2)海水表面溫度的變化特點：海水表面溫度受季節影響、緯度制約以及洋流性質的影響。

2、海水溫度的垂直變化

海水溫度的垂直分佈規律是：隨深度增加而遞減。表層海水到1000米，水溫隨深度增加而迅速遞減，1000米以下，水溫下降變慢。其原因主要是海洋表層受太陽輻射影響大，在海洋深處受太陽輻射和表層熱量的傳導、對流影響較小。

世界海洋的水溫變化一般在-2℃—30℃之間，其中年平均水溫超過20℃的區域占整個海洋麵積的一半以上。經直接觀測表明：海水溫度日變化很小，變化水深範圍從0—30米處，而年變化可到達水深350米左右處。在水深350米左右處，有一恆溫層。但隨深度增加，水溫逐漸下降（每深1000米，約下降1°—2℃），在水深3000—4000米處，溫度達到2°—-1℃。

影響海水溫度的因素：

(1)緯度：不同緯度得到的太陽輻射不同，則溫度不同。全球海水溫度分佈規律：由低緯度海區向高緯度海區遞減。

(2)洋流：同緯度海區，暖流流經海水溫度較高，寒流流經海水溫度較低。

(3)季節：夏季海水溫度高，冬季海水溫度低。

(4)深度：表層海水隨深度的增加而顯著遞減，1000米以內變化較明顯，1000米——2000米變化較小，2000米以常年保持低溫狀態。

海水溫度是海洋水文狀況中最重要的因子之一，常作為研究水團性質，描述水團運動的基本指標。研究海水溫度的時空分佈及、航海、捕撈業和水聲等學科也很重要。

研究、掌握海水溫度的時空分佈及變化規律，是海洋學的重要內容，對於海上捕撈、水產養殖，及海上作戰等都有重要意義，對氣象、航海和水聲等學科也很重要。

三大洋表面年平均水溫約為17.4℃，其中以太平洋最高，達19.1℃，印度洋次之，達17.0℃，大西洋最低，為16.9℃。水溫一般隨深度的增加而降低，在深度1000米處的水溫約為4～5℃，2000米處為2～3℃，深於3000米處為1～2℃。佔大洋總體積75%的海水，溫度在0～6℃之間，全球海洋平均溫度約為3.5℃。海水溫度還有日、月、年，多年等周期性變化和不規則變化。

（1）結構原理

由主溫表和輔溫表組裝在厚壁玻璃套管內而成的溫度表。專用於測量海洋或湖泊表層以下各水層的溫度，準確度高達±0.02℃，只適用於定點不連續的測量。測量時常與顛倒采水器配合使用。

受壓型的顛倒溫度計的套管一端封閉，防壓型的兩端完全封閉。主溫表為雙端式水銀溫度表，由貯蓄泡、接受泡、毛細管和盲枝等部分組成。貯蓄泡和玻璃套管之間充以水銀，為避免深水水壓影響主溫表中水銀柱的升降，特留有一定的空間。感溫時貯蓄泡向下，盲枝的交叉點（斷點）以上的水銀柱高度取決於現場溫度。將溫度表顛倒時，水銀柱便在斷點處斷開，從而保留了現場的溫度讀數。將溫度表提出水面后，即可讀出所測量的水層的溫度。輔溫表為普通的水銀溫度表，可用其測量環境的溫度，計算出主溫表讀數的誤差而加以訂正。閉端顛倒溫度表的水銀柱高度不受水壓（或水深）的影響，故可利用閉端的和開端的顛倒溫度表的差值算出儀器沉放的深度。

