海洋科学 培养计划 海洋科学专业 海洋科学专业-培养目标,海洋科学专业-简介

海洋科学专业培养具备海洋科学的基本理论、基础知识和基本技能,能在海洋科学及相关领域从事科研、教学、管理及技术工作的高级专门人才。本专业学生具有坚实的数学、物理学及海洋科学方面的基本理论和基本知识,受到海洋科学研究方面的基本训练,掌握海洋科学基本调查方法和实验技能,具有从事海洋调查和海洋科学研究的基本能力。

海洋科学_海洋科学专业 -培养目标

本专业培养具备海洋科学的基本理论、基础知识和基本技能,能在海洋科学及相关领域从事科研、教学、管理及技术工作的高级专门人才。

海洋科学_海洋科学专业 -简介

毕业生应获得以下几方面的知识和能力:

1.掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识;

2.掌握海洋科学的基本理论和基本知识,具有从事海洋调查研究的基本能力;

3.了解相近专业的一般原理和知识;

4.熟悉国家海洋科学技术政策、知识产权、安全条例等有关政策和法规;

5.了解海洋科学的发展动向,能跟踪国际海洋科学研究的方向;

6.掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法;具有一定的实验设计,创造实验条件,归纳、整理、分析实验结果,撰写论文,参与学术交流的能力。

海洋科学_海洋科学专业 -主干课程


海洋科学专业

主要课程:

高等数学、大学物理及实验、大学化学及实验、海洋科学导论、生物海洋学、海洋地质学、海洋调查与观测技术(含出海实习)等。

主要实践性教学环节:

根据课程要求最好从二年级便安排教学实习,也可到高年级安排,包括海洋学实习、毕业论文等,一般安排10-20周。

海洋科学_海洋科学专业 -研究对象

在太阳系的行星中,地球处于“得天独厚”的位置。地球的大小和质量、地球与太阳的距离、地球的绕日运行轨道以及自转周期等因素相互的作用和良好配合,使得地球表面大部分区域的平均温度适中(约15℃),以致它的表面同时存在着三种状态(液态、固态和气态)的水,而且地球上的水绝大部分是以液态海水的形式汇聚于海洋之中,形成一个全球规模的含盐水体──世界大洋。地球是太阳系中惟一拥有海洋的星球。因此,我们的地球又称为“水的行星”。

全球海洋总面积约3.6亿平方公里,约占地表总面积的71%,相当于陆地面积的2.5倍。全球海洋的平均深度约3800米,最大深度11034米,太平洋、大西洋和印度洋的主体部分,平均深度都超过4000米。全球海洋的容积约为13.7亿立方公里,相当于地球总水量的97%以上。假设地球的地壳是一个平坦光滑的球面,那么地球便成为一个表面被2600多米深的海水所复盖的“水球”。世界海洋每年约有50.5万立方公里的海水在太阳辐射作用下被蒸发,向大气供应87.5%的水汽。每年从陆地上被蒸发的淡水仅有7.2万立方公里,约占大气中水汽总量的12.5%。从海洋或陆地蒸发的水汽上升凝结后,又作为雨或雪降落在海洋和陆地上。陆地上每年约有4.7万立方公里的水在重力的作用下,或沿地面注入河流,或渗入土壤形成地下水,最终注入海洋,从而构成了地球上周而复始的水文循环。

海水是一种含有多种溶解盐类的水溶液。在海水中,水占96.5%左右,其余则主要是各种各样的溶解盐类和矿物,还有来自大气中的氧、二氧化碳和氮等溶解气体。世界海洋的平均含盐量约为3.5%。而世界大洋的总盐量约为48×1015吨。假若将全球海水里的盐分全部提炼出来,均匀地铺在地球表面上,便会形成厚约40米的盐层。目前在海水中已发现的化学元素超出80种。组成海水的化学元素,除了构成水的氢和氧以外,绝大部分呈离子状态,主要有氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、氟等11种,它们占海水中全部溶解元素含量的99%;其余的元素含量甚微,称为海水微量元素。溶解于海水中的氧、二氧化碳等气体,以及磷、氮、硅等营养盐元素,对海洋生物的生存极为重要。海水中的溶解物质不仅影响着海水的物理化学特征,而且也为海洋生物提供了营养物质和生态环境。海洋对于生命具有特别重要的意义。海水中主要元素的含量和组成,与许多低等动物的体液几乎一致,而一些陆地高等动物甚至人的血清所含的元素成分也与海水类似。研究证明,地球上的生命起源于海洋,而且绝大多数动物的门类生活在海洋中。在陆地上,生物集中栖息在地表上下数十米的范围内;可是在海洋中,生物栖息范围可深达1万米。因此,研究生命起源的学者把海洋称作“生命的摇篮”。

