为什么永久性温跃层形成最主要的在冬季季
温跃层是海水温度一般随深度而递减，在递减率(或温度梯度)最大处的一定厚度的水层。 温跃层的内部结构有相当明显的地域差异。在北赤道流与赤道逆流的边界附近，跃层在赤道海域内不仅最浅，且层内水温垂直梯度也最大。冬季里海水温分布特点及成因
冬季里海水温分布特点及成因 夏季，水面平均温度为24~26℃(75~79 ℉)，南部水温稍暖。然而，冬季温差大，北部为3~7℃(37~45 ℉)，南部为8~10℃(46~50 ℉)。东部沿岸地区深水上涌--盛行风活动的结果--也可导致夏季温度明显降低。 水温分布随季节和地区而不同。冬季，表层水温南北差异较大，2月北里海仅0.1~0.5℃，南里海可达8~10℃。夏季，温差较小，一般为24~27℃。水温的垂直分布也随季节而变化。冬季，北里海和中里海，水温几无变化,南里海在50~100米深处有温跃层。夏季，中部的30~50米深处和南部海区，上下层温差较大。黄海与东海的比较
一、面积
黄海面积为40万平方公里。
东海面积为77万平方公里。
二、水深
黄海平均水深90米， 海底比较平坦，大部分水深60米以上。最大水深为济州岛西北侧附近(245米)。
东海平均水深349米，最深处为台湾东北(2322米)。
三、地理位置
黄海是太平洋西部最大的一个边缘海， 是一个近似南北向的半封闭海域。它在西北以辽东半岛南端老铁山角与山东半岛北岸蓬莱角连线为界，与渤海相接；南以中国长江口北岸启东嘴与济州岛西南角连线为界，与东海相连。
东海是由中国大陆和中国台湾岛以及朝鲜半岛与日本九州岛、琉球群岛等围绕的边缘海。东北部通过对马海峡与日本海相通，西南部通过台湾海峡与南海相连。
四、注入主要河流
黄海的主要河流有淮河，鸭绿江、大同江、汉江等。
东海的注入河流中，长度超过百公里的河流有40多条，主要有长江、钱塘江、闽江及浊水溪等。
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夏季季风转换期间中沙群岛附近海域的温盐分布特征
黄 磊 高红芳
（广州海洋地质调查局 广州 510760）
第一作者简介：黄磊（1984-），男，硕士，助理工程师，主要从事海洋地质和海洋水文研究，E-mail：1ei841004＠163.com
摘要 对2009年5月中沙群岛附近海域的水文观测资料，运用垂向梯度法，计算了中沙群岛海区温度及盐度两种跃层所处的深度及各自的厚度和强度，并进行了相应的分析。结果表明，夏季风转换期间海洋表、底层温度分布南高北低，表、底层盐度分布较为均匀；垂直结构上温度跃层比较稳定，无逆跃层出现；盐度跃层基本为单跃层，但在研究区南部混合层以下出现两种盐度异常水体。
关键词 季风转换 温跃层 盐跃层 盐度异常
海洋要素跃层的时空分布规律是物理海洋学的重要研究内容［1］，其分布和变化不仅关系到水团垂直边界的划定，而且直接影响到潜艇活动和水声仪器的使用以及海洋渔业的发展。因此国内外对跃层的研究，不论是关于大洋跃层的理论，还是浅海跃层的分析与诊断都非常活跃，特别是有关中国陆架海区跃层分析与诊断方面的研究更是成果颇多，如毛汉礼等人对黄海、东海温、盐、密跃层的分布和消长变化规律进行了详细的阐述［2］；邹娥梅等对黄海、东海温跃层在成长、强盛、消衰和无跃期的各特征值的分布特征及季节变化作了探讨和分析［3］；吴巍，贾旭晶等分别针对南海跃层几种不同的计算方法进行了讨论［4-5］；邱春华等利用SODA（Simple Ocean Data Assimilation）分析了南海北部深水海域温度及盐度的季节和年际变化特征，讨论了季节及年际变化尺度上黑潮通过吕宋海峡对南海北部温、盐场的影响［6］。但以上研究大多是对大范围海域内温盐特征进行分析，针对某一特定区域进行详细分析对比的研究还较少，本文以2009年5月广州海洋地质调查局在南海中沙群岛海域观测的温盐深（CTD）资料，分析了春夏季风转换期间该区水体的温、盐特征，探讨了近表层盐度异常水体的来源和盐度逆转现象形成的可能机制。
