海洋科学导论 冯士筰_1.pdf 全集全本全文下载(海洋学

  本文关键词：海洋科学导论，由笔耕文化传播整理发布。

海洋科学导论 第一章绪论 §1.1地球科学 海洋是地球系统的重要组成部分，海洋科学属于地球科学体系，为此， 先对地球科学体系作一简略介绍。 max.book118.com学体系 在苍茫的宇宙之中，迄今只发现地球上有人类繁衍生息，，这不能不说是 地球的独特与幸运。地球科学就是以人类之家——地球为研究对象的科学体 系。从不同角度对地球内外不同圈层和范围进行研究而形成的各个学科，则 是地球科学体系的分支和组成部分。由于地球科学系统本身的复杂性，深入 研究其某一部分的学科便不断形成、发展，有的则逐渐分化而成为相对独立 的学科。与此同时，基于地球各部分之间存在的客观联系，特别是不同学科 或方法的互相借鉴、交叉与渗透，遂不断形成一些新的交叉或边缘学科。这 样一来，地球科学便形成了众多的分支及相关学科，组成了一个复杂的科学 体系。目前占优势的观点认为，地球科学主要包括地理学、地质学、大气科 学、海洋科学、水文科学、固体地球物理学，而环境科学和测绘学也与地球 科学有着极为密切的关系。 一、地理学 是研究地球表面自然现象、人文现象以及它们之间的相互关系和区域分 异的学科。所谓地球表面，通常是指地球的大气圈、岩石圈、水圈、生物圈 和人类圈(又称智能圈)相互交接的界面。广义的地球表面，上自大气圈对流 层顶部，下至岩石圈沉积岩层底部，厚度可达30～35km。狭义的地球表面， 则指大气圈、岩石圈、水圈的交接面，上限离地面不超过100m，相当于对流 层近地面摩擦层下部——地面边界层，下限为太阳辐射能可到达的深度；由 于这一深度在陆地不超过地下30m，在海洋不超过水下200m，所以狭义的地 球表面的厚度，一般不超过200～300m，但这却正是生物和人类活动最为集 中也最为活跃的场所。 地理学是一门既古老又年轻的学科，其漫长的发展历程可分为三个时 期，即古代地理学时期——自远古至18世纪末；近代地理学时期——自19 世纪至20世纪50年代；现代地理学时期——自20世纪60年代至今。历经 三个时期的延续和发展，地理学形成了众多的分支，也组成了系统的体系。 其主要分支学科有自然地理学、人文地理学、历史地理学、区域地理学、地 图学、地名学、方志学等；20世纪60年代以来，又形成了一些横向的理论 性、应用性和方法性分支学科，如理论地理学、应用地理学和地理数量方法 等。 需要说明的是，许多研究地球表面某一圈层或某一圈层中部分要素而原 属于地理学范畴的学科，业已分出且进一步发展或与其它学科交叉渗透，从 而形成了相对独立的学科，如大气科学、海洋科学和水文科学等。 二、地质学 是关于地球的物质组成、内部结构、外部特征、各圈层间的相互作用和 演变历史的知识体系。地质学的研究对象，包括地球的内、外圈层，矿物和 岩石，地层和古生物，以及地质构造和地质作用等等。由于观察和研究条件 的限制，在现阶段仍主要是研究岩石圈，此外，也涉及大气圈、水圈、生物 圈以及岩石圈以下更深的部位，甚至也包括某些地外物质。 从人类对地质现象的观察和描述历史看，地质学堪称悠久，但是作为一 门学科，其成熟则较晚。盖因作为研究对象的地球是如此庞大而又古老，从 不同侧面和范围，以不同观点和方法，不同的学派和不同的时期，都曾有激 烈而又反复的争论。地质学的发展，大致可归结为五个时期，即从远古至1450 年为地质科学的萌芽时期；1450—1750年为地质学的奠基时期；1750—1850 年为地质学的形成时期；1850—1910年为地质学的发展时期；20世纪则迎来 了地质学新阶段——现代地质学时期，地质学已形成了包含众多分支的理论 体系。 地质学的分支学科大体可分为两类。第一类是探讨基本事实和原理的基 础学科，由这些基础学科与生产或其它学科结合而形成的学科，则构成了地 质学的第二类分支学科。 第一类有矿物学、岩石学、矿床地质学、地球化学、动力地质学、构造 地质学、地貌学、地质力学、古生物学、地层学、古地理学、地质年代学和 区域地质学等。