海洋作为地球水圈的重要组成部分,同大气圈、岩石圈以及生物圈相互依存,相互作用,成为控制地球表面的环境和生命特征的一个基本环节,并具有下面一些特征:

第一,海洋是大气-海洋系统的重要组成部分。由于水具有很高的热容量,因此世界海洋是大气中水汽和热量的重要来源,并参与整个地表物质和能量平衡过程,成为地球上太阳辐射能的一个巨大的储存器。在同一纬度上,由于海陆反射率的固有差异,海面单位面积所吸收的太阳辐射能约比陆地多25~50%。因此,全球大洋表层海水的年平均温度要比全球陆地上的平均温度约高10℃。由于太阳辐射能在地球表面上分布的固有差异,赤道附近的水温显着地高于高纬度海区,因此,在海洋中导致暖流从赤道流向高纬度、寒流从高纬度流向赤道的大尺度循环。从而引起能量重新分布,使得赤道地区和两极的气候不致过分悬殊。海面在吸收太阳辐射能的同时,还有蒸发过程。海水的汽化热很高,蒸发时便消耗大量热量。反之,在水汽受冷凝结时又会释放出相同的热量。因此,海水的蒸发既是物质状态的转化,也是能量状态的转化。海面蒸发产生的大量水汽,可被大气环流及其他局部空气运动携带至数千公里以外,重新凝结成雨雪降落到所有大陆的表面,成为地球表面淡水的源泉,从而参与地表的水文循环,参与整个地表的物质和能量平衡过程。由此可见,海洋对全球天气和气候的形成,以至地球表面形态的塑造都有深远的影响。

全球尺度的海洋-大气相互作用,不仅可以在几个月、几年内对地球上气候带来影响,而且可以在漫长的地质时期中导致显着的气候变异。地球表面的水,除海水以外,约有2%被束缚在固体水(冰)中,这也就是今天的南极洲和格陵兰等冰川。海洋-大气相互作用和气候演变,可以通过海平面的高度和冰川体积的变化显示出来。地质学研究表明,在地球最近所经历的10亿年中,地球表面的水量是近似恒定的。由此可以推知,假若现代冰川全部融化则海平面将升高约60米。这对于人类无疑将是一场巨大的灾难。事实上,在地质时期中,曾出现过大陆冰川发展和融化的多次交替,每次交替都影响地球的气候、大气环流和水文循环,引起生物的大调整。据地质学和古地理学的考察,在第四纪最大的冰期中,冰川的体积3倍于现代冰川,海平面则平均低于现代海平面约130米,露出了大部分大陆架。基于这些观测事实,目前对地球气候长期变异过程已建立多种“冰川-海洋-大气”系统的相互作用模型,并从数值上模拟出接近观测事实的结果。这种模拟结果大体同根据更新世地质、古地理资料复原的气候演变相符。第二,海洋是地球表面有机界与无机界相互转化的一个重要环节。地球上存在着一个很薄的“生物圈”,它集中在地球表面三种形态的水的交界面附近。地球上这个有生命的物质圈层之所以能够产生、进化并延续下去,是依靠大规模的物质和能量转化以及有机物质和无机物质的相互转化。而这些物质和能量的循环与转化过程的方式和强度,在迄今已知的星球中也是独一无二的。否则,我们赖以生存的地球将如同已知没有发现生命现象的星球一样,只能是一个死寂的世界。