1 温盐的水平分布特征
中沙群岛附近海域位于南海中北部，主要跨越了陆坡（岛坡）和深海盆两大地貌单元。该区域属于亚热带季风气候，特点是高温多雨，盛行季风，偶有热带气旋活动。由于该海域受冷空气、南海高压、副热带高压、辐合带及热带气旋环流等多种因素的综合影响，导致该海域水文气象条件较复杂且明显随季节变化而变化。
2009年5月14日～6月1日，广州海洋地质调查局“海洋四号” 综合科学考察船在南海中沙群岛海域进行了为期15天的CTD观测。共设置CTD测站19个（图1），取样时处于南海夏季季风转换期。
图1 研究区位置及CTD取样站位分布图
表层海水的温、盐分布明显受季风、太阳辐射等因素的影响，从图2a可以看出，表层温度分布具有南高北低的特点，即北部陆坡区温度较低，在28℃以下，最北端CTD5表层海水温度为26.248℃；由北向南至深水区，温度逐渐上升到28℃以上，最南端CTD19表层海水温度为29.477℃，南北两端温度相差3℃左右。由于南部处于开阔海域，能吸收更多的太阳辐射，表层增温较快，所以温度普遍比北部高。而海底底层水温的变化明显受海水深浅的影响，水深深的地方底层温度低，在海盆区最低可达2.372℃；水深浅的地方底层温度较高，在中沙海台海底温度为11.025℃。从图2b可以看出，海底底层水温在调查区西南部较高，西北部和海盆区较低。
图2a 表层海水温度的水平分布
图2b 底层海水温度的水平分布
图2c 表层海水盐度的水平分布
图2d 底层海水盐度的水平分布
研究区的表、底层海水盐度分布相对比较均匀，从南到北仅有微小的变化。表层海水盐度变化范围在33.1～33.9之间，其中最低值位于CTD18，盐度值为33.150，最高值位于CTD6，盐度值为33.886。从整体趋势来看，表层海水盐度在调查区南部相对北部较低（图2c），原因是南部海域较北部陆坡区更为开阔，上层海水受季风及蒸腾作用的影响，海水混合程度较高，因此盐度值普遍比北部低。底层海水盐度变化范围在34.4～34.7之间，其中最低值位于CTD18，盐度值为34.458，最高值位于CTD15，盐度值为34.631，二者相差并不大（图2d），原因是底层水体盐度的变化跟海水的深浅有关，水深深的地方压强大，海水密度大，盐度值较高，水深浅的地方压强小，海水密度小，盐度值较低。
2 温盐的垂直分布特征
2.1 跃层特性
依环境参数的不同，跃层可有温跃层、盐跃层等，它们的形成原因不尽相同，但形成过程之间却有一定的联系。跃层的示性特征用跃层的深度、厚度和强度表示。分析研究区跃层的示性特征是采用CTD提供的标准层资料。确定跃层的方法是先选定某一水文要素跃层强度的最低指标值，然后对这一水文要素的标准层资料求其变化率，即垂向梯度。把该水文要素垂向梯度值大于、等于最低指标值所在深度范围称之为跃层；跃层上、下端点所在深度分别为跃层上、下界深度；跃层下界深度与上界深度之差为跃层的厚度；跃层上、下界深度对应的水文要素值之差除以跃层厚度所得的结果为跃层强度。跃层强度最低值的选取依据海洋调查规范［7］给出的最低标准（表1）。
表1 跃层强度的最低标准
2.2 温跃层
