第3章 海洋水文要素觀測(cè)

現(xiàn)代海洋測(cè)繪趙建虎第三章

海洋水文要素觀測(cè)

ObservationsforOceanHydrologicalFactors趙建虎本

章

內(nèi)

容

海水溫度海水鹽度海水密度海水透明度、水色潮汐及潮汐觀測(cè)海洋波動(dòng)類型及其影響海流的類別及其特點(diǎn)ADCP及流速、流向測(cè)量思考題發(fā)生在海洋中的許多自然現(xiàn)象和過程往往與海水的物理性質(zhì)密切相關(guān)。人類要認(rèn)識(shí)和開發(fā)海洋，首先必須對(duì)海洋進(jìn)行全面深入地觀測(cè)和調(diào)查，掌握其物理性質(zhì)。在海洋調(diào)查中，觀測(cè)海洋水文氣象方面的環(huán)境參數(shù)更有其重要的意義。3．1．1海洋水溫及其分布溫度是海洋的基本物理要素之一，很多海洋現(xiàn)象乃至地球現(xiàn)象都與海水溫度有關(guān)。在海洋聲學(xué)測(cè)量中，溫度是計(jì)算聲速的首要因素。3．1海水溫度及其測(cè)量海洋溫度的基本分布情況：隨著緯度增高，溫度不規(guī)則地逐漸下降；等溫線大體呈帶狀分布，在寒暖流交匯處，等溫線密集，溫度梯度最大。南緯北緯溫度（℃）溫度（℃）緯度（°）3020100-103020100-1060402004060203．1．2海水溫度觀測(cè)方法表層水溫觀測(cè)方法直接測(cè)量方法常用儀器：海水表面溫度表、電測(cè)表面溫度計(jì)及其他的測(cè)溫儀器。用水桶提取海水，再用精密溫度計(jì)測(cè)定水溫。衛(wèi)星上通常利用紅外輻射溫度計(jì)測(cè)定海洋水溫

；在海洋浮標(biāo)上一般裝有自記測(cè)溫儀器，記錄所在位置的溫度。深層水溫觀測(cè)主要采用的儀器：常規(guī)的顛倒溫度計(jì)、深度溫度計(jì)、自容式溫鹽深自記儀器（如STD、CTD）、電子溫深儀（EBT）、投棄式溫深儀（XBT）等。實(shí)際測(cè)量中，溫度是以國際溫標(biāo)為依據(jù)，國際符號(hào)為T（熱力學(xué)溫度）或t（攝氏溫度℃）；一般以攝氏溫度表示。3．2．1鹽度的定義

以化學(xué)方法為基礎(chǔ)的鹽度定義：為在一千克海水中，所有碳酸鹽轉(zhuǎn)化為氧化物，溴、碘一氯置換，而且有機(jī)物全部氧化后所含所有固體物質(zhì)的總克數(shù)。（單位是克／千克，符號(hào)S‰，又稱絕對(duì)鹽度）。根據(jù)海水組成恒定性原理，常用氯度來測(cè)定鹽度。鹽度與氯度的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為：3．2鹽度及其測(cè)量363534333236353433326040200406020鹽度‰鹽度‰緯度°1969年電導(dǎo)鹽度定義和鹽度測(cè)定方法：電導(dǎo)鹽度的定義：長(zhǎng)1立方米海水的電導(dǎo)。鹽度計(jì)算公式為：R15為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和15℃恒溫水的條件下，海水樣品與鹽度為35‰的標(biāo)準(zhǔn)海水的電導(dǎo)率比值，稱為相對(duì)電導(dǎo)率或電導(dǎo)比。如果樣品的電導(dǎo)率Rt是在任意溫度t℃下測(cè)定的，則需進(jìn)行溫度訂正，訂正公式為：在重新定義鹽度的同時(shí)，提出了鹽度與氯度新關(guān)系公式：1978年實(shí)用鹽度標(biāo)度：選定一種濃度為精確值的氯化鉀（KCl）溶液，用海水水樣相對(duì)于KCl溶液的電導(dǎo)比來確定鹽度值。（規(guī)定KCl溶液的濃度精確值為32.4356‰）測(cè)定方法：K15是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，15°C時(shí)水樣的電導(dǎo)率C（S，15，0）與同溫同壓下標(biāo)準(zhǔn)KCl溶液電導(dǎo)率C（32.4356，15，0）之比值，即實(shí)用鹽度公式適用范圍為2≤S≤42。3．2．2鹽度的測(cè)定方法1、光學(xué)測(cè)定鹽度法原理：光的折射性。1967年Rusby發(fā)表的折射率差值和鹽度關(guān)系式：式中S為鹽度，t為溫度（℃），△n=nt-n

