海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件

第7章海流觀測(cè)海流：海水運(yùn)動(dòng)是亂流、波動(dòng)、周期性潮流和穩(wěn)定的“常流”綜合作用的結(jié)果。本章講的海流指的是空間尺度大于５km，時(shí)間尺度超過12小時(shí)的海水運(yùn)動(dòng)，包括潮流和常流（余流）兩個(gè)部分。進(jìn)行海流觀測(cè)時(shí)，要按一定時(shí)間間隔持續(xù)觀測(cè)一晝夜或多晝夜，所得到的結(jié)果是常流和潮流運(yùn)動(dòng)的合成。對(duì)一晝夜或多晝夜獲得的資料，經(jīng)過計(jì)算，可將這兩部分分離開來。水平方向周期性的流動(dòng)稱為潮流，其剩余部分稱為常流，也稱余流。第7章海流觀測(cè)海流：海水運(yùn)動(dòng)是亂流、波動(dòng)、周期性潮流和穩(wěn)定海流觀測(cè)意義掌握海水流動(dòng)的規(guī)律非常重要，它可以直接為國(guó)防，生產(chǎn)、海運(yùn)交通、漁業(yè)、建港等服務(wù)。海流與漁業(yè)的關(guān)系很密切，在寒流和暖流交匯的地方往往形成良好的漁場(chǎng)；在建港中要計(jì)算海流對(duì)泥沙的搬運(yùn)；海上交通中要考慮順流節(jié)約時(shí)間等。另外，了解海水的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，對(duì)海洋科學(xué)其它領(lǐng)域研究有密切的關(guān)系。如水團(tuán)的形成，海水內(nèi)部及海氣界面之間熱量的交換等均與海流研究有關(guān)。海流觀測(cè)意義掌握海水流動(dòng)的規(guī)律非常重要，它可以直接為國(guó)防，生§7.1海流觀測(cè)方法流速：?jiǎn)挝籧m/s或m/s方向：流去的方向，正北0度，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)間：連續(xù)觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度不小于25小時(shí)，至少每小時(shí)觀測(cè)一次，同時(shí)進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向的測(cè)量方法：按所采用的方式和手段，觀測(cè)海流的方法大體劃分為隨流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)的拉格朗日法和定點(diǎn)的歐拉法§7.1海流觀測(cè)方法流速：?jiǎn)挝籧m/s或m/s層次：按照溫度觀測(cè)層次或按需要而定海流觀測(cè)的表層：0~3米的水層，由于船體的影響(流線改變或船磁影響)，往往使得流速、流向測(cè)量不準(zhǔn)確當(dāng)水深H>5.0m時(shí)：采用六點(diǎn)法（表層、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底層）進(jìn)行海流觀測(cè)，其中表層指水面下1m處，底層指離海底1m處。當(dāng)水深3.0<H<=5.0m時(shí)：采用三點(diǎn)法（0.2H、0.6H、0.8H）進(jìn)行海流觀測(cè)。當(dāng)水深1.5m<H<=3.0m時(shí)：采用兩點(diǎn)法（0.2H、0.8H）進(jìn)行海流觀測(cè)。當(dāng)水深H<=1.5m時(shí)：采用一點(diǎn)法（0.6H）進(jìn)行海流觀測(cè)。層次：按照溫度觀測(cè)層次或按需要而定海流觀測(cè)的表層：0~3米的§7.1.1浮標(biāo)飄移測(cè)流法根據(jù)自由漂移物隨海水流動(dòng)的情況來確定海水的流速流向，主要適用于表層流觀測(cè)（雷達(dá)定位、航空攝影或無線定位等）1、飄流瓶2、雙聯(lián)浮筒3、跟蹤浮標(biāo)4、中性浮子（中下層）§7.1.1浮標(biāo)飄移測(cè)流法根據(jù)自由漂移物隨海水流動(dòng)的情況來漂流瓶測(cè)表層流漂流瓶(又稱郵瓶)通常被用來研究海流的大致情況，根據(jù)漂流瓶的漂移路徑及所花時(shí)間就可以大致地確定流速和流向。雙聯(lián)浮筒測(cè)表層流雙聯(lián)浮筒是浮標(biāo)測(cè)流中常用的一種工具，船只錨定后或在海上平臺(tái)等相對(duì)穩(wěn)定的載體上，在船尾放出雙聯(lián)浮筒，根據(jù)它的移動(dòng)情況測(cè)定表層流的平均流速和流向。跟蹤浮標(biāo)法(1)船體跟蹤：將一個(gè)浮體(或雙聯(lián)浮筒)施放于一選定的海面上，使之自由地隨海水流動(dòng)，觀測(cè)者乘小船始終尾隨浮體移動(dòng)并按特定的時(shí)間間隔從船上定位或從岸邊確定船位，這樣連續(xù)觀測(cè)，一般要延續(xù)一個(gè)半日潮周期，并畫出浮體在此時(shí)間段內(nèi)的運(yùn)行軌跡，進(jìn)而得出該海區(qū)相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的海水運(yùn)動(dòng)的基本狀態(tài)。這種方式必須在良好的天氣狀況下才能進(jìn)行。我們于1980年在石臼所外海用這種方法研究流體運(yùn)動(dòng)軌跡取得良好效果。漂流瓶測(cè)表層流