研究区地处亚热带季风区，这里海域广阔，海水较深，大部分海区的跃层具有低纬深海大洋的跃层性质。其跃层类型主要包括浅跃层和深跃层。浅跃层一般分布在近海陆架区及外海深水区的上层，其主要特征是上界深度浅、厚度薄、强度大，且具有明显的季节变化；深跃层比较稳定，终年存在，为永久性的，其主要特征是上界深度较深，厚度较大，强度较弱，季节变化不明显［8］。中沙群岛属于外海深水区，这里浅跃层较弱，其底界深度较深，有时与下面的深跃层上界深度间隔较小，因此在这里将浅跃层与深跃层合二为一作为单跃层处理。例如CTD9和CTD14位于海盆区，水深都接近4000 m，从图3和图4可以看出，浅跃层深度在25 m左右，深跃层深度约为50 m，浅跃层底界深度跟深跃层顶界深度之间的间隔距离很小，因此在分析跃层深度和厚度时将其当做一个跃层进行处理。
在跃层的分析中没有发现逆跃层的现象。根据张勐宁，刘金芳等［9］对南海温跃层的研究，在南海逆跃层主要出现在北部近海，即粤东、粤西近海和北部湾及越南岘港附近海域，且多出现在1月到4月份，其他月份只有10月份出现局部范围的逆跃层，这与我们的分析结果是相符的。另外需要特别指出的是，CTD13和CTD18分别位于中沙北海岭和中沙海台，水深分别为2340 m和360 m，受复杂的海底地形和海流的影响，多跃层的现象较明显（图5，图6），跃层深度、厚度和强度的判定采用邱章，徐锡祯等［4］的分析方法，取第一个跃层的上界深度为跃层顶界深度，最后一个跃层的下界深度为跃层的底界深度，如果由此定出的跃层其强度达不到最低指标值，则对多个跃层依其深度进行适当的组合，最后从中确定的跃层，其强度不但满足最低指标值，而且较强，同时其厚度也尽可能的大。
图3 CTD9温度梯度变化曲线图（注：400 m水深以下曲线变化幅度很小，未在图中表示，以下同）
图4 CTD14温度梯度变化曲线图
通过对温跃层深度、厚度、强度的分析可以看出，取样时正值春夏交替，海表盛行风转为较弱的西南风，太阳辐射逐渐增强，表层海水逐渐增温，但是由于出现上暖下冷的海水现象及风力搅拌作用较弱，大部分跃层深度都在40 m以下，由于我们是将浅跃层和深跃层合并处理，故跃层厚度较厚，一般在130～150 m之间，跃层强度变化不大，一般在0.07～0.09℃/m之间。
图5 CTD13温度梯度变化曲线图
图6 CTD18温度梯度变化曲线图
2.3 盐跃层
在热带海域的上层海洋，气候平均的盐度值随深度呈现单调增加，温度值随深度呈现单调降低，密度随深度呈现单调增高。南海气候平均的温度、盐度和密度也符合上述规律［10］。以盐度为例，从图7a可以看出150 m深度以浅的盐度变化趋势是随深度单调增加。其跃层类型都是单跃层，顶界深度约在30～40 m，跃层厚度约在100～155 m之间，跃层强度在0.01～0.15m-1之间变化。与气候平均值相比，个别站位航测盐度在次表层出现极低盐度值，或者在次表层交替出现高-低盐度极值（图7b），同时温度和密度却符合上述一般垂向分布规律（给出对应位置温度的分布图，图7c），这种盐度的逆转显然具有特殊性。参照对应的混合层深度位置以及南海气候态温跃层的分布［11］，发现这种盐度在垂向上的异常基本出现在混合层底和强温跃层之间的深度位置［12］。这种盐度异常水体特点为上部混合层一般在30～40 m之间，上下水层盐度异常值相差约0.3，最低盐度值约在60～70 m之间，盐跃层强度在0.01～0.3 m-1之间变化。
通过对比两种类型的盐跃层在不同站位的分布发现：第一种类型的盐跃层主要分布在研究区北部陆坡及西南侧；第二种类型的盐跃层主要分布在研究区南部海盆区。这些盐度异常水体在春夏季风转换期间具有普遍性［7］，其原因主要是南部海区热量摄入较多，有利于蒸发，并在2～3级风作用下，形成了比较浅薄的相对高盐水层，而它的下面仍为冬季遗留下来的低盐水层，从而在垂向上呈现出如图7b所示的上层盐度逆转结构。以后随着夏季季风的稳定增长，上混合层厚度加大，冬季遗留下来的低盐水层会最终变性消失。据此可以认为：在夏季季风转换期间异常表层水的出现主要是该海区气候环境特征造成的，其生成机制涉及混合层与温跃层的交换以及温跃层的动力调整。