35：光的波長(zhǎng)=5462．27米。目前使用的儀器有：通用的阿貝折射儀、多棱鏡差式折射儀、現(xiàn)場(chǎng)折射儀等。2、比重測(cè)定鹽度法方法：根據(jù)國際海水狀態(tài)方程，當(dāng)測(cè)得海水的密度、溫度和深度時(shí)，就可以反算出海水鹽度。主要工具：比重計(jì)。該方法一般只適用于室內(nèi)，在精度要求不高的場(chǎng)合可直接用該法測(cè)定，如制鹽場(chǎng)和漁業(yè)系統(tǒng)。3、聲學(xué)測(cè)定鹽度法方法：根據(jù)聲速與海水鹽度、溫度和壓力的關(guān)系，利用聲速儀測(cè)得聲速、并測(cè)出海水溫度和深度來反算鹽度。常用的經(jīng)驗(yàn)公式為：綜合多方面因素，電導(dǎo)率測(cè)定鹽度法為主要測(cè)定方法。海水的密度定義：?jiǎn)挝惑w積海水的質(zhì)量，單位是千克／米3符號(hào)ρ。3．3海水密度及其測(cè)量赤道地區(qū)海水密度低，向兩極則逐漸增大。表層海水密度的水平分布受海流的影響較大，有海流的地方，密度的水平差異比較大。3．3．1海水密度的特點(diǎn)及其分布一切影響溫度和鹽度的因子都會(huì)影響到海水的密度。海水的密度隨地理位置、海洋深度都有復(fù)雜的分布，并隨時(shí)間而變化。在海面，密度的分布和變化僅取決于溫度和鹽度。在鹽度變化較小的海區(qū)，海水的密度主要決定于溫度狀況。在溫度變化較小的海區(qū)，則主要決定于鹽度的狀況。3．3．2海水密度的測(cè)定1、海洋表層密度的測(cè)定Knudsen（1902）發(fā)現(xiàn)在一大氣壓下，溫度為0℃海水密度σ0為鹽度的函數(shù)。關(guān)系式：2、海洋表層以下密度的測(cè)定方法：一般采用數(shù)值計(jì)算的方法求得不同深度的海水密度。則實(shí)用海洋表層以下密度為：海水狀態(tài)方程：公式適應(yīng)范圍：鹽度0～42，溫度2~40℃，壓強(qiáng)0~100Mpa。密度單位kg／m3

，溫度t單位為℃，壓強(qiáng)P單位Mpa。國際作出的新定義為：光線在水中傳播一定距離后，其光能強(qiáng)度與原來光能強(qiáng)度之比。海水透明度：在海洋學(xué)上，是指用直徑為30cm的白色圓盤，將其垂直沉入海水中，直至剛看不見的深度，單位為米。這一深度稱相對(duì)透明度。且有：透明度T=e-cz