海洋中的动物约16~20万种,植物约1万多种。海洋中的生物,如同整个生物圈中的生物一样,绝大多数直接地或间接地依赖于光合作用而生存。在地球上,植物的光合作用能将无机物直接转化为有机物,从而将太阳辐射能转化为化学能。动物是不进行光合作用的,基本上依赖于消耗植物(直接或间接)而生存繁衍。假若植物的光合作用过程一旦中止,则绝大多数的动物就有灭绝的可能。这样,由海洋光合植物、食植性动物和食肉性动物逐级依赖和制约,组成了海洋食物链。在这链的每一个环节,都有物质和能量的转化,包括真菌和细菌对动植物尸体的分解作用,把有机物转化为无机物。于是,由植物、动物、细菌、真菌以及与之有关的非生命环境组成一个将有机界与无机界联系起来的系统,即通常所说的海洋生态系。这个系统的状态,通常可用两类指标来描述:一类是静态指标,如生物量等;另一类是动态指标,如生产力等。根据有的学者估算,海洋的总生物量约为3×1010吨,只有陆地总生物量的1/200左右,如按干重计算则仅相当于陆地总生物量的1/350。但是,就生产率而论,海洋却同陆地大体相当(海洋为4.3×1011吨/年,陆地为4.5×1011吨/年);更值得注意的是,海洋有机物质的相对生产率(即生产力与生物量之比值)远高于陆地,两者之比相差200多倍。这是因为海洋中有机物质的生产者主要是单细胞生物,而陆地上有机物质的生产者主要是多细胞生物。

第三,海洋作为一个物理系统,其中发生着各种不同类型和不同尺度的海水运动和过程,对于海洋中的生物、化学和地质过程有着显着的影响。海水运动按其成因,大致分为:①海水密度变化产生的“热盐”运动,如海面蒸发、冷却和结冰,以及海水混合等,使海水密度增大而下沉,并下沉至与其密度相同的等密度面或海底作水平运动;②海面风应力驱动形成的风生运动,如风海流和风生环流等;③天体引力作用产生的潮汐运动;④海水运动速度切变产生的湍流运动;⑤各种扰动产生的波动,如风浪、惯性波和行星波等。而海洋中的各种物理过程,通常除了按其物理本质分为力学、热学、声学、光学和电磁学等过程以外,一般按其特征空间尺度(或特征波数,主要是水平特征空间尺度或波数)和特征时间尺度(或特征频率),大致分为小尺度过程、中尺度过程和大尺度过程。其中,小尺度过程主要包括:小尺度各向同性湍流,海水层结的细微结构、声波、表面张力波、表面重力波和重力内波;中尺度过程主要包括:惯性波、潮波、海洋锋、中尺度涡或行星波;大尺度过程主要包括:海况的季节变化、大洋环流、海水层结的纬向不均匀性和热-盐环流等。

海洋是生物的生存环境,海水运动等物理过程会导致生物环境的改变。因此,不同的流系、水团具有不同的生物区系和不同的生物群落。海水运动或波动是海洋中的溶解物质、悬浮物和海底沉积物搬运的重要动力因素,因此,海洋中化学元素的分布和海洋沉积,以及海岸地貌的塑造过程都是不能脱离海洋动力环境的。反过来,海水的运动状况也与特定的地理环境、化学环境有关。这就是海洋自然环境的统一性的具体表现。

第四,大洋地壳作为全球地壳的一个结构单元,具有不同于大陆地壳的一系列特点。陆壳较轻、较厚,比较古老;洋壳较重、较薄(缺失花岗岩层),相对年轻。在地壳的均衡作用下,陆壳质轻而浮起,洋壳质重而深陷。地球之所以存在着如此深广的海洋,是与洋壳的物质组成有关的。

由于海水的复盖,海底地壳是难以直接观察的。近半个世纪以来,深海考察发现了海洋中有深度超过万米的海沟,长达上千公里的断裂带以及众多的海山;而给人印象最深的是存在着一条环绕全球、纵贯大洋盆地、延伸达80000公里的水下山脉体系。这条水下山脉纵贯大西洋和印度洋的洋盆中部,所以称为大洋中脊。在大洋中脊顶部发育有一条被断裂带错开的纵向的大裂谷,称为中央裂谷。