南海地质研究.2012
图7 观测期间典型的垂向盐度和温度特征图（a为盐度随深度单调变化图；b为盐度异常变化图；c为盐度异常水体对应的温度变化图）|Fig.7 Typical temperature and salinity profiles（a：salinity with depthmonotonic changes profiles.b：salinity abnormal changes profiles.c：abnormal saline water temperature changes profiles）3 结 语
根据上述分析结果，初步得到夏季季风转换期间中沙群岛北部附近海域的温盐分布特征：
（1）表层海水受季风、太阳辐射等因素影响，温度分布具有南高北低的特点，盐度变化幅度不大，南部相对北部较低；底层海水受地形、水深等因素影响，在调查区西南部温度较高，西北部和海盆区较低，盐度分布特征正好相反。
（2）利用垂向梯度法对温跃层进行分析得出调查区内浅跃层、深跃层普遍存在。浅跃层特征为上界深度浅、厚度薄、强度大；深跃层特征为上界深度较深，厚度较大，强度较弱。在中沙海台和中沙北海岭，受复杂的海底地形和海流的影响，多跃层现象较为明显。
（3）利用垂向梯度法对盐跃层进行分析，得出跃层类型基本都为单跃层，但个别站位混合层以下出现盐度逆转现象，这些站位都分布在南部海盆区。异常表层水的出现主要是该海区气候环境特征造成的，其生成机制涉及混合层与温跃层的交换以及温跃层的动力调整。
参考文献
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Analyses on Temperature and Salinity Distributions in ZhongSha Islands Waters During Spring to Summer Monsoon Transition
Huang Lei，Gao Hongfang
（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）
Abstract：Based on the data collected during an investigation in the Zhongsha Islands in May，2009，using vertical grads method in thermocline and halocline calculation and discussed thecharacteristics of the transition layer.The results show that the temperature of sea water was high-er in south area and the salinity of sea water is relatively equality during spring to summer mon-soon transition.The vertical temperature stratification was stable and not existed temperature in-version.Almost vertical salinity stratification was single halocline，but two types of the abnormalsaline water were found under the mixed layer in the south part of the Zhongsha islands.
