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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流海洋物理学发展简史.精品文档.海洋物理学发展简史物理 001班 邢玉春海洋物理学是以物理学的理论、技术和方法，研究海洋中的物理现象及其变化规律，并研究海洋水体与大气圈、岩圈和生物圈的相互作用的科学。它是海洋科学的一个重要分支，与大气科学、海洋化学、海洋地质学、海洋生物学有密切的关系，在海洋运输、资源开发、环境保护、军事活动、海岸设施和海底工程等方面有重要的应用。 海洋物理学作为海洋科学的一个独立分支学科，始于19世纪末叶，但其下属一些分支的发展历史，却可追溯到自然地理学和海洋学的萌芽时代。海洋物理学发展史，可概括为三个阶段：海洋考察；早期的理
2、论研究和观测仪器的研制；现代海洋学。 早在公元前三世纪，希腊学者毕塞亚斯在北海考察中，就初步进行了潮汐和地磁偏角的观测，但是专门的海洋考察则始自19世纪。其中较著名的有“闪电”号(1868)、“豪猪”号(18691870)等的海洋考察。特别是英国“挑战者”号(18721876)具有划时代意义的环球海洋考察。 19世纪末至20世纪初，德国“羚羊”号对世界大洋的考察，法国“劳动者”号和“法宝”号对北大西洋的考察，美国“企业”号的环球考察，都涉及到海洋物理学的内容。这些考察，从实践上为海洋物理学的早期发展奠定了基础。 以后陆续出现许多专门的海洋考察活动，内容更加广泛和深入，例如德国“流星”号的南大西
3、洋考察，美国“卡内基”号的地磁观测，瑞典“信天翁”号对三大洋赤道无风带的深海考察等，都从不同的方面促进了海洋物理学的发展。 从17世纪到19世纪末叶，一些杰出的物理学家和数学家曾对海洋中的某些物理现象进行过研究，为海洋物理学中一些分支的形成和发展奠定了理论基础。 在潮汐理论方面。1687年，英国牛顿根据他发现的万有引力定律，用引潮力解释了潮汐的成因；1740年，瑞士伯努利建立了平衡潮学说；1775年，法国拉普拉斯建立了潮汐动力学理沦，给出了考虑地转偏向力影响的潮汐动力学方程组，及在特定条件下的特解；1845年，英国艾里提出了潮汐的长渠波动理论，并对其进行了较深入的研究；18721879年，英国
4、汤姆逊(开尔文)设计了潮汐分析和预报的机械装置；18781891年，英国达尔文研究了地球潮汐，并提出了海洋潮汐分析和预报的调和分析方法。 在波浪理论方面。1802年，捷克格尔斯特纳发表了深水表面波的理论；1839年，英国格林建立了小振幅波理论，并导出了以波长表示的相速公式；1847年，英国斯托克斯建立了有限振幅波理论和小振幅内波理论，后来在1876年又提出了与波动能量传播有关的群速公式。 1857年，英国汤姆逊(开尔文)首先导出了深海海水的绝热温度梯度公式；1898年，挪威皮耶克尼斯推广了理想斜压流体的环流定理，发表了适用于旋转地球上的环流定理。 在海洋声学研究方面。1825年，瑞士科拉东和法
5、国斯图谟在日内瓦测量了声在水中的传播速度；1912年，美国费森登设计并制造了一种新型的动圈换能器，从而制成第一台水下发信和回声探测设备。此后，又开始了声在海洋中的传播规律的研究。在海洋电磁理论方面。1831年，英国法拉第发现了电磁感应现象，并于1832年指出，在地磁场中流动的海水，就像在磁场中运动的金属导体一样，也会产生感应电动势；1851年，英国渥拉斯顿在横过英吉利海峡的海底电缆上，检测到与潮汐周期相同的电位变化，证实了法拉第的预言。 19世纪末叶到20世纪初，随着海洋调查的进一步发展，海洋物理学的研究进入了一个新的发展阶段。这一阶段的主要标志是，应用流体动力学的方法来研究海洋环流。例如，1