和大陆地壳相比较,大洋地壳缺乏陆上那种挤压性的褶皱山系。巨大的大洋中脊主要由来自炽热的地球深处的玄武岩所组成。观测和研究表明,大洋中脊的裂谷是地壳最薄弱之处。这里有频繁的地震、火山活动和极高的热流值,地球内部炽热的熔岩通过这个薄弱带不断涌上来,冷却后凝结成新的洋底地壳,并向两侧扩张。扩张速度可达每年1~16厘米。这种扩张过程迄今仍在继续。这条全球性的大洋中脊和裂谷系以及海沟等构造活动带把全球岩石圈分成六大板块(欧亚板块、非洲板块、印度板块、南极洲板块、美洲板块和太平洋板块)和许多小板块。板块是位于地球软流层上的刚性块体,板块的边界是构造运动最活跃的地方,而板块之间的相对运动则是全球构造运动的基本原因。

在板块的分离、漂移和聚合作用下,海陆位置不时变动。在地质历史上,大陆曾反复裂离和聚合,大洋则屡经张开和关闭。2亿年前,地球上只有一个超级大陆和超级大洋,当时还没有大西洋和印度洋。近2亿年来,大西洋和印度洋从无到有,从小到大,而太平洋却在不断地收缩。在一个表面积基本不变的地球上,一些大洋的张开必然伴随着另一些大洋的缩小或关闭。海洋是个非常古老的地质体,海水的年龄可以远溯至前寒武纪。但大洋地壳是一边生长,一边俯冲,处于不断更新的过程。现代洋壳的年龄不到2亿年。古老的海水与年轻的洋底共存,应当说是海洋系统的一个重要特点。

20世纪70年代以来,海洋学者乘坐潜水器考察大洋中脊和裂谷,发现从裂谷底喷涌出来的热泉。原来,冷海水沿裂隙渗入炽热的新生洋壳内部,变成热海水,热海水和洋壳玄武岩之间发生强烈的化学反应。玄武岩中的铁、锰、铜、锌等被淋滤出来进入热海水,从而喷出富含金属的热泉。由河流带入海洋中的镁、硫酸根,在上述过程中也大部分被中脊轴部的洋壳所吸收。据估计,沿着80000公里长的大洋中脊只需800~1000万年,与世界海洋等量的海水就可以经过脊轴洋壳循环一遍。这对于海水化学成分的演化,不能不产生十分深远的影响。

总之,海洋中发生的各种自然过程,在不同程度上同大气圈、岩石圈和生物圈都有耦合关系,并且同全球构造运动以及某些天文因素(如太阳黑子活动、日-地距离、月-地距离、太阳和月球的起潮力等)密切相关,这些自然过程本身也相互制约,彼此间通过各种形式的物质和能量循环结合在一起,构成一个具有全球规模的、多层次的海洋自然系统。正是这样一个系统,决定着海洋中各种过程的存在条件,制约着它们的发展方向。海洋科学研究的目的,就在于通过观察、实验、比较、分析、综合、归纳、演绎以及科学抽象方法,去揭示这个系统的结构和功能,认识海洋中各种自然现象和过程的发展规律,并利用这些规律为人类服务。

海洋科学_海洋科学专业 -研究特点

世界海洋中所发生的各种自然现象和过程具有自身的特点,海洋科学研究也相应地表现出某些特征。

方法论

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。海洋科学的观察主要是在自然条件下进行的,不能不受到自然条件的限制。各种海洋现象和过程,有的“时过境迁”,有的“浩瀚无际”,有的因时间尺度太长,短时间的观测资料不足以揭示其历史演变规律。加之,其中各种作用相互交叉、随机起伏,因此在自然条件下的观察只能获得关于海况的一些片断的、局部的信息。即使获得某一海区近百年的海况和海洋生物种群动态的观测序列,那也只是整个海洋生态环境和生物种群动态总体中的一个小小的样本。所以,在海洋科学研究中比较着重于从信息论、控制论和系统论的观点,研究海洋现象和过程的行为与动态,并根据已有的信息,通过系统功能模拟模型进行研究,对未来海况作出预测。

整体化趋势

海洋科学研究和科学理论呈现出日益增强的整体化趋势。如前所述,海洋中的各种现象和过程既表现出多样性,又存在统一性。随着海洋科学的发展,揭示出的海洋现象越来越多,因此学科的划分也就越来越细,研究领域也越来越广。但是各个学科往往过多地强调本学科的独立性、重要性,而忽视学科之间的内在联系。然而,近20年来对海洋现象和过程的深入研究发现,各分支学科之间是彼此依存、相互交叉、相互渗透的,而每一门分支学科只有在整个海洋科学体系的相互联系中才能得到重大发展,从而出现了现代海洋科学研究以及海洋科学理论体系的整体化趋势。这不仅打破了各分支学科的传统界限,而且突破了把研究对象先分割成个别部分,然后再综合起来的传统研究方法。要求从整体出发,从部分与整体、整体与外部环境的联系中,揭示整个系统的特征和发展规律。例如,研究海洋中沉积物的形态、性质及其演化,就必须了解海流、生物和化学等因素对沉积物的搬运及影响过程;研究海洋生态系的维持、发展或被破坏的过程,必须了解海洋中有关的物理过程、化学过程和地质过程。