，c為衰減系數(shù)，z為光在海水中的傳播距離。觀測(cè)儀器：透明度儀、光度計(jì)等。3．4海水透明度、水色觀測(cè)水色：《海洋調(diào)查規(guī)范》中規(guī)定，透明度盤位于透明度值一半的水層時(shí)，透明度盤上方所呈現(xiàn)的海水顏色稱為水色。水色觀測(cè)方法：觀測(cè)完透明度后，將透明度盤提升到透明度值一半的水層，根據(jù)透明度盤上方所呈現(xiàn)的海水顏色，在水色計(jì)中找出與之相似的色級(jí)號(hào)碼，即為該次觀測(cè)的水色。海發(fā)光：夜間海面上出現(xiàn)的生物發(fā)光現(xiàn)象稱海發(fā)光。海發(fā)光類型可分為火花型、彌散型、閃光型。3．5．1潮汐3．5．1．1潮汐現(xiàn)象

海洋潮汐：海水受到月球和太陽的吸引力作用，產(chǎn)生一種規(guī)律性的升降運(yùn)動(dòng)，這種海面升降現(xiàn)象叫做海洋潮汐。潮汐潮：海水白天的漲落現(xiàn)象。汐：海水夜間的漲落現(xiàn)象。產(chǎn)生潮汐現(xiàn)象的主要原因：地球上各點(diǎn)距離月球和太陽的相對(duì)位置不同。3．5潮汐及潮汐觀測(cè)某地潮汐變化曲線兩個(gè)相鄰高潮或兩個(gè)相鄰低潮之間的時(shí)間間隔兩個(gè)相鄰的高潮和低潮的水位高度差在海面升降的每一個(gè)周期中，海面上漲到不能再升高時(shí)的潮汐月球經(jīng)過某地的子午線圈時(shí)刻。從某一基準(zhǔn)面量至海面的高度海面下降到不能再下降時(shí)的潮汐漲潮：海面從低潮上升到高潮的過程中，海面逐漸上升的現(xiàn)象。落潮：自高潮至低潮的過程中，海面逐漸下落的現(xiàn)象。平潮：當(dāng)海面達(dá)到高潮時(shí)，在一段時(shí)間內(nèi)海面暫時(shí)停止上升的現(xiàn)象。停潮：當(dāng)海面達(dá)到低潮時(shí)候，在一段時(shí)間內(nèi)海面暫時(shí)停止下降的現(xiàn)象。3．5．1．2潮汐日不等現(xiàn)象與潮汐類型

1、日不等現(xiàn)象日不等現(xiàn)象：通過長(zhǎng)時(shí)間的水位觀測(cè)，可以從其記錄曲線上看出，每日的潮差是不等的，這種現(xiàn)象成為潮汐日不等現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：太陽、月球、地球之間的相對(duì)位置的不同。大（?。┏保撼辈钭畲螅ㄐ。┻@一天的潮汐。大潮差：大潮時(shí)的潮差。高（低）高潮：較高（低）的一次高潮。低（高）低潮：較低（高）的一次低潮。以上現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：月球赤緯的變化。分點(diǎn)潮：當(dāng)月球在赤道附近，則兩高潮（低潮）的潮高約相等，此時(shí)的潮汐稱為分點(diǎn)潮。ABN分點(diǎn)潮日潮不等：一日內(nèi)兩次高潮或低潮潮高不等現(xiàn)象?；貧w潮：當(dāng)月球在最北或最南附近時(shí)，所產(chǎn)生的日潮不等為最大，此時(shí)潮汐叫回歸潮。ABN回歸潮2、潮汐類型正規(guī)半日潮：一個(gè)太陰日（約24小時(shí)50分）內(nèi)，有兩次高潮和兩次低潮，相鄰的高低潮之間的潮差幾乎相等，此類潮汐稱為正規(guī)半日潮。不正規(guī)半日潮：一個(gè)太陰日內(nèi)，也有兩次高潮和兩次低潮，但相鄰的高低潮之間的潮差不等，漲落潮時(shí)間也不等，且是變化的。不正規(guī)日潮：一個(gè)朔望月內(nèi)出現(xiàn)的一日一次高潮和一次低潮的日潮類型。正規(guī)日潮：一個(gè)朔望月內(nèi)大多數(shù)天是日潮的性質(zhì)，少數(shù)天發(fā)生不正規(guī)半日潮。3．5．1．3風(fēng)暴潮風(fēng)暴潮：指由于強(qiáng)烈的大氣擾動(dòng)，加強(qiáng)風(fēng)和氣壓驟變所招致的海面異常升高現(xiàn)象。產(chǎn)生風(fēng)暴潮的大氣擾動(dòng)通常包括熱帶風(fēng)暴（如臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)等）、溫帶氣旋、寒流或冷空氣等。風(fēng)暴潮的一個(gè)共同特征：它們都以某種方式依賴于共振現(xiàn)象。不同類型的大氣擾動(dòng)所引起的風(fēng)暴潮的特點(diǎn)也不一樣。由于熱帶風(fēng)暴移動(dòng)迅速，所產(chǎn)生的風(fēng)暴潮有急劇的水位變化；由于熱帶氣旋移動(dòng)較慢，所引起的風(fēng)暴潮的水位變化是持續(xù)的，相對(duì)不很急?。挥珊被蚶淇諝馑ぐl(fā)的風(fēng)暴潮水位變化持續(xù)但不急劇。中國沿岸常受到臺(tái)風(fēng)和寒潮大風(fēng)的襲擊，是一個(gè)受風(fēng)暴潮危害嚴(yán)重的國家。中國風(fēng)暴潮一般具有以下特點(diǎn)：（1）一年四季均有發(fā)生，夏季和秋季常見。（2）發(fā)生的次數(shù)較多。（3）風(fēng)暴潮位的高度較大。（4）風(fēng)暴潮的規(guī)律比較復(fù)雜。3．5．2潮汐觀測(cè)