（2）方法步驟

①、將裝溫度計的采水器從表層至深層集中安放在采水器架上，根據測站水深確定觀測層次，並將各層的采水編號、顛倒溫度計的器號和值記入顛倒溫度計測溫記錄中。②、觀測時，將繩端有重捶的鋼絲繩移至舷外，將底層采水器掛在重鎚以上1m的鋼絲繩上，然後根據各觀測水層之間的間距下方鋼絲，並將采水器依次掛在鋼絲繩上。若存在溫躍層，在躍層內應適當增加測層。③、當水深在100m以淺時，在懸掛表層采水器之前，應先測量鋼絲繩傾角；傾角大於10°時，應求得傾角訂正值。若訂正值大於5m，應每隔5m加掛一個采水器。當底層采水器離預定的底層在5m以內時，再掛表層采水器，最後將其下放到表層水中。④、顛倒溫度計在各預定水層感溫7min，測量鋼絲傾角，投下“使錘”，記下鋼絲繩傾角和打錘時間。待各采水器全部顛倒后，依次提取采水器，並將其放回採水器架原來的位置上，立即讀取各層溫度計的主、輔值，記入顛倒溫度計測溫記錄表內。⑤、如需取水樣，待取完水樣后，第二次讀取溫度計的主、輔溫值，並記入觀測記錄表的第二次讀數欄內，第二次讀數應換人複核。若同一支溫度計的主溫讀數相差超過0.02℃，應重新複核，以確認讀數無誤。⑥、若某預定水層的采水器未顛倒或某層水溫讀數可疑，應立即補測。若某水層的測量值經計算整理后，兩隻溫度計之間的水溫差值多次超過0.06℃，應當考慮更換其中可疑的溫度計。⑦、顛倒溫度計不宜長期倒置，每次觀測結束后必須正置采水器。⑧、如因某種原因，不能一次完成全部標準層的水溫觀測時，可分為兩次進行，但兩次觀測的間隔時間應盡量縮短。⑨、如果需測表層水溫，出顛倒溫度計外，還可用表面溫度計或電測表面溫度計進行觀測。

（3）儀器應用

1874年，英國人製成的一種溫度計叫顛倒溫度計，這是海洋測溫技術的重大革新，它大大提高了海洋測溫的精度。現代的溫度計就是在此基礎上改進而成的。漁業生產的一個重要的環境因素。測定溫度是一個經常性工作：圍網船必須根據水溫及其它因素來判斷漁場，釣船也必須根據水溫來決定釣繩的長短，養殖更需要在池內測定水溫，以決定採取相應措施，保證養殖對象生存的最佳條件。目前，在漁業上廣泛使用的仍是顛倒溫度計和表層水溫筒。隨著電子工業的發展，數字式溫度計也得到應用。

表面溫度計（SurfaceThermometer）是用於測量物體表面溫度的儀器。它是溫度計中的一個分類，是專門用於精確的測量物體表面溫度。由表面溫度感測器和顯示儀錶構成。表面溫度感測器是構成表面溫度計的關鍵性器件，其性能優劣直接決定的表面溫度計的性能優劣。通常表面溫度感測器是一種專用的溫度感測器，必須是具有極薄厚度的片狀外形，以避免由於感測器的自身形狀導熱干擾原溫度場而引起測量誤差。

表面溫度感測器可以是熱電偶，也可以是熱電阻。顯示儀錶可以是通常使用的熱電偶或熱電阻顯示儀，或數據記錄儀，或計算機數據採集系統。

玻璃液體溫度計是一種膨脹式溫度計．是根據物質的熱脹冷縮原理製造的。它利用作為介質的感溫液體隨溫度變化而體積發生變化與玻璃隨溫度變化而體積變化之差來測量溫度。溫度計所顯示的示值即液體體積與玻璃毛細曾體積變化的差值。

玻璃液體溫度計的結構基本上是由裝有感溫液(或稱測溫介質)的感溫泡、玻璃毛細管和刻度標尺三部分組成。感溫泡位於溫度計的下端，是玻璃液體溫度計感溫的部分，可容納絕大部分的感溫液，所以也稱為貯液泡。感溫泡或直接由玻璃毛細管加工製成(稱拉泡)或由焊接一段薄壁玻璃管製成(稱接泡)。感溫液是封裝在溫度計感溫泡內的測溫介質．具有體膨脹係數大，粘度小．在高溫下蒸氣壓低，化學性能穩定，不變質以及在較寬的溫度範圍內能保持液態等待點。常用的有水銀．以及甲苯、乙醇和煤油等有機液體。玻璃毛細管是連接在感溫泡上的中心細玻璃管，感溫液體隨溫度的變化在裡面移動。標尺是將分度線直接刻在毛細管表面，同時標尺上標有數字和溫度單位符號，用來表明所測溫度的高低。