Key words：Monsoon transition Thermocline Halocline Abnormal saline water
海水的主要理化特性是什么？
表层水与底层水的水温差异
全球海洋中海水温度的变化幅度大致在-2℃～33℃之间。其中，表层海水的水温变化幅度最大，大约是在-2℃～33℃之间；而底层水的水温变化幅度较小，通常多维持在0℃～6℃范围内。
表层水温度最高的区域为北纬5°～10°海域，该海域的部分海区，如波斯湾，夏季的表层水温有时可高达33℃，岸边浅水域的表层水温有时甚至能达到36℃。表层水温最低海域为南极海域，其中威德尔海的长年水温一般都低于0℃，最低时为-2℃。北冰洋是全球纬度最高的海域，大约有2／3的海域表层长年冰冻，其余的海面大多也漂浮着冰山及浮冰，整个北冰洋中仅有巴伦支海由于受北大西洋暖流的影响所以长年不结冰。北冰洋从海面到100～225米深的表层水长年水温一般都在-1℃～-1.7℃之间，从100～225米到600～900米之间的中层水，由于受北大西洋暖流的影响，水温多保持在0℃～1℃之间。北冰洋沿岸地区大多为冻土地带，永冻层厚度一般都可达数百米。
表层水温季节变化幅度最大的是中纬度海域，一年之中最高水温有可能达到30℃，而最低水温则可能低于0℃，年水温差可超过30℃。而赤道海域和极地海域水温的季节变化幅度都比较小，年水温差一般很少能超过10℃。
底层水占海水总量的75％以上，其水温长年多维持在0℃～6℃之间，其中，有大约50％左右的深层水长年水温仅有1.3℃～3.8℃，只有极个别的海域底层水温会低至0℃。在大洋深处的海盆中，地壳的热量可以对底层水的水温产生一些影响，但至多也只能使底层的水温上升0.5℃左右。
温跃层
大洋中的海水，温度垂直分布存在着典型的三层式结构。
上层为混合层。其厚度大约在20～200米，不同海域厚度不同。混合层上下温度比较均匀，但表层温度存在比较明显的昼夜变化与季节变化。
中层为温跃层。在温跃层内，随水深的变化海水温度急剧下降。温跃层在不同海区分布深度不同。在南北信风带海域，温跃层多出现在200米左右水层，在长日照海域，昼夜温跃层多出现在6～10米水层，而季节温跃层多出现在30～100米水层。温跃层的厚度一般都不太厚，通常只有几米至几十米，但其温度变化幅度却非常大，在低纬度海域可以从20℃～30℃急剧下降为3℃～6℃。
温跃层并不是在所有的海域都存在，高纬度海域由于表层水温长年都比较低，与底层水的水温差别不是太大，因而很少出现温跃层。
海水体温度分层示意图
底层为低温层。在大洋深水区以底层水的厚度最大，温度变化幅度也最小。大洋底层水的温度一般都保持在0℃～6℃范围，即使是热带海域，1500米以下的水温也很少能超过3℃。但水温低于0℃的底层水分布区域也不是很多。
温跃层的成因
温跃层的形成原因大致上有三种。一种是随寒流携入的低温水，由于比重较大，会下沉至高温水的下部，形成较为稳定的低温水团，在冷水团与其上方暖水团的界面处存在较大的水温差，可形成稳定的温跃层。第二种是季节温跃层的形成，即表层海水受季节性气温的影响水温升高，由此而形成的暖水团，因密度变小而稳定存在于其下方温度较低的水团之上，两个水团的界面处存在较大的温差，形成季节温跃层。季节温跃层一般多生成于中纬度海域。
海水密度计
第三种是昼夜温跃层的形成，由于表层海水白天受太阳光辐射的影响水温升高，形成的暖水层，也可稳定存在于其下方温度相对较低的水层之上，两个水层的界面处形成昼夜温跃层。昼夜温跃层一般多生成在比较浅的水层中，而且不太稳定。
影响海水密度的主要因素
海水密度是指每单位体积海水的质量，常用单位为“克／立方厘米”或“克／毫升”。人们习惯上常将海水密度称为海水比重，一般多用海水比重计进行测量。海水的平均密度一般多在1.025～1.028克／毫升之间。