6、902年，挪威桑德斯特勒姆和海兰汉森基于旋转地球上的环流定理，发展了在现代海洋环流研究和海洋调查中广泛应用的“动力计算”方法。1901年和1905年，瑞典埃克曼对美国莫里在1855年指出的海面风和表层海流之间的关系，作出了理论的解释，从而建立了风漂流理论。 自此以后，海洋物理学的研究即以海洋环流理论研究为重点，密切结合水文物理和化学要素的观测实验，不断地向前发展。 20世纪60年代以来，随着科学技术的迅速发展，海洋物理要素的调查监测技术和研究设备日益完善，各种海洋过程的理论模式和海洋信息处理系统相继建立，以浮标阵为主体的海上现场对测试验，及包括航天遥感技术在内的新技术，得到广泛应用，都有力地促
7、进了现代海洋物理学的研究，沿着理论和观测实验紧密结合的途径向前发展。海洋物理学基本内容 海洋物理学的主要研究海水各类运动和海洋与大气及岩圈的相互作用的规律，为海况和天气的监测及预报提供依据；研究海洋中的声、光、电现象和过程，以掌握其变化和机制；研究海洋探测的各种物理学方法，从而实现有计划地在海上进行现场的专题观测和实验。通过这三方面的研究，形成了海洋物理学中一系列的分支学科 ，其中主要的有物理海洋学、海洋气象学、海洋声学、海洋光学、海洋电磁学和河口海岸带动力学等等。 物理海洋学是现代海洋物理学中最早发展起来的一个分支学科，其研究内容最为广泛。物理海洋学主要研究发生在海洋中的流体动力学和热力学过
8、程，其中包括海洋中的热量平衡和水量平衡，海水的温度、盐度和密度等海洋水文状态参数的分布和变化，海洋中各种类型和各种时空尺度的海水运动(如海流、海浪、潮汐、内波、风暴潮、海水层结的细微结构和湍流等)及其相互作用的规律等等。 海洋气象学是物理海洋学和气象学密切结合的一个边缘学科，它主要研究发生在诲洋和大气边界层中的热量、动量和物质交换过程，海洋与大气的大。中尺度相互作用和中、长期的海况及气候变迁规律，海上天气过程和现象，特别是危险性天气过程的预报。 海洋声学是研究声波在海洋水层、沉积层和海底岩层中的传播规律，及在海洋探测和海洋开发中的应用的学科，其主要研究内容包括海洋中声的传播和声速分布、声吸收和
9、声散射、海洋中的自然噪声、海洋水层中的声学探测。海底声学特性和海底声学勘探等等。 海洋电磁学主要研究海洋的电磁特性，海洋中的天然电磁场和电磁波的运动形态及传播规律，电磁波在海洋探测和通信及海洋开发中的应用。 海洋光学的研究内容，在基础研究方面主要是海洋辐射传递过程的研究，以及海面光辐射、水中能见度、海水光学传递函数、激光与海水相互作用等研究；在应用研究方面主要是遥感、激光、水中照相工程等海洋探测方法和技术的研究 河口海岸带动力学主要研究河口地带和海岸地带中海水的各种运动规律，河口海岸带地形地貌的变化及产生这些变化的动力因素。这些研究对海岸防护、港口建筑等都有密切的关系。 此外，随着现代海洋资源
10、开发和近岸海区海洋学研究的进一步发展，在海洋物理学的研究领域中，正在形成一些带有区域性的派生学科，如陆架物理海洋学等等。 海洋物理学的发展，在很大程度上取决于观测技术和观测方法。现代海洋物理学的观测技术，将朝着自动化、遥感化的方向发展。人们将广泛利用人造卫星进行全球性海洋物理方面的观测，并建立国际间的计算机网络，以储存、交换和处理海洋观测数据。这些将促进海洋物理学的进一步发展。 海洋开发将是未来海洋科学的发展方向。在海洋农牧化、捕捞、海洋石油勘探、海洋能源利用等开发活动中，将不断对海洋物理学提出更高的要求。物理海洋学是运用物理学的观点和方法研究海洋中的力场、热盐结构、以及相关的各种机械运动的时