液體溫度計的代表者是表面溫度計和顛倒溫度計。顛倒溫度計自1876年由英國涅格羅齊和贊布拉發明，具有觀測準確性高、使用方便、性能比較穩定的優點。但只能停船使用，且只能測定單層溫度。機械式溫度計最早在1937年發明。深度溫度計是一種記錄溫度雖深度變化的儀器；儀器附有帶坐標網格的放大鏡，用來讀取玻璃片上的所記錄的各深度層的水溫數值，並對記錄曲線進行分析。另一種深度溫度計帶有采水器，可同時在各指定的標準層採取水樣，但觀測準確度為±0.2℃。

（1）熱電式溫度計

熱點式溫度計其感應元件是熱電偶。即將感應元件的一端聯接電纜，直接感應海水溫度，另一端保持恆溫，測出熱電動勢的大小即可求得海水溫度。此類溫度計可以在定點或走航時使用，但測溫度一般在100m以內，而不能測量更深層的水溫。

（2）電阻式溫度計

採用金屬絲電阻、熱敏電阻作感溫元件，並使它構成電流不平衡電橋的一臂，溫度的變化引起電阻值的變化，通過直流不平衡電橋轉換成電壓的變化並轉送至記錄系統加以記錄。

（3）電子式溫度計

感溫元件與電阻式溫度計相同，僅是將感溫元件作為阻容震蕩電阻的調頻元件。水溫的變化轉換為電阻的變化，再轉換為頻率的變化，將輸出的頻率信號加以放大記錄，即可得到海水的溫度。

（4）晶體振蕩式溫度計

採用石英晶體作為感應元件。石英晶體振蕩頻率隨溫度的變化而變化，測得此振蕩器頻率即可得知海水的溫度。但此類溫度計感溫時間較長，不適於走航使用，專供定點觀測及校正儀器之用。

近十幾年來，根據紅外譜區測得的輻射值，推算海表面溫度技術已得到廣泛應用。待別是在美國俄勒岡州太平洋沿岸上升流的研究中取得了極為顯著的效果。通過飛機遙測的海表面溫度可以反映出海洋與不同風應力之間相互關係，許多海洋工作者還應用遙感資料來分析灣流的渦旋。

在上升流與灣流的中尺度渦旋研究中，其演變的時間尺度是幾天或幾個星期。這麼短的時間尺度是船隻調奄難以完成的，只有飛機或衛星能夠在短時間內進行大面積調查，並在短時間內進行重新測量。用飛機或衛星揭露大洋中尺度渦旋特徵，這在以前是無法想像的。目前，已逐漸把海表面溫度的變化看成是大範圍氣候變化的一種標誌，可以用衛星提供的數據進行大洋氣候業務預報。

在遙感中所應用的紅外光譜區是所謂“窗口區”，即紅外光譜受到吸收和散射較少，海面的輻射強度受到大氣溫度及濕度的影響相對較低。

紅外輻射計工作原理是將海面發射的特定譜段里的輻射強度和接收器內黑體腔輻射強度進行對比而得。來自海面和黑體腔的輻射經過探測器的透鏡前齒形調製片調製后，交替地進入探測器；當調製片擋住透鏡時，其鍍金表面就像鏡子一樣，把來自黑體腔的輻射反射到主探測器，調製結果產生一個交流信號，隨後即進入放大器，從面確定輻射強度。在此基礎上，通過一些反演方法可以反演出海表溫度。

海水溫度預報是指對海水溫度場、特別是對錶層水溫作出隨時間變化的預測。

國家海洋環境預報中心自1986年7月起,把過去所開展的中國近海及其外緣海域表層月平均海溫預報改為旬平均海溫預報業務,並通過中央電視台和中央人民廣播電台向全國發布。青島、上海海洋環境預報區台也通過當地的廣播電台發布所分擔的渤、黃海海域和東海海域的旬平均海溫預報,及時提供給當地用戶使用。