海水密度主要受盐度、温度和压力的影响，在其他两个因素不变的情况下，盐度上升则密度增大，温度上升则密度减少，压力增加则密度增大。
海水的密度由于海域的不同、深度的不同以及水温和盐度等的不同而各不相同。一般地讲，沿岸水比外海水的密度低，表层水比底层水的密度低。这是因为沿岸海水由于受气温、大陆径流、降水等气候因素的影响，密度变化较大，而且其密度一般都低于海水的平均密度；而大洋深层的海水因水温低、压力大，其密度一般都高于海水的平均密度。降水能使海洋表面的海水盐度降低，再加上太阳的辐射还能提高表层海水的温度，这也是为什么海洋表层水比深层水密度小的原因。此外，深层水的压力比表层水大，压力也会造成深层海水的密度增大。全球海洋中以南极海域的海水密度最大，这不仅是因为其水温低，而且因该海域海水容易结冰，海水在结冰时会释出部分盐分，致使该海域的盐度随之增高，密度变大。
纯水在4℃时密度最大，为1克／毫升。而海水密度最大时的水温却与其盐度有关。例如：盐度18的海水在0.12℃时密度最大，盐度35的海水则在-3.52℃时密度最大。海水结冰后体积约增加9％，密度也相应减少9％。
密度跃层
海水的密度跃层一般都是在海洋中两个密度不同的水团界面处形成的。例如，当表层海水因大量蒸发而导致盐度增加，致使其密度增大时，或者因温度降低而导致其密度增大时，一旦密度大于其下层水团，即开始下沉，直至抵达密度相同的水层后才停止下沉并四下散开。这种因密度大的海水不断下沉，密度小的海水不断上升的海水运动，可促使海水不停地进行垂直交换，形成上升流与下降流，最终有可能形成上下两个密度相对稳定的水层。在两个水层的界面处往往存在着较大的密度差，形成密度跃层。在密度跃层内，随水深的变化，海水密度急剧增大。此外，某些陆间海如果周围有较多的河流注入，河流携入的大量淡水因密度小于海水而浮于海水表层之上，久而久之即可形成两个密度不同的水团，上层水团盐度低密度小，下层水团则盐度高密度大，由此而形成的密度跃层一般都比较稳定，黑海即属于这种类型。
温跃层也属于密度跃层的一种。
盐度是指海水中溶解的无机盐数量，常以其含量的千分值(‰)来表达。例如：海水中含盐量为30‰，则称其盐度为30；含盐量为35‰，则称其盐度为35。
盐度计
全球海洋中海水平均盐度为35，各海域略有不同。其中大洋水的盐度较高，在33～37.5之间；近岸水域由于受降水和大陆径流等的影响较大，盐度要低些，并且不同海区间的差别较大。
全球各大洋中，以北大西洋亚热带海域盐度最高，约为37.5；北冰洋盐度最低，为31～32。盐度最高的海为红海和波斯湾，正常情况下为40～42；盐度最低的海为波罗的海，中部海域的海水盐度通常在6～8之间，而北部和东部海域的海水盐度只有2，几乎与淡水等同。波罗的海四面皆为陆地所包围，仅西侧有3条又窄又浅的海峡与大西洋连通，与外海的水交换量不大，加上流入该海的河流有250条之多，平均每年注入的淡水多达472立方千米，并且当地气候凉湿，蒸发量少，这些因素的共同影响造成了其海水盐度极低。此外，黑海的盐度通常也只有18左右，基本上为半咸水。
海水盐度的测量
海水盐度的测量，过去通常多使用比重计来测量其比重，或者用化学分析方法测量其氯度(即氯离子含量的千分值)，然后再换算成盐度。换算方程式较多，有简有繁，比较常用为：
盐度=(比重-1)×1305盐度=氯度×1.8066现在虽然有了专门用于测量盐度的仪器，如折射式盐度计、电导仪等，但通过测量比重再进行换算的方法，仍是经常使用的方法。
海水、淡水与半咸水的区分
盐度1被作为界定淡水与海水的分界点，通常将盐度低于1的水界定为淡水，高于17为海水，1～17之间的称为半咸水。
