高中地球科學_4. 海洋_海水的運動_儀器觀測原理_曾世佑

大家好,我是柚子老師 這是海鹽一號在海上進行研究的時候放下CTD 然後進行探測的畫面 CTD真是一種神奇的儀器耶 只要把這玩意兒放進海水裡面 它就能夠同時得到海水的溫度、鹽度和深度的資料 你有沒有想過它到底是怎麼辦到的呢? CTD其實就是 CTD就是Conductivity Temperature跟Depth 三個英文字的字首縮寫在一起的意思 它分別也就是導電度、溫度以及深度的意思 導電度?有沒有聽錯? 沒有,你沒聽錯 我們要量鹽度 必須要從海水的導電度來測量 海水裡面含量最多的鹽是氯化鈉 它是一種離子化合物 意味著它溶解進水裡面的時候 使得水具有導電的能力 而它的濃度高低 會影響水的導電能力的大小 所以我們利用電極測量海水它的導電能力 就可以換算出來 這份海水當中氯化鈉的濃度有多少 而氯化鈉在海水的總鹽當中所佔的比例是固定的 所以只要你量出了氯化鈉的濃度 就可以利用這個固定的比例 換算出來海水的總鹽度究竟有多高 至於溫度就很簡單了 我們直接在儀器架上面放置了電子溫度計 來測量環境的水溫 就可以得到這樣的數值 最後一個深度很有趣 因為我們是利用壓力計來測量它的環境水壓 進而換算出來壓在這一組儀器上面到底有多重的水 這麼重的水再換算出它應該要有的深度 當然水的壓力大小 也就是它的重量大小 會受到水的溫度以及鹽度所影響 海水越鹹越冷會越重 壓力當然也越大 所以最後的那個深度值一般來說 必須要同時經過即時的前面兩組導電度 也就是鹽度以及溫度的校正之後 纔能夠得到準確的水深深度值 這是都普勒流剖儀 你能想像這個看起來活像是星際大戰裡面 風暴兵的頭盔一樣的玩意兒 它到底可以量出海水流動的流速和流向嗎? 我們看不到任何的螺旋槳 或者是可動的葉片之類的構造 它到底是怎麼辦到的? 都普勒流剖儀 顧名思義是藉由海水的都普勒效應 量出海水的流速以及流向的儀器 我們會看到這臺機器上面有四個深色的聲納音鼓 這四個聲納音鼓朝向四個不同的方向發射出聲波 聲波被海水裡面所攜帶的小顆懸浮微粒 所反射回到聲納音鼓上被接收 接收音鼓就可以分析回來的聲波 海水如果有流動的運動的話 這些微粒的反射回波就會產生都普勒效應 產生的都普勒效應被聲納音鼓回收回來分析出來之後 就可以藉此分析出海水究竟是朝向什麼樣的方向 以及用什麼樣的速率來流動 所以他不需要使用任何的螺旋槳或者是葉片 甚至是風標機之類的構造 他也可以量得出來海水究竟如何運動 在海邊玩的時候很難不注意到海浪的起起伏伏來來去去 你知道要怎麼樣去觀測海浪它的高低變化嗎 海浪的高低起伏的程度決定了多少噸位的船隻 纔能夠安全的在海上航行 而潮汐的水位變化則會影響船隻在進出港口的時候 哪些位置才會是安全水道 這些對於港口的管理都非常非常的重要 因此我們可以看到在每一個重要的港口 都一定會有海浪高低還有潮汐水位的觀測儀器 你知道他們的運作原理是怎麼樣子的嗎 不管是潮汐的變化或者是波浪 基本上都是海水水面上面的一個週期起伏的運動 所以其實我們所有的測量都是用來測量 它的海水水面究竟如何變化 一般來說測量波浪或是潮汐運動 會有三種不同形式的儀器 一種是所謂的壓力式 第二種是所謂的浮球式 而最後一種則是所謂的超音波式 壓力式的水位計是將一個壓力計放置在海底下 測量它上方海水所造成的壓力變化 因為上方的水面變化會改變壓力計上方水深的高度 進而影響到它底下的壓力值 從壓力值的變化就可以換算出來 這邊的水深高度究竟如何變化 而浮球式則是將一個浮球直接放在水面上 跟隨著海水一起運動 那浮球運動要怎麼樣知道自己到底怎麼動呢 浮球偵測器裡一般會內建一個加速度計 利用加速度計偵測出來自己的運動情形 不管是上下前後左右 它都可以把它記錄下來 最後一種超音波式則可以分成是在水面下方 或者是在水面上方 利用超音波反射水面回到偵測器中間的間隔時間 換算出來海水水面的運動情形 不管是哪一種形式 測量出海水水面的運動週期以及運動的大小 接下來我們就有辦法可以進行分析 知道它究竟是波浪的運動 或者是潮汐的升降了 隨著科技的進步 我們也可以利用在太空中的衛星 利用不同的波長 一次觀測大範圍的海洋麪 可以進行所謂的水色照相 或者是波浪觀察等等 我們也可以在海面上 佈放許許多多的無人浮標觀測站 同時進行海洋以及大氣的觀測 來取得更多的科學數據 科學家們透過這些新的觀測手法 取得更多的數值 然後方便研究來更瞭解我們的海洋 很神奇對不對 瞭解這些觀測方法 也許你未來也能夠加入我們的研究團隊裡面 一起來研究研究海洋裡頭的奧祕喔 我們下一次再見