11、空变化，并研究海洋中的物质交换、动量交换、能量的交换和转换的学科，是海洋物理学的一个分支学科。 物理海洋学所研究的对象，是人类和生物赖以生存和生活的海洋中的物理环境。这种环境中的物理过程，与地球上的气候和天气的形成和变化、海洋生物的生存和生活、海洋中物质和热量的输送、海岸和海底的侵蚀和变化，以及海洋的交通运输和军事活动等，都有密切的关系。 在物理海洋学的理论研究中，主要是运用流体动力学和热力学的原理，对一些理想化的或经过简化的问题，通过解析求解，进行模式化的研究；对于比较复杂的问题，则借助于电子计算机进行数值模拟求解。在解析的和数值的求解手段以外，还可通过模型试验进行研究。由于海洋中的物理现象
12、和过程，具有随机性，故常应用概率统计和随机过程的理论，对现场观测的数据进行分析和处理。 物理海洋学所研究的问题，可概括为海洋热盐结构、海水宏观运动、海-气相互作用、海洋湍流四个主要方面。 海水热盐结构是研究海洋水体的热平衡和物质平衡、温度、盐度、压力、密度等的时空变化、铅直断面上的温度和密度分布、海洋中的海水混合、扩散和层结、锋面和跃层的形成、温度-盐度曲线和水团的生成、水团的边界(锋面)和混合、暖水和冷水间成篦齿状的水平交错排列、海冰的成因和消长，海水的绝热压缩、绝热膨胀和位温，海洋中等熵面的形成及其分布等。 海水宏观运动是研究重力场中海水的非周期性和周期性运动，一般又分为海洋环流、海洋波动
13、和海洋潮汐三种，这是物理海洋学的主要研究对象。 海洋环流是研究风引起的海流和密度分布不均匀所产生的密度流、大洋环流中流旋的生成和分布、大洋环流西向强化、海流的弯曲和变异、近赤道地区的流系结构、南极绕极流，大洋热盐环流，深海环流和与主跃层的关系，海水的辐散和辐合运动与升降流及朗缪尔环流等的关系，中尺度涡及其能量转换，冰漂流等特殊的流动现象，海洋对风应力等的反应，以及近岸海区的环流等等； 海洋波动是研究海浪的生成和消长，风浪中的能量，风速、风区、风时与海浪要素之间的关系，海浪谱及其源函数的结构，波-波非线性相互作用中的能量转移，海浪的折射、绕射和反射，海洋近岸波及其相应的沿岸流和高岸流，海洋中的罗
14、斯比波、陆架拦获波和边缘波、海洋内波、海啸等等。 海洋潮汐是研究引潮力、引潮势和分潮之间的关系，潮汐静力学理论和潮汐动力学理论，潮波方程及其数值解，潮汐分析和推算原理，海平面及其变化，风暴潮，港湾潮汐余流，浅海潮波和海底摩擦对潮流的影响，河口区的潮汐混合，以及潮汐表的制作，各种特殊海域的潮汐，潮流、潮汐和风暴潮的预报等。 海-气相互运动是研究海-气界面分子过程的动量、热量、水汽和其他物质的输送，近海面湍流边界层中的湍流能量方程，湍流的铅直结构，湍流边界层中各种参量的确定及边界层模式，大气与海洋间的动量和能量的传递，及其与风海流和风浪生成的关系，大尺度和中尺度的运动，及其相互作用与天气预报及海况
15、预报的关系，海洋对大气的反馈作用对全球大气环流及气候变化的影响等。 海洋湍流是研究在海洋的上混合层、内层和近底边界层中的湍流发生机制，风生漂流和内波场等流速铅直梯度与湍流发生的关系，海洋湍流的谱结构，湍流能量的转换和守恒，海洋湍流的局地相似性，在低纬度和中纬度海域形成温跃层时的表层水和下层水间的混合交换作用，以及由于双扩散等作用所导致的水温阶梯式分布和盐指现象等海洋细微结构。 物理海洋学与海洋科学中的许多分支学科有着密切的关系，例如：在研究海洋中的热盐结构、海流形成和热盐环流机制时，重要的是要了解海水的温度和盐度的分布和变化，从而了解海水密度的分布和变化，这就需要精确测定海水盐度；要确定海洋中