定義：潮汐觀測(cè)通常稱為水位觀測(cè)，又稱驗(yàn)潮。目的：了解當(dāng)?shù)氐某毕再|(zhì)，應(yīng)用所獲得的潮汐觀測(cè)資料，來計(jì)算該地區(qū)的潮汐調(diào)和常數(shù)、平均海面、深度、基準(zhǔn)面、潮汐預(yù)報(bào)以及提供測(cè)量不同時(shí)刻的水位改正數(shù)等，供給有關(guān)軍事、交通、水產(chǎn)、鹽業(yè)、測(cè)繪等部門使用。3．5．2．1傳統(tǒng)的潮汐觀測(cè)方法

1．水尺驗(yàn)潮水尺水尺上面標(biāo)有一定的度量刻度，一般最小刻度為cm，長(zhǎng)度大約3~5m，一般將其固定在碼頭壁、巖壁或海灘上，利用人工在任意時(shí)刻讀取水位數(shù)據(jù)的。2.井式自記驗(yàn)潮儀驗(yàn)潮井主要結(jié)構(gòu)：驗(yàn)潮井、浮筒、記錄裝置工作原理：通過在水面上隨井內(nèi)水面起伏的浮筒帶動(dòng)上面的記錄滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使得記錄針在裝有記錄紙的記錄滾筒上畫線，來記錄水面的變化情況，達(dá)到自動(dòng)記錄潮位的目的。3．超聲波潮汐計(jì)主要組成部分：探頭、聲管、計(jì)算機(jī)基本工作原理：通過固定在水位計(jì)頂端的聲學(xué)換能器向下發(fā)射聲信號(hào)，信號(hào)遇到聲管的校準(zhǔn)孔和水面分別產(chǎn)生回波，同時(shí)記錄發(fā)射接收的時(shí)間差，進(jìn)而求得水面高度。特點(diǎn)是使用方便，工作量小，濾波性能良好，適用測(cè)量。4．壓力式驗(yàn)潮儀壓力式驗(yàn)潮儀按照結(jié)構(gòu)可以分為機(jī)械式水壓驗(yàn)潮儀和電子式水壓驗(yàn)潮儀。機(jī)械式水壓驗(yàn)潮儀主要組成：水壓鐘、橡皮管、U型水銀管和自動(dòng)記錄裝置組成?；驹恚和ㄟ^測(cè)量水下或與海水相聯(lián)系的水面以上某一界面上由于海面變化引起的壓力變化來測(cè)量水位。電子式水壓驗(yàn)潮儀主要組成：水下機(jī)、水上機(jī)、電纜、數(shù)據(jù)鏈等基本原理與機(jī)械式雷同，不同之處在于利用壓力傳感器代替水壓鐘和U型管，又利用數(shù)字電子技術(shù)將壓力變化轉(zhuǎn)換成水位變化，從而達(dá)到水位觀測(cè)的目的。特點(diǎn)：安裝方便，精度高，攜帶方便，從觀測(cè)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理可以自動(dòng)化計(jì)算機(jī)處理，高效率，濾波性能良好，還可以做近距離遙控。3．5．2．2現(xiàn)代潮汐觀測(cè)方法