海溫預報方法近年來也日臻完善,其方法可概括地分為三類：

根據海溫自身變動的持續性、周期性、相似性以及與其它要素的相關性,來做出定性或定量預報。特別是由於海溫變動具有很大的保守性,因此以持續性為基礎並考慮到其突變性的經驗預報方法多為人們所採用。國家海洋環境預報中心宋學家等提出了一種簡便易行的海溫經驗預報公式,該公式主要含有預報旬的多年平均項、當旬准距平項、趨勢變動項、急劇變動項等。利用此公式可預報一個水文特徵相同的海溫場,而且預報準確率較高,也可以預報個別站點。一般情況下中國近海的沿岸冷水、黃海冷暖水、台灣暖水等強弱的經驗預報是可能的,而因天氣的劇變,如寒潮、颱風等引起的海況急變的預測則比較困難。因此高精度的短、中、長期海洋氣象預報對於海溫預報是不可缺少的。應用該經驗預報方法製作中國近海及其外緣海域旬平均表層溫度預報,其精度一般在0.7℃（均絕差）左右。

概率統計方法被引用到水文氣象預報中來,至今已有餘年。到年代後期,統計預報己成為要素預報的重要手段,尤其是年代以後“模式輸出統計預報”在預報業務中使用以來,使統計預報出現了新的局面。現在水文、天氣預報的概率統計方法已形成為一個獨立的分支,它已成為自動化預報系統中不可缺少的組成部分,是使海溫預報走向客觀化、定量化的有效手段之一。

海水運動的規律是不確定的,是隨機的。即使觀測資料足夠多,也不可能把海洋運動規律完全描寫出來,因而必須應用概率論、數理統計的方法預報未來海水溫度變化的可能性,這就是概率統計海溫預報,簡稱為統計預報。

就目前使用的統計方法來看,應用最廣的有多元分析中的一些方法,如回歸分析、判別分析、聚類分析、主成份分析、相似分析等。時間序列分析方法如方差分析、諧波分析、平穩外推和馬爾可夫鏈等也已廣泛應用。近年來多元時間序列分析和交叉譜、時空譜、最大嫡譜等方法也取得一定成效,同時對非平穩隨機時間序列統計方法提出了新的論證。

由於概率統計方法是分析、研究海溫隨機過程的一種重要手段,所以從國內外的海溫分析與預報的情況可以看出,採用統計方法來進行海溫分析和預報均佔有相當大的比例,有屬於統計預報方法。可見統計預報方法是海溫預報中不可缺少的主要方法之一。同時,通過對海溫演變統計規律的了解,可以進一步加深對海洋動力學、熱力學規律的認識,從而促進數值預報和統計學方法的發展。當前,人們對海洋演變的動力學規律了解得還很有限,而且國防和國民經濟建設所需要的海洋預報內容又如此繁多、複雜，在要求時效長、精度高的情況下,對許多複雜的海洋現象的局地海洋預報和中長期海洋預報,還主要靠統計方法來製作。尤其是海洋水文預報服務的手段正在走向自動化。因此,研究和發展統計預報方法,具有很大的現實意義和深遠影響。必須指出,統計預報需與海洋動力學相結合。只有這樣,才能將概率統計方法正確地運用到海洋預報這個具體領域中去,使統計預報具有豐富的海洋學意義、物理內容和堅實的理論基礎,才能提高海洋預報的準確度。因而,必須力求使預報因子的選取和統計方程的建立有比較明確的物理基礎。

在“七五”期間,中國海洋界開始投入較大的人力和物力進行海溫數值預報方法的開發研究。國家海洋環境預報中心和青島海洋大學分別提出的距平模式和混合層模式，填補了中國海溫數值預報方法的空白。

混合層模式中不但考慮了海流輸送對熱平衡的貢獻,而且考慮了在強烈海洋天氣擾動下的海洋上混合層的物理變化過程。同距平模式的旬、月預報時間尺度相比,該模式屬短期預報模式（3-5d）。從1989年4月開始該模式直接與氣象預報模式連接並進行了3個月的連續試預報。

中國海異常海溫數值預報模式研究

該模式的特點有①建立新的混合層參數化模式,糾正了已有模式出現上混合層不斷變淺的缺陷②考慮了副熱帶環流引起的暖水輻聚,這將導致異常高溫的出現。在處理中將暖水輻聚與溫度平流分開。為獨立考慮這一因子提供了理論依據,並提出一個合理簡便的參數化方案③考慮了影響上混合層深度和溫度的淺海效應,合理處理吸收係數、卷出和捲入的關係從而使異常海溫的數值預報得以實現。