16、的地转流无运动面的位置时，有时还须参照海洋中溶解氧的分布和含氧量最小的位置。 某些海洋生物，如海水中的浮游生物，或被海流携至远方，或栖息在某种海流之中，它们有时可用作确定海流分布及其位置的指标，因此物理海洋学的研究，也与生物海洋学发生联系。海岸的形状和海底的地形，会改变和影响海流的方向和速度，起着摩擦阻遏作用，还可导致海流不稳定，正因为如此，陆架波和边缘波也发生在近岸海域。然而海底摩擦的强弱和湍流边界层的形成，都取决于海底沉积物的性质和分布。海底沉积物可以随海流迁移，故可以利用海洋沉积物的种类和来源，确定海流的来去动向。这些又都是物理海洋学和地质海洋学之间的联系。另外，海水的许多运动，都是由风
17、驱动的，而且海洋对大气有着重要的影响，这就使物理海洋学和海洋气象学之间有密切的关系。海洋光学 海洋光学是光学与海洋学之间的边缘科学。它主要研究海洋的光学性质、光辐射与海洋水体的相互作用、光在海洋中的传播规律，以及和海洋激光探测、光学海洋遥感、海洋中光的信息传递等应用技术有关的基础研究。海洋光学的发展简史 早在19世纪初，就有人用透明度盘目测自然光在海中的铅直衰减。不过直到19世纪末，海洋学家才开始注意研究海洋的光学性质，并结合海洋初级生产力的研究，用光电方法测量海洋的辐照度。到了20世纪30年代，瑞典等国的科学家设计制造了测定海水的线性衰减系数、体积散射系数和光辐射场分布的海洋光学仪器，进行了
18、一系列现场测量。 从第二次世界大战后到20世纪60年代中期，是海洋光学的形成时期，人们研制了各种测定海洋水体光学性质的海洋光学仪器，对各大洋光学性质进行了现场测量和调查。 19471948年，瑞典科学家在环球深海调查中，首次将海洋光学调查列入海洋调查计划，测量了海水中光的辐照度、衰减和散射等；19501952年，丹麦人在环球深海调查中，致力研究了重要海区的初级生产力和光辐照之间的关系；19571958年，在国际地球物理年的调查中，测量了北大西洋的水文要素和光学参数，并研究其相互的关系；美国普赖森多费尔提出了比较系统的海洋光学理论，发展了海洋辐射传递理论；一些学者对水中能见度理论、海洋光学测量模
19、型、光辐射场与海水固有光学性质之间的关系，进行了比较系统的研究。 20世纪60年代中期以后，是海洋光学的发展阶段。随着近代光学、激光、计算机科学、光学遥感和海洋科学的发展，开拓了海洋光学研究的新领域。特别是结合信息传递的要求，理论上用蒙特-卡罗法定量地计算各种复杂模型的海洋辐射传递过程，使海洋辐射传递基础研究日趋完善，并较好地解决了激光在水中的传输、海面向上光辐射与海水固有光学性质之间的关系等问题。 目前，海洋光学已发展成为一门内容丰富、有相当应用价值的光学分支学科，使海洋光学从传统的唯象研究转入物理的和技术的研究。海洋光学的研究内容 海洋光学主要研究海洋水体对光辐射的散射、吸收、光谱等性质及
20、光辐射在海洋中的传播规律。海水对光具有强散射和强吸收，其散射系数比大气约高46个数量级。其散射函数前向性很强，海水的光谱透射分布主要决定于吸收。 海中光传播规律主要决定于多次散射，研究海中光传播规律的海洋辐射传递理论是海洋光学的核心问题。已知海洋水体的散射函数和吸收系数，对海洋辐射传递方程求解，即可得到日光、人工光源和激光在海水中的传播规律。反之，由辐射场确定海水基本性质，是遥测海洋技术的基本方法。 海洋光学的应用基础研究主要包括水中对比度及图像传输研究，海洋水体光学传递函数研究，激光与海洋水体相互作用研究和探测海洋的光学遥感模式研究等。 激光与海洋水体的相互作用主要是研究海水激光荧光光谱、受