直接观测

在自然条件下对海洋中各种现象进行直接观测是其基本研究方法。世界海洋是一个庞大而又复杂的自然客体,其中发生着各种尺度不一、性质不同的运动。它们的空间尺度可以从几厘米到几千公里,时间尺度从数秒到几个月,甚至几年,深层环流的时间尺度可长达数千年。影响海洋气候状态的一些天文因素,如地球轨道参数随时间变化的尺度可达1万年至10万年的量级,至于大洋海盆形态变化的时间尺度,则长达几百万年至几千万年。这些不同尺度的运动现象之间存在着复杂的作用。由于质量运动连续性原理,海水的垂直运动总是和水平运动共存的,即使是同一种运动,也可以由不同的力学原因而引起。海洋科学还具有明显的区域性特征,即使是同一区域,海洋、水文、化学要素及生物分布也是互相各异、多层次性的。因此,很难在实验室里对各类海洋现象和过程以及它们之间的相互作用进行精细的实验,也不能只靠数学分析和数学模拟来进行研究。而是要充分利用科学调查船等设备在自然条件下进行观察研究。直接的观察研究,既为实验室研究和数学研究的模式提供确切的可靠资料,又可以验证实验室和数学方法研究结论的可靠性。因此,在自然条件下进行长期的、周密的、系统的海洋考察是海洋科学研究的基本方法。

技术设备

在海洋科学研究中,海洋观测仪器和技术设备起着重要的作用,有时甚至是决定性的作用。海水深而广,具有大密度和流动性,给人们的直接观测带来极大困难。从海面向下大约每增加10米,压力就要增加一个大气压,在万米深处,海水的压力作用可以把潜水钢球的直径压缩进几个厘米,人类很难在这样大的深处活动;从技术角度来说,人在深海底行走比在月球上漫步还要困难。海水对电磁波的吸收也相当显着,在水深200米以下,可见光波被吸收殆尽。因此,靠简单的手段去观测海洋深层的生物活动、海底沉积和海底地壳的组成及变化是非常困难的。即使在海洋上层,海水处于不断的流动和波动状态,依靠一个点上的观测资料,也很难说明面上的情况。增加调查船只的数量固然可以扩大观测范围以取得大量必须的资料,但耗资巨大。因此,只有大力发展海洋观测仪器和技术设备才能取得所需要的大量海洋资料,以推动海洋科学的发展。20世纪60年代以来,海洋科学的发展表明,几乎所有主要的重大进展都和新的观察实验仪器、装备的建造,新的技术的发明和应用,观察实验的精度以及数据处理能力的提高有紧密关系。例如,浮标观测技术、航天遥感技术和计算技术的应用,促成了关于海洋环流结构、海-气相互作用、中尺度涡旋、锋区、上升流、内波和海洋表面现象等理论和数值模型的建立;高精度的温盐深探测设备和海洋声学探测技术的发展,则为海洋热盐细微结构的研究和海况监测提供了基本条件;回声测深、深海钻探、放射性同位素和古地磁的年龄测定、海底地震和地热测量等新技术的兴起和发展,对海底扩张说和板块构造说的建立作出了重要贡献。

海洋科学_海洋科学专业 -开设院校

同济大学

南京大学

中山大学

海洋科学 培养计划 海洋科学专业 海洋科学专业-培养目标,海洋科学专业-简介

中国海洋大学

中国地质大学

浙江大学

温州医科大学

海南大学

天津科技大学

北京大学

山东大学

大连海事大学

上海海事大学

厦门大学

上海海洋大学

河北农业大学

河北工业大学

海南大学

河海大学

浙江海洋学院

广东海洋大学

大连海洋大学

深圳大学

淮海工学院

  

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