水下地形測(cè)量時(shí)希望有一個(gè)穩(wěn)定的垂直基準(zhǔn)面（如潮位面T（t）），在此基礎(chǔ)上，反算海底點(diǎn)高程h。設(shè)z為深度，隨潮位面的變化而變化，則h為：瞬時(shí)海面Ts是潮汐T和波浪w綜合作用的結(jié)果。GPS載波相位差分測(cè)量技術(shù)的發(fā)展為動(dòng)態(tài)環(huán)境下的潮位測(cè)定奠定了理論基礎(chǔ)。1、船載（浮球）GPS驗(yàn)潮原理水上GPS驗(yàn)潮根據(jù)其載體的不同分為船載和浮標(biāo)GPS驗(yàn)潮?；驹恚壕捎幂d波相位差分技術(shù)作為定位基礎(chǔ)，利用大地高反算潮位。hr岸臺(tái)部分船載GPSHkgHkMThk高程基準(zhǔn)面WGS84橢球面水尺海面HrMHrg參考站hruler0hro浮標(biāo)球載GPShsr0GPS驗(yàn)潮原理圖如圖基準(zhǔn)站、流動(dòng)站天線相位中心的正常高為：當(dāng)基準(zhǔn)站和流動(dòng)站間距離不是很遠(yuǎn)（30Km以內(nèi)）時(shí)，有：則潮位值為：為了驗(yàn)證這種方法的正確性，現(xiàn)將水尺驗(yàn)潮思想引入。水尺零點(diǎn)的高程為：則潮位表達(dá)式為：則理論上應(yīng)有：為了消除上述驗(yàn)潮方法中存在的波浪對(duì)潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，常用波浪濾除方法——姿態(tài)補(bǔ)償和門限濾波。2、波浪過濾波浪是引起船姿變化的一個(gè)主要因素，船姿作用下GPS-2天線相位中心到船體吃水面的垂距發(fā)生瞬時(shí)改變，該變化量即為船姿對(duì)水位測(cè)量的補(bǔ)償量，設(shè)p、r為縱搖和橫搖，則船姿對(duì)水位的補(bǔ)償量為：則瞬時(shí)垂距為：經(jīng)姿態(tài)補(bǔ)償后，瞬時(shí)海面高程Ts為：（1）姿態(tài)補(bǔ)償（2）門限濾波由于波浪的涌動(dòng)，船體被抬高或降低，其影響較大。故必須進(jìn)行門限濾波。只要選擇適當(dāng)?shù)膖（涌浪周期），便可利用下式實(shí)現(xiàn)涌浪的濾除：為了更好地確定t，需要考慮兩個(gè)方面的因素：一是波浪的周期變化基本趨于平穩(wěn)；二是短時(shí)間內(nèi)潮位不發(fā)生變化3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析數(shù)據(jù)處理及分析如下：動(dòng)態(tài)基線解算精度分析。計(jì)算縱搖和橫搖角p、r。根據(jù)架設(shè)時(shí)GPS-2天線相位中心到船體吃水面的距離hka、p和r，計(jì)算船體姿態(tài)對(duì)水位測(cè)量的影響量hka。計(jì)算瞬時(shí)海面高程Ts。將瞬時(shí)海面高程與水文站的潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較對(duì)瞬時(shí)海面高程進(jìn)行門限濾波，將得到的結(jié)果再與水文站的潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)比較，是否在限差內(nèi)圖3-15