21、激喇曼散射。海洋激光雷达所激起的海水激光荧光光谱是探测海水化学组分的基本遥测方法。海水受激喇曼散射随温度增高而红移，这种物理现象是激光雷达遥测海洋表层温度剖面的有效方法，精度可达0.5摄氏度。 利用多光谱遥感资料，根据海水中叶绿素强吸收光谱和透射光谱的比值，探测海洋叶绿素含量的方法称为光谱比值法。根据海水光谱透射特性及浅水海底反射光反映在多光谱遥感信息的差异，可大面积获取浅水水深的资料。河口泥沙分布、海区峰面运动、水团分布等都可由多光谱遥感信息经过数据处理获取。 对海洋光学的开发研究也称为海洋光学工程。60年代以来比较活跃的领域有：水下摄影系统，包括潜水员操纵的水下摄像系统、水下照相系统以及深
22、潜球装备的水下观察系统；海洋探测激光雷达系统，包括激光测深仪、激光荧光光谱仪、激光喇曼光谱仪等；海洋光学仪器，包括水中照度计、水中准直光透射率计、水中光散射仪、水中分光光度计等。 海洋光学与物理海洋学的研究密切相关。通过测定海水的光学性质，为研究海流、上升流、海洋峰、水团等海洋细微结构提供了一种有效的手段；随机海面的光学研究，为遥测海浪方向谱建立了物理模型，并为现场测定海浪要素提供了快速而又有效的手段。 海洋生物初级生产力的研究和调查，与海中辐照度的分布、海水辐射能密度分布海中辐射能的贮存等有直接的关系。例如，探测海洋的光学遥感传感器的波段、视场角和动态范围等参数，都要根据海面光谱辐射的数据来
23、确定。 海洋光学的发展与近代光学的发展密切相关，光电子学方法是海洋光学测量的主要手段。激光技术的发展，例如可调谐激光、水中新型蓝-绿激光、高时间分辨率激光技术等，已成为海水激光光谱研究的重要手段，是发展海洋探测激光雷达的技术基础。近代光学信息处理和信息传递理论，为海洋中光信息传递的研究及随机量的统计分析研究奠定了基础。 在现代海洋光学的基础理论和实验技术方面的研究中，还有不少课题有待于深入研究。例如，鉴于单色光辐射传递模型已不能满足多光谱水色遥感的要求，必须进一步研究海洋辐射传递的逆问题，尤其是浅海和表层光谱辐射传递、非均匀水体光谱辐射传递、海-气系统光谱辐射传递逆问题的物理模型和计算方法；激
24、光在水中单程的平衡态的传输过程的研究，已不能满足激光雷达探测海洋的要求，必须深入研究窄光束反向多次散射的辐射传递，和非平衡态辐射传递模型及其计算方法。 再如，传统的船测方法已不能满足近代海洋光学发展的要求，必须发展海洋光学参数的遥测方法，研究新的海洋光学测量模型，以发展新的测量技术和测量仪器。同时，应着重加强应用研究，在海洋光学中不断引入近代光学方法和激光新技术，继续开拓海洋光学在海洋开发、海洋要素的探测及海洋技术中的应用。 海洋光学的基础研究和应用研究不断沿用现代光学方法，应用范围日益扩大。海洋光学是许多学科的交叉点，其发展将与现代光学、海洋学、空间遥感技术、信息科学等密切相关。海洋光学所取
25、得的成就及其发展，使它已成为一门新的光学分支学科。海洋声学海洋声学是研究声波在海洋中传播的规律，和利用声波探测海洋的科学，是海洋学和声学的边缘学科。 1826年，瑞士物理学家科拉东和法国数学家斯图谟在日内瓦湖测量声在水中传播的速度，开始了现代水声学的研究。1911年，有人用炸药筒作声源，进行了最初的水下回声测探实验，并记录到海底的回声。1912年，美国科学家费森登设计并制造的一种新型动圈换能器，是第一台水下发信和回声测探设备。 第一次世界大战中，由于潜艇在水下作战的需要而研制出声呐，从而发展了声波在海洋中传播的理论。在不同海区、不同季节和昼夜使用声呐时，发现声呐的作用距离与海洋水文要素、波浪、