顾名思义，海水的透明度是指海水的透明程度。影响海水透明度的因素主要是海水中的浮游生物以及其他颗粒状悬浮物的多少，因而透明度也被作为表达海水质量的指标之一。正常海水的透明度一般都在几米至几十米范围，近岸水域由于受风浪及河流携带泥沙等的影响，海水中颗粒悬浮物较多，因而透明度大多只有几米。越向外海悬浮物越少，透明度越高。外海水的透明度一般都在十几米至几十米，而大洋水的透明度大多为几十米。
我国渤海的海水透明度一般仅3～5米，黄海约3～15米，东海的外海约25～30米。全球各大洋中以马尾藻海的透明度最大，最高时可达72米，这是因为该海远离大陆，处于大洋的环抱之中，除了漂浮有马尾藻等大型海藻外，浮游生物及颗粒悬浮物非常少，因而其透明度要比其他海域高。
海水透明度的测量方法
测量海水透明度的经典方法是用透明度板：将一个直径30厘米的白色圆盘——透明度板(也称塞克板)系于测深绳上，再平放至海水中，由重锤带其缓慢下沉，在水面上垂直向下观察，当透明度板下沉至刚刚看不到时的水深，即为该处海水的透明度值(常以米为单位计量)。
随着测量技术的进步，现在人们也可以用带有光电管的测量仪器，如光束透射计等来测量海水透明度，因而其测量也将变得更加准确快捷。
测量海水透明度
大海是蔚蓝的，这是人们对海洋的第一印象。水是无色透明的，而海水为什么会是蔚蓝色的呢?究其原因，主要是由于海水对阳光中不同单色光的散射结果。海水对阳光中波长较长的红光与橙光吸收多而散射少，而对蓝光则吸收少而散射多，因而人们看起来大海与天空一样都是蔚蓝的。其实大海也并不总是蔚蓝的，特别是近岸的海水，更多的时候是呈现蓝绿色、黄绿色，甚至是棕黄色。
海水之所以会呈现不同的颜色，主要由海水的光学性质以及海水中颗粒状悬浮物的颜色与多少等因素所决定。在热带的大洋中，海水是洁净的，水深且颗粒悬浮物很少，因而在阳光照耀下海水总是湛蓝湛蓝的。若海水中悬浮有泥沙等颗粒物，由于泥沙呈棕黄色乃至黑褐色，根据含泥沙量的不同，海水可呈现黄色、棕黄色乃至褐色等不同颜色。当海水中生存有大量的浮游微藻类，由于微藻的种类及其色泽不同，海水可呈现绿色、黄绿色、黄褐色、棕红色，甚至是红色。人们常说的赤潮，就是由于水中含有大量赤潮生物而使海水呈现红色(或黄褐色)，赤潮也是因此而得名的。此外，海水的颜色还要受天空中的云层高度、云层色泽、光照强度、太阳高度等因素的影响。例如，当天空晴朗时海水本来还是十分悦目的蔚蓝色，一旦阴云密布海水会立即变为昏暗的墨绿色。
海水水色的测定一般多使用透明度板和水色计。在阳光不能直接照射处将透明度板下沉至透明度一半的深度，由水面上垂直观察透明度板白盘所显示的颜色即为该处海水的水色。水色级别的确定还需要用水色计进行比较，与水色计中系列标准水色管的色泽最接近的色级就是该处海水的水色级别。
水色计是由22支长10厘米、直径8毫米，内封装“弗莱尔水色标准液”的无色玻璃管组成。标准液是由精制的蓝、黄、褐3色溶液按不同比例配置而成，由蓝色逐渐过渡到褐色共分为21个色级，1号为蓝色，21号为褐色；中间则依次为深浅不同的天蓝色、蓝绿色、绿色、黄绿色、黄色、棕黄色、黄褐色、红褐色、棕褐色等，按色泽变化深浅程度依次排列。
海水的冰点
海水开始冻结的温度称为海水的冰点。海水的冰点随盐度及水深的改变而改变，盐度增高冰点降低，水深增加冰点下降。
海面的上浮冰
例如：在正常压力下，盐度5的海水冰点为-0.275℃，盐度15的海水冰点为-0.81℃，盐度25的海水冰点为-1.36℃，盐度33的海水冰点为-1.81℃，盐度35的海水冰点为-1.92℃。海水深度每增加100米，冰点下降-0.08℃。
海水的酸碱度(pH值)