此外，还有着眼于天体研究的行星地质学、天文地质学等等。 着眼于地球深部的研究，则是刚刚开拓的新领域。 第二类有水文地质学、工程地质学、环境地质学、灾害地质学、金属矿 产地质学、非金属矿产地质学、石油地质学、煤地质学、找矿勘探地质学和 矿山地质学等。 属于广义地质学或地质科学范畴的，还有地球物理勘探、地球化学勘查、 探矿工程、测绘学、地质资料的航空测量与遥感技术、数学处理方法和计算 机技术等。 三、固体地球物理学 地球物理学是地质学与物理学之间的边缘学科，它研究的是各种地球物 理场和地球的物理性质、结构、形成及其中发生的各种物理过程。广义的地 球物理学，除研究地球的固体部分外，还包括对水圈和大气圈的研究。因为 海洋科学、水文科学和大气科学业已各自发展成为独立学科，于是，致力于 研究地球固体部分宏观物理学现象的分支，便成为狭义的地球物理学，或直 接称为固体地球物理学。 由于固体地球物理学的问题也是综合性的，所以不能完全按物理学的部 门来分类。于是，相应于地下资源的勘探、自然灾害的预测、地球内部的探 索和地球信息等等的研究，即有勘探地球物理学(或应用地球物理学)和地震 预测、地球内部构造、大地构造等分支学科。 四、大气科学 是研究大气的各种现象及人类活动对它的影响，这些现象的演变规律， 以及如何利用这些规律为人类服务的一门综合性学科。它的研究对象，主要 是覆盖整个地球的大气圈，此外，也研究太阳系其它行星的大气。其研究领 域已经大大超出了通常所称的“气象学”的范围，即大大扩充了传统气象学 的研究内容，并与其它学科之间有越来越多的相互渗透，因而从20世纪60 年代以来，已普遍采用“大气科学”之称谓。 大气科学也是一门既古老而又年青的学科。自从人类文明的开始，就有 了古代气象经验和知识的积累，直到16世纪这段时间，属于大气科学的萌芽 时期。17世纪至19世纪，是大气科学在物理学基础上开始建立的时期。19 世纪至20世纪40年代，是大气科学主要分支学科的形成时期。20世纪50 年代以后，则迎来了新技术促进大气科学迅速发展的新时期。 大气科学有众多分支学科和广泛的研究内容：大气物理学、动力气象学、 天气学、气候学、应用气象学、大气化学、大气探测和人工影响天气等。 五、海洋科max.book118.com§1.2和§1.3。 六、水文科学 是关于地球上水的起源、存在、分布、循环、运动等变化规律和运用这 些规律为人类服务的知识体系。水文科学研究的对象，包括从陆地表面的水 到地下的水，广义地说，也包括从大气中的水到海洋中的水，以及对水圈同 大气圈、岩石圈和生物圈等地球自然圈层的相互关系的研究。现代水文科学 还重视研究水资源的利用和人类活动对自然环境的反馈效应。 水文科学的发展可分为四个时期。从远古至公元1400年，为水文科学的 萌芽时期。此后至1900年，为水文科学的奠基时期。1900—1950年，为应 用水文学兴起时期，它以直接为生产和生活提供多方面的服务为特色，而成 为近代水文科学体系中最富生气的一个分支。20世纪50年代以后，水文科 学进入了新的发展时期——现代水文学时期。 传统的水文科学，是按其研究对象划分分支学科的。即主要有河流水文 学，湖泊水文学，沼泽水文学，冰川水文学，雪水文学，水文气象学，地下 水文学，区域水文学和海洋水文学。这些学科又通称为普通水文学或水文学。 与之对应的则是应用水文学，它主要包括工程水文学，农业水文学，森林水 文学，都市水文学，医疗(卫生)水文学等等。新技术的应用也促进并形成了 一些新分支学科，例如遥感水文学，同位素水文学，随机水文学等等。 需要说明的是，以陆地上的水为研究对象的陆地水文学，是水文科学的 主要组成部分。因为以海洋中的水为研究对象的海洋水文学，已归属海洋科 学之中，而对大气中的水的研究，至今还没有形成完全独立的学科。 七、相关学科 与地球科学紧密联系的学科中，仅就其研究对象和涉及的范围而言，当 首推环境科学及测绘学，因为它们与地球科学最为相近也最为密切。 (一)环境科学 是在现代社会经济和科学发展过程中形成的一门新兴的综合性科学。环 境科学研究的对象——环境，是对以人类为主体的外部世界而言的，即人类 赖以生存和发展的物质条件的综合体，它包括自然环境和社会环境。就自然 环境而言，与地球科学研究的对象是相合的。就环境科学的分支而言，其“环 境地学”分支，无论就其称谓还是研究对象，显然应属于地球科学的范畴； 其它的分支，有的也与地球科学有着相当密切的联系。所以，有些学者认为 环境科学应属于地球科学的范畴。 环境科学的分支学科，属自然科学方面的有环境地学、环境生物学、环 境化学、环境物理学、环境医学和环境工程学；属于社会科学方面的有环境 管理学、环境经济、环境法学等。 (二)测绘学 测绘学的任务在于测定地球形状、重力场和地面点的几何位置，直到测 绘各种类型的地图。它既可为地球科学和空间科学提供有关地球内部结构、 地球动态及其外部重力场等方面的信息，又可为国家经济建设和国防建设提 供所需的宝贵资料，例如，有关地球表面自然形态和人工设施的几何分布以 及多种社会信息和自然信息的地理分布等等。 早在公元前3世纪，就已开始孕育了作为测绘学基础的大地测量学。它 的发展，经历了几何大地测量学和物理大地测量学等阶段，现已进入了卫星 大地测量学的新时期。工程测量学则是应工程设计、施工、管理或某些特殊 要求而形成的分支学科。在测绘方法和技术方面，19世纪仍是实地直接测绘 地形，再经综合取舍而制图。20世纪则发展形成了航空摄影测量学，创立了 解析摄影测量理论，制成了解析测图仪。现在已发展到航天遥感测量，并借 助计算机实现了测图的完全自动化。地图制图学是研究将测绘结果变为成品 ——地图的学问，它研究的内容包括地图投影、地图编制、地图整饰和地图 印制等等。成品地图的具体类型则甚多。 max.book118.com学 海洋科学是研究地球上海洋的自然现象、性质及其变化规律，以及和开 发与利用海洋有关的知识体系。它的研究对象，既有占地球表面近71％的海 洋，其中包括海洋中的水以及溶解或悬浮于海水中的物质，生存于海洋中的 生物；也有海洋底边界——海洋沉积和海底岩石圈，以及海洋侧边界——河 口、海岸带，还有海洋的上边界——海面上的大气边界层等等。它的研究内 容，既有海水的运动规律、海洋中的物理、化学、生物、地质过程，及其相 互作用的基础理论，也包括海洋资源开发、利用以及有关海洋军事活动所迫 切需要的应用研究。这些研究与力学、物理学、化学、生物学、地质学以及 大气科学、水文科学等均有密切关系，而海洋环境保护和污染监测与治理， 还涉及环境科学、管理科学和法学等等。世界大洋既浩瀚又互相连通，从而 具有统一性与整体性，海洋中各种自然过程相互作用及反馈的复杂性，人为 外加影响的日趋多样性，主要研究方法和手段的相互借鉴相辅而成的共同性 等等，促使海洋科学发展形成为一个综合性很强的科学体系。 一、海洋科学研究的对象及特点 海洋科学研究的对象是世界海洋及与之密切相关联的大气圈、岩石圈、 生物圈。它们至少有如下的明显特点。 首先是特殊性与复杂性。在太阳系中，除地球之外，尚未发现其它星球 8 2 上有海洋。全球海洋的总面积约3.6×10km，是陆地面积的2.5倍。在总体 8 3 积13.7×10km的海水中，水占96.5％。水与其它液态物质相比，具有许多 独特的物理性质，如极大的比热容、介电常数和溶解能力，极小的粘滞性和 压缩性等。海水由于溶解了多种物质，性质因而更特殊，这不仅影响着海水 自身的理化性质，而且导致海洋生物与陆地生物的诸多迥异。陆地生物几乎 集中栖息于地表上下数十米的范围内，海洋生物的分布则从海面到海底，范 围可达1万米。海洋中的近20万种动物、1万多种植物，还有细菌和真菌等， 组成了一个特殊的海洋食物网。再加上与之有关的非生命环境，则形成了一 个有机界与无机界相互作用与联系的复杂系统——海洋生态系统。 