26、海流、内波、海底地质地貌、海洋环境噪声和海中浮游生物等有密切关系。 因此，20世纪50年代以后，逐渐形成了研究声波在海洋中传播的规律，和利用声波探测研究海洋的新的学科分支海洋声学。 此后，声波被广泛应用于探测海底沉积物和地层结构，海底的地形地貌，海水的流动，海水的温度和流速的不均匀性，海水中各种物体如鱼群、深海散射层、冰山和沉船，海面的波浪和水下的内波等，并可用于台风和海啸等自然灾害的预报。此外，它还用于水下导航、定位、信号传递和遥控等技术中。 声波能在海洋中远距离传播，但在传播的过程中，海水的温度分布和盐度分布、海面和海底的状况、海水的运动，海中包含的各种不均匀体如气泡和生物等，都能产生很大
27、的影响。 海水由于受太阳辐射加热和风力搅拌等的影响，其温度的垂直分布一般呈分层结构，加上压力的影响，使海洋中的声速呈垂直分布。从声速最低的地方发射的声波，由于上下层的声速不同而发生折射，反映声波传播途径的声线，总是弯向声速最低的地方。大部分声波在海水中经过这样的往复弯曲折射，而不与海面和海底接触，故能量损失很小，这种现象称为声道现象，声速最低的地方称为声道轴。 低频声波在声道中能传播到很远的地方，例如一千克TNT炸药的爆炸声，能在声道中传播一万公里以上，故可以利用声道的这种特性，传送失事的飞机和船只的呼救信号，监测水下的地震、火山爆发和海啸等。 风浪的搅拌，使表层海水形成等温层。其中的静压力，
28、使声速随深度的增加而略有增加。等温层内自声源出发的声线总是弯曲向上，经海面反射而向前传播，也可以传播到较远的地方，称为表面声道。 在无风浪搅拌的条件下，表层海水经日光照晒，往往出现上层的温度和声速都比下层高的情况，使声速呈负梯度的垂直分布。在这种情况下，声波传播的曲线，总是弯曲向下，在声能达不到的地方产生声影区。另外，如果海比较浅，则声线会碰到海底。由于海底的反射损失大，声能衰减很大，因此不能传播得很远。 海底对声波传播的影响很大，所以声在浅海中的传播特征主要依赖于海底的反射本领。海底对声波的反射损失，与海底物质的密度、声速和声波的入射角有关。一般说来，海底的密度愈大，声速愈高，反射损失愈小；
29、声波频率愈高，海底的反射损失愈大。 声波在海水中传播时，由于介质的热传导和粘滞性，使部分声能被吸收而转化为热能。在声波作用下，水分子的结构有从比较松散变得比较紧密的弛豫过程，使海水对声的吸收量增加。对频率更低的声波而言，其声能的衰减是由于湍流引起的声散射所造成的，海中的气泡、海洋生物和悬浮体，都会散射和反射声波。 散射或反射系数与物体的大小、介质和结构有关，不同的物体有不同的散射频率响应。海中存在由生物体构成的、能强烈散射声波的深海散射层，它们遍布各大洋，往往分成几层，其深度随昼夜和季节不同而变化，这反映了生物的趋光性。海底底质的不均匀和不平整，也会增加声波的散射。 声波受波动海面的反射，或者
30、穿过温度呈微观不均匀的水团时，其信号强度和相位都会发生起伏。海洋内波对声的传播影响很大，会引起声波大幅度的缓慢起伏。由于海面波浪、涡流、海洋生物发声，水下火山爆发或地震，海水分子的热运动和航船来往等原因，使海洋中存在噪声，它是声呐的一种强干扰。 利用海洋水文要素对声传播的影响，可以反推海洋的特性，这是海洋声学的重要课题。海水中的温度、盐度、压力和流速，都影响着海水中的声速。声波在海流中传播时，顺流则声速增加，逆流则反之。利用这种现象，在两定点之间相对发出声信号，测量声波到达的时间差，就可以求得海水的流速。在若干点之间进行这种测量，可以监视海洋中的中尺度涡等现象，这是声学遥测的重要方法，称为海洋