中心GPS到船弦GPS天線間的測(cè)量距離與固有距離的偏差圖3-16中心GPS到船尾GPS天線間的測(cè)量距離同固有距離的偏差圖3-17中心GPS實(shí)測(cè)潮位與通過驗(yàn)潮水尺觀測(cè)所得潮位的比較圖3-18平滑、改正后的潮位與通過驗(yàn)潮水尺觀測(cè)所得潮位的比較3．6．1海洋中的各種波動(dòng)波動(dòng)的基本特點(diǎn)：在外力的作用下，水質(zhì)點(diǎn)離開其平衡位置作周期性或準(zhǔn)周期性的運(yùn)動(dòng)。1951年蒙克根據(jù)波動(dòng)周期的大小把海洋中的波動(dòng)分為如圖所示的幾種類型。長(zhǎng)周期波1天12h5m30s1s0.1s重力重力波張力波風(fēng)暴、地震涌碎浪細(xì)浪柯氏力半日潮日潮表面張力能量/時(shí)間相對(duì)波動(dòng)周期的波動(dòng)能量分布以及各種波動(dòng)的周期3．6海洋波動(dòng)的基本性質(zhì)波級(jí)H1/3波高范圍(m)H1/10波高范圍(m)浪級(jí)000無浪1H1/3<0.1H1/10<0.1微浪20.1≤H1/3<0.50.1≤H1/10<0.5小浪30.5≤H1/3<1.250.5≤H1/10<1.5輕浪41.25≤H1/3<2.51.5≤H1/10<3.0中浪52.5≤H1/3<4.03.0≤H1/10<5.0大浪64.0≤H1/3<6.05.0≤H1/10<7.5巨浪76.0≤H1/3<9.07.5≤H1/10<11.5狂浪89.0≤H1/3<14.011.5≤H1/10<18.0狂浪9H1/3≥14.0H1/10≥18.0怒浪波動(dòng)可根據(jù)其不同的性質(zhì)以及特點(diǎn)進(jìn)行分類。按相對(duì)水深（水深與波長(zhǎng)之比）分為深水波（短波）和淺水波（長(zhǎng)波）；按波形的傳播分為前進(jìn)波與駐波；按波動(dòng)發(fā)生的位置分為表面波、內(nèi)波和邊緣波之分；按成因分為風(fēng)浪、涌浪、地震波、潮波等。海洋中存在的各種波動(dòng)形式，但都可以用一種簡(jiǎn)單的曲線表示為一條正弦曲線加以描述，如圖：3．6．2波形的傳播與水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)取右手直角坐標(biāo)系，Z軸向上為正，將x—y平面放在海面上，設(shè)波動(dòng)是二維的，只沿x軸方向上前進(jìn)的正弦波，則：a為波動(dòng)的振幅，ζ為波面相對(duì)平均水面的鉛直位移。波形的傳播分別稱為波數(shù)和頻率。當(dāng)水深為h時(shí)，有：水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)雖然波形向前傳播完全是由水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，但是僅傳播波形，水質(zhì)點(diǎn)并不是一直不停地隨之移動(dòng)。若水質(zhì)點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)和平衡位置分別為（x，y）和（x0，y0），則水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：在水平方向與鉛直方向上的水質(zhì)點(diǎn)的速度分量都是周期性變化的，且隨深度增加而以指數(shù)函數(shù)迅速減小。水質(zhì)點(diǎn)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓。3．6．3海底和海岸地形引起的波浪折射、反射、繞射和疊加假如水深不到波長(zhǎng)一半，則波速為水深的函數(shù)。因此推進(jìn)到海岸附近的波動(dòng)，因海底地形的影響會(huì)發(fā)生折射。波浪的輻聚與輻散當(dāng)海岸線為凸凹不平的形狀時(shí)，等深線也沿海岸呈同樣形狀分布，此時(shí)如果波浪入射，那么在海岸的凸或凹處，波速差異很大，波峰線在近岸處具有與海岸的凸凹形狀相似的傾向。當(dāng)然，此時(shí)的波的能量主要集中在海岸的凸處，此處的波高也最大，產(chǎn)生輻聚現(xiàn)象。反之在凹處（例如河口處），波高降低，產(chǎn)生輻散現(xiàn)象。當(dāng)波浪遇到比較陡峭的海岸和海岸建筑物時(shí)，會(huì)發(fā)生反射而形成駐波，在港灣、碼頭常會(huì)見到這種情況，但范圍不會(huì)太大。當(dāng)波浪遇到障礙物時(shí)，例如島嶼、海呷、防波堤等，它可以繞到障礙物遮擋的后面水域去，這種現(xiàn)象稱為繞射。