盐度测量详解.docx

几十亿年来，来自陆地的大量化学物质溶解并贮存于海洋中如果全部海洋 都蒸发十，剩余的盐将会覆盖整个地球达70m厚根据测定，海水中含量最多的 化学物质有11种：即钠、镁、钙、钾、锶等五种阳离子；氯、硫酸根、碳酸氢 根(包括碳酸根)、漠和氟等五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，它与沿岸迳流量、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它水文要素分布和变 化的重要因素，所以海水盐度的测量是海洋水文观测的重要内容1. 盐度的定义和演变绝对盐度是指海水中溶解物质质量与海水质量的比值因绝对盐度 不能直接测量，所以，随着盐度的测定方法的变化和改进，在实际 应用中引入了相应的盐度定义1. 克纽森盐度公式在本世纪初，克纽森(Knudsen)等人建立了盐度定义，当时 的盐度定义是指在1000g海水中，当碳酸盐全部变为氧化 物、漠和碘以氯代替，所有的有机物质全部氧化之后所含固 体物质的总数其测量方法是取一定量的海水，加盐酸和氯 水，蒸发至干，然后在380°C和480°C的恒温下干燥48h， 最后称所剩余固体物质的重量。

用上述的称量方法测量海水盐度，操作十分复杂，测一个样 品要花费几天的时间，不适用于海洋调查，因此，在实践中 都是测定海水的氯度，根据海水的组成恒定性规律，来间接 计算盐度，氯度与盐度的关系式(克纽森盐度公式)如下：S%0二+%0克纽森的盐度公式使用时，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，一直使用了 70 年之久但是，在长期使用中也发现，克纽森的盐度公式只 是一种近似的关系，而且代表性较差；滴定法在船上操作也 不方便于是人们寻求更精确更快速的方法我们知道当导体的两端有电势差时，导体中就有电流通过， 而一段导体中的电流I与其两端的电势差()成正比，这就是 著名的欧姆定律，即I=G()，式中G为比例系数，又叫电 导令G二，则，常数R称为这段导体的电阻，它与导体的 性质和几何形状有关电阻的单位名称是欧姆()实验 表明，对于粗细均匀的导体，当导体的材料与温度一致时， 导体的电阻与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反 比，即，式中比例系数 叫做电阻率，单位是 ・m，它 与材料的性质有关，不同的材料的电阻率也不同电阻率的 倒数叫做电导率，单位为S/m根据海水的电导率取决于 其温度和盐度的性质，通过测定其电导率和温度就可以求得 海水的盐度。

2. 1969年电导盐度定义在60年代初期，英国国立海洋研究所考克思(Cox)等人从各 大洋及波罗的海、黑海、地中海和红海，采集了 200m层以 浅的135个海水样品，首先应用标准海水，准确地测定了水 样的氯度值，然后测定具有不同盐度的水样与盐度为％°、温 度为15°C的标准海水、在一个标准大气压下的电导比()， 从而得到了盐度桶榷鹊男碌墓叵凳胶脱味前相对电导率的 关系式，又称为1969年电导盐度定义：S%0=%0电导测盐的方法精度高，速度快，操作简便，适于海上现场 观测但在实际运用中，仍存在着一些问题：首先，电导盐 度定义的上两盐度公式仍然是建立在海水组成恒定性的基 础上的，它是近似的在电导测盐中校正盐度计使用的标准 海水标有的氯度值，当标准海水发生某些变化时，氯度值可 能保持不变，但电导值将会发生变化其次，电导盐度定义 中所用的水样均为表层(200m以浅)，不能反映大洋深处由 于海水的成份变化而引起电导值变化的情况最后，国际海 洋用表中的温度范围为10〜31C，而当温度低于10C时， 电导值要用其它的方法校正，从而造成了资料的误差和混 舌L为了克服盐度标准受海水成分影响的问题，进而建立了 1978年的实用盐标(PSS78)。