31、声学层析术。 水中的悬浮体，随着水流而运动，故应用声学技术观察这种散射体的运动，就可以了解海水的运动情况。利用这种方法，还可以观察内波的规律，了解沉积物的搬运情况，也可以测量海水的流速。此外，利用声波起伏规律来研究内波谱的方法，已很受重视；利用深海散射层的散射频率响应，可以进行深海生物的区系划分，其结果和一般的区系划分一致；利用鱼类对声波的散射和反射，可以探测鱼群和了解鱼类资源的分布。 由波浪产生的5005000赫的噪声，与海面的风级和海况有关。利用此频率的噪声，可以监测海面的风级和海况。利用海啸产生的水下噪声，可以预报海啸。海洋生物发出的声音，与其种类和生活状态有关。监听这种声音的特征以区分
32、生物的种类，可以掌握其生活规律，为研究渔业资源提供信息。此外，有可能利用声信号控制海洋生物的活动，以满足人类的需要。 在海洋开发中，声技术是勘探海底唯一有效的手段，广泛应用的地震勘探仪便是声技术应用的一例。海底的界面不平整，底质内部的颗粒大小不一，以及分层和水千方向的不均匀性，都影响着声波的散射和反射。使用高频窄水平波束的测扫声呐，可以得出海底凸出部分对声波的强烈散射和凹下部分的声阴影区所构成的地貌声图。 海底沉积物一般都是分层的。因各层的声学特性不同，故可以利用声学方法测定海底沉积物的分层情况和各层中的声速。常用的方法有折射法和反射法，对于较浅的沉积层，也可以用浅地层剖面仪进行测量。 利用声
33、学遥感技术对海底的底质进行分类的工作，已得到迅速发展。它与最新的微电子学、微计算机和换能技术结合，广泛用于水文、地质、地貌和生物等领域的测量，并用于水下定位、导航、通信、遥控、遥测等各方面，在海洋调查和海洋开发中起着重要的作用。 声学技术的广泛应用，需要更深入地研究声波在海中的传播规律，研究温度、盐度、风浪、海流、内波、海底类型和海中悬浮物等因素对声波传播的影响，以便更好地获取和识别声信号。声波在深海中的传播规律，已有系统的理论，但在浅海中传播时，由于海底和水文条件的多变性，理论计算很困难，应用了电子计算技术之后，一些相当复杂的浅海传播问题，已得到初步解决。海洋声学的实验规模较大，除依靠调查船
34、外，已大量采用浮标和固定岸站来完成，有些实验因耗资过大，往往需要几个国家联合进行。当前利用电子计算机，把从发射到接收声波的过程中的波形的变化，反推声在海中传播的规律，进而判断海洋媒质的状态，将是海洋声学研究的一个新方向。此外，现代的微电子学、微计算机、信号处理技术和换能技术等的发展，都对海洋声学的发展有重要的影响。海洋气象学海洋气象学是研究海上大气的物理信息，以及海洋与大气相互作用规律的学科。海洋气象学既涉及大气又涉及海洋，因此它是大气科学和海洋科学共同研究的领域。 由于地球表面的绝大部分为海洋所覆盖，而海水又具有和陆地迥然不同的物理、化学性质，这就决定了海洋在海洋气象学研究中的重要地位。 海
35、洋气象学与人类的生活和生产息息相关，它的早期发展渊源于航海事业的需要。远在公元前45世纪，希腊人就已利用地中海特有的季风，往返于爱琴海和埃及之间。后来，不仅利用季风张帆航海，而且把季风和陆上的天气变化联系起来。 15世纪末，哥伦布几次横渡大西洋时，注意到大西洋上信风和海流的存在；17世纪中叶，瑞士基歇尔绘制全球海流图，指出了大洋环流和信风的关系；英国丹皮尔观察太平洋台风，提出了台风是有静稳中心的旋转性风暴等见解。此后，他们整理了全球航海记录，编写出了有关海洋气象的专书。 到了18世纪，英国哈得来提出南北两半球的信风理论；19世纪初，英国海军中将蒲福根据他长期航海的经验，总结出蒲氏风级表；随后美