波動(dòng)的疊加設(shè)有兩列振幅、周期、波長(zhǎng)相等，但傳播方向相反的正弦波（類似于反射波與入射波）：兩列波合成后的波剖面方程為：另外，還有一種波疊加現(xiàn)象——波群。設(shè)兩列振幅相等，波長(zhǎng)與周期相近，傳播方向相同的正弦波。合成后的波速與合成前的相近，但其振幅A卻為x與t的函數(shù)，不斷地周期性變化，變化范圍在0～2a之間。3．7．1海流海流按照它的成因可分為三類：梯度流風(fēng)海流補(bǔ)償流。海流屬于穩(wěn)定流，亦即沒有加速度的定常海流。根據(jù)牛頓定律，作用于海流的合力必然為零。3．7海流、潮流及其測(cè)定為了更好地理解梯度流的成因，下面介紹兩個(gè)概念：等壓面等壓面是壓力處處相等的一個(gè)假想面，海面就可以近似地看作一個(gè)等壓面。與等壓力面垂直方向存在著壓強(qiáng)梯度力，它作用于壓力遞減方向。由于海水壓力隨深度而遞增，因此壓強(qiáng)梯度力(D)垂直于等壓面指向上方。等勢(shì)面(水平面)。等勢(shì)面也是一個(gè)假想的面，它與重力(g)方向垂直，海水沿此面運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力不做功。如果沒有其他外力影響，海水只受垂直向上的壓強(qiáng)梯度力和垂直向下的重力影響。當(dāng)海水密度分布均勻時(shí)，海面與等勢(shì)面平行，壓強(qiáng)梯度力和重力在垂直方向抵消，此時(shí)海水處于靜止?fàn)顟B(tài)。梯度流風(fēng)海流風(fēng)海流是在風(fēng)的作用下而產(chǎn)生的風(fēng)對(duì)海水的應(yīng)力，包括風(fēng)對(duì)海水的摩擦力和施加在海面迎風(fēng)面上的壓力而形成的一種穩(wěn)定海流，是海流中比較重要的一種。在上面分析的梯度流中，摩擦力被忽略不計(jì)。但對(duì)于風(fēng)海流而言，風(fēng)對(duì)海水的摩擦作用是至關(guān)重要的。海水一般總是處在渦動(dòng)狀態(tài)，即小水塊可以自由地從一個(gè)水層進(jìn)入另一水層。當(dāng)小水塊由速度大的水層進(jìn)人速度小的水層，同時(shí)將它的動(dòng)量帶進(jìn)這一水層時(shí)，使這一水層的平均動(dòng)量增加；當(dāng)水塊從速度小的水層進(jìn)入速度大的水層時(shí)，速度大的水層的平均動(dòng)量減少。正是由于海水的渦動(dòng)摩擦，風(fēng)才把能量傳遞給海水的表層及其以下各層，從而使海水沿著一定方向流動(dòng)。3．7．2潮流潮流：海水質(zhì)點(diǎn)隨潮汐垂直運(yùn)動(dòng)的同時(shí)所做水平運(yùn)動(dòng)即潮流。在局部有混合作用的河口中，潮流比非潮流至少要強(qiáng)10倍；然而，在大洋中，潮流流速只有2—3cm／s左右；潮流的成因：月亮和太陽的引力。即引力作用海面使得海水升降的同時(shí)使得海水進(jìn)行堆積和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。潮流的幾種典型形式：1、往復(fù)式潮流往復(fù)式潮流又稱直線式潮流，在海峽、水道、河口或狹窄港灣內(nèi)的潮流，受地形限制，潮流一般為往復(fù)式交換。在外海某些海區(qū)，若處于右回旋式或左回旋式潮流的交界處，也會(huì)出現(xiàn)往復(fù)式潮流。特點(diǎn)：流向只有兩個(gè)，流速是變化的。2、回轉(zhuǎn)式潮流回轉(zhuǎn)式潮流又稱八卦流，若海區(qū)內(nèi)同時(shí)有幾個(gè)潮波存在時(shí)，便可產(chǎn)生相互干擾作用，因此可形成回轉(zhuǎn)式潮流。有兩個(gè)往復(fù)式潮流成斜交時(shí)，此時(shí)潮流可形成回轉(zhuǎn)式潮流。產(chǎn)生這種現(xiàn)象是由于地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的結(jié)果。例如我國長(zhǎng)江口的潮流，屬于回轉(zhuǎn)式潮流，流向也是順時(shí)針方向變動(dòng)，流速較大，對(duì)船只航行很有影響。ADCP（AcousticDopplerCurrentProfiler，聲學(xué)多普勒流速剖面儀）據(jù)多普勒原理，利用矢量合成法，測(cè)量水流的垂直剖面分布。相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)流方法，ADCP具有：