3. 1978年实用盐标实用盐标依然是用电导的方法测定海水的盐度，与1969年电导盐 度定义不同之处是，它克服了海水盐度标准受海水成分变化的影响 问题在实用盐标中采用了高纯度的KCl，用标准的称量法制备成 一定浓度%)的溶液，作为盐度的准确参考标准，而与海水样品的 氯度无关，并且定义盐度：在一个标准大气压下，15C的环境温度 中，海水样品与标准KCl溶液的电导比：(C,表示电导值)，则该样品的实用盐度值精确地等于35,若，则实 用盐度的表达式为(1-1)S为实用盐度符号，是无量纲的量，如海水的盐度值为35%实用 盐度记为35,式(1-1)中可用代替，是在大气压力下，温度为15C 时，海水样品与盐度为35%的标准海水的电导比式中，，当有效对于任意温度下海水样品的电导比的盐度表达式为：(1-2)式中第二项为温度修正项，系数a与公式(1-1)中的相同，系数分别 为：K=， (-2°C T 35°C)2. 盐度的测量1. 观测时次、标准层次及精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， 连续测站，一般每两小时观测一次根据需要，有时一小时观测一次盐度测量的标准层次及其它有关规定与温度相同。

根据不同观测任务对测盐准确度的要求，通常对海上水文观 测中盐度精度分为三级标准(表1)：表1测量范围、准确度、分辨率精确度等级 准确度 分辨率1232. 盐度的测量方法盐度测定，就方法而言，有化学方法和物理方法两大类1. 化学方法化学方法又简称硝酸银滴定法其原理是，在离子比例恒定 的前提下，采用硝酸银溶液滴定，通过麦克伽莱表查出氯度，然后根据氯度和盐 度的线性关系，来确定水样盐度此法是克纽森等人在1901 年提出的，在当时，不论从操作上，还是就其滴定结果的精 确度来说，都是令人满意的2. 物理方法物理方法可分为比重法、折射法、电导法三种比重法测量是海洋学中广泛采用的比重定义，即一个大气压 下，单位体积海水的重量与同温度同体积蒸馏水的重量之 比由于海水比重和海水密度密切相关，而海水密度又取决 于温度和盐度，所以比重计的实质是，从比重求密度，再根 据密度、温度推求盐度折射率法是通过测量水质的折射率来确定盐度以上几种测量盐度的方法存在误差较大、精度不高、操作复 杂、不利于仪器配套等问题，尽管还在某种场合下使用，但 逐渐被电导测量所代替电导法是利用不同盐度具有不同导电特性来确定海水盐度1978年的实用盐标解除了氯度和盐度的关系，直接建立了 盐度和电导率比的关系。

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给予温度和压力 对电导率的影响进行补偿，采用电路自动补偿的这种盐度计 为感应式盐度计采用恒温控制设备，免除电路自动补偿 的盐度计为电极式盐度计感应式盐度计以电磁感应为原理，它可在现场和实验室测 量，而得到广泛的应用，在实验室测量中精度可达 该仪器对现场测量来说是比较好的，特别对于有机污染含量较 多、不需要高精度测量的近海来说，更是如此然而，由于 感应式盐度计需要的样品量很大，灵敏度不如电极式盐度计 高，并需要进行温度补偿，操作麻烦，这就导致感应式盐度 计又转向电极式盐度计的发展最先利用电导测盐的仪器是电极式盐度计，由于电极式盐度 计测量电极直接接触海水，容易出现极化和受海水的腐蚀、 污染，使性能减退，这就严重限制了在现场的应用，所以主 要用在实验室内做高精度测量加拿大盖德莱因(Guildline) 仪器公司采用四极结构的电极式盐度计(8400型)，解决了 电极易受污染等问题，于是电极式盐度计得以再次风行目 前广泛使用的STD、CTD等剖面仪均是电极式结构的3. 利用现场温盐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 经过处理后方才得到盐度资料，因为现场测定的相对电导率R可分 成三部分，即(-1)这里C(35,15,0)是一个定标常数,它与定标时实验室的条件有 关,MarkIII型 CTD 系统 C(35,15,0) = (ms/cm)。