海水的酸碱度又称海水pH值。海水中由于含有较多的碱性元素，如钠、钙、镁等，因而正常情况下呈弱碱性，pH值大约为8.1。
溶解氧
海水中氧气的含量大约在4.6～7.5毫克／升的范围。其含氧量受水温及压力影响较大，水温升高则含氧量减少，压力增大含氧量也减少。由于全球的海洋是相互沟通的，因此自然状态下很黑海少存在不含氧的水团。
黑海
但却是个例外，其200米以下的水层中几乎不含氧。黑海由于有几条大河注入，表层水的盐度很低，海水几乎不存在垂直对流的现象，因此表层水中溶解的氧很难到达底层，加上黑海与其他海的沟通又不是特别顺畅，因而底层水极度缺氧。在缺氧的情况下，底层中的嗜硫菌将硫酸盐分解为硫化氢，致使其底层海水略呈黑色。黑海也由此而得名。
海水中光的传播和声音的传播
在热带海域，照射到海面上的太阳光大约有10％被反射，90％被海水吸收。而在极地海域，因为冰层的反光率高，大约有60％～80％的阳光被反射，只有20％～40％被海水吸收。全球海洋的平均吸光率约65％。
海水对不同波长的光吸收率不同。有人曾用洁净的海水做过实验，将不同波长的单色光透过1米厚的海水层，结果波长675纳米的红光被吸收30.7％，波长450～475纳米的蓝光被吸收1.8％～1.9％，波长400纳米的紫光被吸收4.0％，由此可见，海水对蓝光的吸收率最低，而对波长大于或小于蓝光的其他色光的吸收率都高于蓝光。
太阳光照射到海面后，除了约35％被反射外，其余的均被海水吸收。在洁净的大洋水中，红光透过5米水层后被吸收20％，透过10米水层后被吸收99.5％，透射率仅0.5％；而蓝光透过60米水层后才有80％被吸收。透过140～150米水层后大约99％被吸收。照射到海面的阳光，在海洋表面1米的水层中大约有60％被吸收，透过10米水层后有80％被吸收，能透射到10米以下水层的光主要是蓝绿光。在洁净的大洋水中，蓝绿光的穿透深度可达数百米，至800米的水层还能发现极其微弱的蓝绿光，1000米水层只有依靠仪器才能记录到光的存在，1000米以下的水层则基本上是一片黑暗，只有用非常灵敏的仪器才能测到缕缕微光。
根据海水中的光照以及动植物的分布，可将大洋水垂直划分为3个不同的区：
洋面区，也称优光区，其分布水深通常在0～200米范围内，该水层中有一定的光线透过，浮游植物、浮游动物、鱼类等海洋生物在这里生活。洋面区的上层可以为浮游植物的生长提供足够光照，该水层也被称为光亮带。
中层区，也称弱光区，其分布水深约200～1，000米，海水中仅有极其微弱的光线透过，因而浮游植物已不能生存，水层中只有鱼类、虾以及头足类等动物。
深层区，也称无光区，分布水深通常在1，000米以下。其中，1，000～4，000米的水层也称海洋曙光区，只有用非常灵敏的仪器才能测到缕缕微光；4，000～6，000米水层为深渊区，6，000米以下水层为洋底区，这两个区均为完全黑暗的无光地带。
海水传播声音的能力比空气强。声音在空气中的传播速度大约为340米／秒，而在海水中的传播速度大约为1，500米／秒，传播速度比空气快4倍。声音在海水中的传播距离也要比空气中远得多，美国哥伦比亚大学的调查船“维玛”号于1960年所记录到的最大传播距离为1.2万海里，折合为2万千米。
声音在海水中的传播速度与海水的盐度、温度、水深(压力)有关。据研究，海水的含盐量每增加1‰，声音的传播速度就增加1.4米/秒；温度每增高1℃，传播速度就增加3.1米/秒；深度每增加10米，声音的传播速度就增加0.2米／秒。
声音在不同温度海水中的传播速度水温(℃)0102030声速(米/秒)1449149015221546声音在不同水深中的传播速度水深(米)010100100010000声速(米/秒)14491450145114661629