其次，作为一个物理系统，海洋中水—汽—冰三态的转化无时无刻不在 8 进行，这也是在其它星球上所未发现的。海洋每年蒸发约44×10t淡水，可 使大气水分10～15天完成一次更新，势必影响海水密度等诸多物理性质的分 布与变化，并进而制约海水的运动以及海洋水团的形成与长消。在固结于旋 转地球坐标系中来观察，海水的运动还受制于海面风应力、天体引力、重力 和地球自转偏向力等。诸如此类各种因素的共同作用，必然导致海洋中的各 种物理过程更趋复杂，即不仅有力学、热学等物理类型，而且也有大、中、 小各种空间或时间特征尺度的过程。但是其中的运动过程，则具有特殊的重 要性，因为海水无时无刻不在运动着。 第三，海洋作为一个自然系统，具有多层次耦合的特点。地球海洋充满 了各种各样的矛盾，如海陆分布的不均匀、海洋的连通与阻隔。海洋水平尺 度之大逾数万千米，而铅直向尺度之小，平均水深只有3795m，两者差别实 为悬殊。其它矛盾诸如蒸发与降水，结冰与融冰，海水的增温与降温，下沉 与上升，物质的溶解与析出，沉降与悬浮，淤积与冲刷，海侵与海退，潮位 的涨与落，波浪的生与消，大陆的裂离与聚合，大洋地壳的扩张与潜没，海 洋生态系平衡的维系与破坏等等。它们相反而相成，共同组成了这个复杂的 统一体。当然，这个统一体可以分成许多子系统，而许多子系统之间，如海 洋与大气，海水与海岸、海底，海洋与生物及化学过程等等，大都有相互耦 合关系，并且与全球构造运动以及某些天文因素等密切相关。这些自然过程 通过各种形式的能量或物质循环，相互影响和制约，从而结合在一起构成了 一个全球规模的、多层次的复杂的海洋自然系统。海洋科学的任务，就是借 助现场观测、物理实验和数值实验手段，通过分析、综合、归纳、演绎及科 学抽象等方法，研究这一系统的结构和功能，以便认识海洋，揭示规律，既 可使之服务于人类，又能保证可持续发展。 海洋科学研究也有其显著的特点。首先，它明显地依赖于直接的观测。 这些观测应该是在自然条件下进行长期的，且最好是周密计划的、连续的、 系统而多层次的、有区域代表性的海洋考察。直接观测的资料既为实验研究 和数学研究的模式提供可靠的借鉴，也可对实验和数学方法研究的结果予以 验证。事实上，使用先进的研究船、测试仪器和技术设施所进行的直接观测， 的确推动了海洋科学的发展。特别是20世纪60年代以来，几乎所有的重大 进展都与此密切相关。 其次是信息论、控制论、系统论等方法在海洋科学研究中越来越显示其 作用。这是因为，实施直接的海洋观测，既艰苦危险、耗资费时，且获取的 信息再多，若相对于海洋整体和全局而言仍属局部和片断，据此而直接研究 海洋现象、过程与动态，显然仍是远远不够的。借助于信息论、控制论、系 统论的观点和方法，对已有的资料信息进行加工，通过系统功能模拟模型进 行研究则是可取的，事实上也取得了较好的结果。 第三，学科分支细化与相互交叉、渗透并重，而综合与整体化研究的趋 势日趋明显。海洋科学在其发展过程中，学科分支越来越细，研究也随之愈 益深入然而，越深入地研究则发现，各分支学科之间又是相互交叉渗透，彼 此依存和促进的。因而，着眼于整体，从相互耦合与相互联系中去揭示整个 系统的特征与规律的观点与方法论，日趋兴盛发展。现代海洋科学研究及海 洋科学理论体系的整体化，已是大势所趋，普遍认同。 二、海洋科学的分支 海洋科学体系既有基础性科学，也有应用与技术研究，还包括管理与开 发的研究。属于基础性科学的分支学科包括物理海洋学、化学海洋学、生物 海洋学、海洋地质学、环境海洋学、海气相互作用以及区域海洋学等。属于 应用与技术研究的分支有卫星海洋学、渔场海洋学、军事海洋学、航海海洋 学、海洋声学、光学与遥感探测技术、海洋生物技术、海洋环境预报以及工 程环境海洋学等。管理、开发研究方面的分支有海洋资源、海洋环境功能区 划、海洋法学、海洋监测与环境评价、海洋污染治理、海域管理等。 -------------
海洋科学导论_1.pdf

  本文关键词：海洋科学导论，由笔耕文化传播整理发布。