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，布莱德霄(Bradadshow)测得的结果是： 式中:为标准海水的温度系数,多菲尼（Dauphince）等人得到的表达式为: 这里, 由此求得, 通过就可算出海水的盐度利用温盐深仪测盐度时，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 探头对比结果应记入观测日志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3. SYC2-2型实验室海水盐度计测盐度1. 测盐度原理SYC2-2型实验室海水盐度计是利用电极电导池在实验室测 试海水相对电导率的一种仪器其测量海水电导率为〜，即 相当于盐度3〜34，使用环境温度条件在0°C以上，室温与 通常温度条件下均可，被测水样温度范围在0°C以上，40C 以下，精确度为 ，耗水样数量（包括洗涤）共计60ml水 样采集后可立即测定，用可换海水作温度补偿，因此无需定 期校正温度补偿电路而且适合在陆上或船上的实验室使 用2.SYC2-2型实验室海水盐度计采用双电导池结构（如图1）。

其中电导池（1）内充灌标准海水或其它洁净海水（其盐度接 近35者为佳），用于温度补偿，电导池（2）用于样品海水的 测量，电导池用硬质玻璃制成，每只内装有两支镀有铂黑的 片状白金电极，两电导池同置于一小型的非恒温水浴之中， 水浴中有一微型电动搅拌器，使两电导池的温度一致该仪器采用音频振荡器输入音频电讯号供给交流电桥测量 电桥的，为简化瓦格纳尔接地支路；（读数单元）及（校准定 位单元）均为串联十进位标准电阻箱构成交流电桥两个可调 臂为可调电容器，为固定电容器检测电路中设置了性能 优良的选频放大器，用以抑制各种外来干扰信号，为了使检 测系统具有足够的灵敏度和动态范围，还设置了多档衰减 器，采用了对数检波器测定时，先用已知电导比标准海水进行校准，将两电导池注 入同一盐度的标准海水(盐度不一定正好等于35)，设电导 池(1)、(2)内标准海水的电阻分别为，开动搅拌器，经2〜 3min后两电导池的温度即与水浴温度一致根据水浴温度 t°C及标准海水的盐度查得，调整使其读数等于，然后再调 整使电桥平衡，设这时的读数为，根据交流电桥平衡原理有式中、分别为电导池(1 )及(2)、相对电导率为的标准海水时 的电阻值。

若设电导池⑴及⑵的电导池常数分别为，标准 海水在tC时之电阻率为，则(3-1)式可得因电导池的温度系数极小，水浴温度波动对其影响可忽略不 计所以为一常数，则亦为一常数，即当值固定时，亦固定， 不随水浴温度变化而变化再将电导池(2)中的标准海水排出，注入待测水样，电导池(1) 中的标准海水不换(在测量过程中始终不换)，这样在固 定情况下，调整旋钮使电桥平衡，设此时读数为b，并设电 导池(2)中样品海水tC时电阻为，则根据电桥平衡关系有:由(3-1)和(3-3)得:根据电导盐度定义，水样相对电导率定义为:L为电导率上式中为盐度35的标准海水在t°C时的电阻，由(3-3)和 (3-6)式得将式(3-4)与式(3-7)比较则得，2. HD-2型实验室海水盐度计外部结构(图2)(1) 微安表(2) 测量增益开关，1-10K灵敏度相应增加4.(3 )微安表短路开关，测定水样时开，换水样时关，换水样 时接地4) 外壳接地5) 仪器外接直流电源时，可使用12VDC，使电桥工作，但 此时水泵不能启动6) 保险丝(7) 电源指示灯8) 220V电源开关。