36、国莫里根据航海日志绘制了风和海流图，并写出海洋自然地理学一书，专论海洋气象问题，为海洋气象学勾划了初步轮廓。 从19世纪中叶至20世纪中叶的约一百年的工作，奠定了海洋气象学的基础。1853年在布鲁塞尔召开的国际气象会议决定，航行于海上的船只必须定时进行气象观测并作出报告，从此海洋气象资料有了保障。随后，英国“挑战者”号考察船对大西洋和太平洋作了全面的海洋水文气象调查；德国汉堡的海洋气象台，建立并发布了北海沿岸的暴风警报；20世纪初，挪威气象学家皮耶克尼斯等人提出气旋生成的极锋学说，形成气象学界独树一帜的学派；美国气象局编印的全球海洋气候图集，为研究海洋气候提供了便利。 第二次世界大战以后，海洋
37、气象观测技术和手段的不断进步，特别是卫星遥感技术和大型电子计算机问世并广为应用，开创了海洋气象学发展的新纪元。联合国还专为海洋气象设立了政府间的协商机构和国际气象中心，世界气象组织也设立了海洋气象委员会。这些组织措施，有效地保证了国际间的大力协作，促使海洋气象学得到迅速的发展。 海洋观测分常规观测和非常规观测两种。前者按国际统一规定的时间和内容进行观测并发布天气报告，后者包括海洋调查、海上观测实验和其他非特约船只的观测。常规观测中以商船气象观测数量最多，已积累了近百年的记录，但这种观测在时间上是不连续的，在空间上是分布不均匀的。第二次世界大战以后，在北大西洋和北太平洋先后设立了十多个定点天气船
38、，加上日益增多的自动浮标气象站，可以获得较高质量的连续观测资料，但还不能满足分析和预报的需要。 20世纪60年代以来，随着气象和海洋卫星的发射并投入业务使用，人们可以在外层空间的不同高度上对大气和海洋进行大范围的、均匀的实时观测，直接或间接地获得海洋上空各层的大气温度、湿度、风速云雾、降水、海面愠度、海面风速、海浪、海流、水位和海冰等各种要素的观测值，能够对海上龙卷、热带风暴、温带气旋等灾害性天气进行严密的监测，为海洋气象的研究和业务工作提供了良好的条件。 海洋气象的观测和试验包括海洋气象观测方法的研究、海洋气象观测仪器和装置的研制、局部或大范围海域海洋气象的调查研究。 在海洋气象学中所研究的
39、海-气相互作用，主要是海洋和大气之间各种物理量，包括热量、动量(或动能)、水分、气体和电荷等的输送和交换的过程，及其时空变异，海-气边界层的观测和理论，及大尺度海气相互作用。 在大尺度海-气相互作用的范畴内，重点研究大气环流和海洋环流的生成及其对应关系，大洋西边界流动 (湾流和黑潮)对于其邻近海区的天气，天气系统和气候的影响，热带海洋对局部乃至全球大气环球和气候的影响，大气中二氧化碳含量的增加和海洋对此过程的作用，及其对气候变迁的影响等。在上述领域内，已揭示了海洋和大气的某些现象之间的联系，取得了一批研究成果，这对于长期天气预报和气候预测有重要的价值。 20世纪60年代以来，海洋气象探测技术有
40、了很大进步，进行了海上定点和非定点观测，开展了大规模的诲洋气象现场实验。虽然如此，仍然不能满足需要。例如：对大尺度海-气相互作用的研究，多半停留在揭露基本现象的阶段，缺乏完善的理论分析。 今后海洋气象学的发展，一方面要继续改进探测系统，通过现场调查和实验，提高观测的精度，根据获得的信息资料，继续揭露海-气间尚未被发现的一些现象，进而从理论上阐明观象的本质，将结果应用到实际的海上天气和海况的分析及其预报。另一方面，要在从理论上基本弄清海洋和大气相互作用的物理过程的基础上，建立合适的海洋-大气的流体动力学模式，阐明海洋在大气环流的形成、演变和气候变迁过程中所起的重要作用，大气对海洋环流和海浪的形成和演变及其他诸海洋要素的影响。参考文献网络