測(cè)量速度快，可進(jìn)行斷面同步測(cè)量；能體現(xiàn)三維流速和流向的特性；能自動(dòng)消除各種外界因素的影響，對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行評(píng)判；在測(cè)量中對(duì)流層無破壞作用；測(cè)量范圍廣、線性好；無需定期進(jìn)行水槽率定特點(diǎn)ADCP的工作方式主要有三種：

船載式

直讀式自容式3．8ADCP及流速流向測(cè)量3．8．1ADCP測(cè)流原理基本原理：采用四個(gè)換能器斜正交配置的ADCP系統(tǒng)，通過四個(gè)換能器波束所測(cè)流速的相互關(guān)系即可確定沿水深各深度單元水體相對(duì)于ADCP（即測(cè)船）的三維（垂向、東/西、南/北）流速。四個(gè)換能器斜正交配置的ADCP系統(tǒng)在ADCP坐標(biāo)系下，每一個(gè)換能器波束方向上每一深度層上的水體的流速分量可以根據(jù)在該深度層水體上測(cè)得的聲學(xué)多普勒頻移來計(jì)算：為相對(duì)于測(cè)船的水體流速，即

其中為船速，為流速。為聲波脈沖在水中的傳播速度。為聲學(xué)多普勒頻移；Fs為發(fā)射聲波脈沖頻率；cADCP流量測(cè)量盲區(qū)對(duì)于ADCP的三種工作方式，均存在上、下測(cè)驗(yàn)盲區(qū)以及近岸無法測(cè)量的問題。水面附近的信號(hào)傳播盲區(qū)的形成是由于在換能器由發(fā)射轉(zhuǎn)換為接收狀態(tài)時(shí)，需要一個(gè)時(shí)段而在該時(shí)段內(nèi)，換能器面附近水域的背向散射信號(hào)已經(jīng)返回，但換能器沒來得及接收這些信息，因而形成了該盲區(qū)。下盲區(qū)是由于受來自水域邊界強(qiáng)背向散射體的強(qiáng)背向散射信號(hào)的影響，使這部分水域的反射信號(hào)失真而形成的。近岸盲區(qū)的形成是由于兩岸的水深較淺，導(dǎo)致ADCP測(cè)船不能靠近或不能獲得有效深度單元的測(cè)量數(shù)據(jù)。

船載式ADCP測(cè)流計(jì)算通常用“流速-面積”法計(jì)算流量，計(jì)算公式為