(2)儀器跟蹤：隨著高科技技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，新的更準(zhǔn)確更方便的儀器跟蹤浮標(biāo)及相應(yīng)的觀測(cè)方式相繼產(chǎn)生，并開始應(yīng)用于海流實(shí)測(cè)之中，有的使用人工特制的隨海水自由流動(dòng)的浮標(biāo)，在岸上用雷達(dá)跟蹤定位；有的浮標(biāo)本身就可定時(shí)地發(fā)射無線電訊號(hào)，送入天空運(yùn)行的衛(wèi)星中再返回地面接收系統(tǒng)。還有的使用航空攝影的方式來測(cè)定浮標(biāo)的移動(dòng)情況，從而觀測(cè)相應(yīng)的海區(qū)海水流動(dòng)的狀況等。中性浮子測(cè)流深海中下層海流的觀測(cè)相對(duì)而言是比較困難的，通常的觀測(cè)方法都難以實(shí)施。而中性浮子由于其本身可調(diào)節(jié)性，可適用于這種深海海流的觀測(cè)，如美國(guó)Bcnthous公司生產(chǎn)的中性浮子，可適用于0～6000m深范圍內(nèi)的海流測(cè)量。實(shí)測(cè)中，首先根據(jù)溫鹽觀測(cè)值，確定出待測(cè)海流層的海水密度，按此等效密度調(diào)節(jié)中性浮子，施放的中性浮子在預(yù)定的水層上處于重力和海水浮力相平衡的狀態(tài)下，在這個(gè)預(yù)定水層上隨海水一同漂流，觀測(cè)船上利用聲納跟蹤中性浮子的漂移，消除掉因船體漂移產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即可測(cè)出相應(yīng)水層的流動(dòng)速度和方向。(2)儀器跟蹤：隨著高科技技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，新的更準(zhǔn)確§7.1.2定點(diǎn)觀測(cè)海流1、定點(diǎn)臺(tái)架方式測(cè)流在淺海海流觀測(cè)中，用固定臺(tái)架懸掛儀器，使海流計(jì)處于穩(wěn)定狀態(tài)可測(cè)得比較準(zhǔn)確的海流資料并能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)。水面臺(tái)架：石油平臺(tái)等，懸掛海流計(jì)，要避免臺(tái)架對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生的影響海底臺(tái)架：制作棱錐形臺(tái)架置于海底，海流計(jì)固定于臺(tái)架上，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)§7.1.2定點(diǎn)觀測(cè)海流1、定點(diǎn)臺(tái)架方式測(cè)流2、錨定浮標(biāo)以錨定浮標(biāo)或潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流計(jì)進(jìn)行海流觀測(cè)，稱為錨定浮標(biāo)測(cè)流。有的僅用于觀測(cè)表層海流，有的則用于同時(shí)觀測(cè)多層海流。前者通常布放在進(jìn)行周日連續(xù)觀測(cè)的調(diào)查船附近，以取得海流周日連續(xù)觀測(cè)資料，后者一般是單獨(dú)或多個(gè)聯(lián)合使用，以取得長(zhǎng)時(shí)間海流資料。2、錨定浮標(biāo)以錨定浮標(biāo)或潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流計(jì)進(jìn)行海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件3、錨定船以船只為承載工具，利用絞車和鋼絲繩懸掛海流計(jì)進(jìn)行觀測(cè)，首先根據(jù)水深確定觀測(cè)層次，將海流計(jì)陳放在預(yù)定水層，測(cè)量流速和流向并記錄時(shí)間，鋼絲繩傾角大于10度時(shí)，須做深度的傾角訂正3、錨定船以船只為承載工具，利用絞車和鋼絲繩懸掛海流計(jì)§7.1.3走航觀測(cè)其測(cè)流原理多是，測(cè)出船對(duì)海底的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和方向或利用高精度GPS求出船的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和方向，同時(shí)測(cè)出船對(duì)水的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和方向，再經(jīng)矢量合成得出海水對(duì)海底的運(yùn)動(dòng)速度和方向，即可得出海流的流速、流向?！?.1.3走航觀測(cè)其測(cè)流原理多是，測(cè)出船對(duì)海底的絕對(duì)運(yùn)海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件§7.1.4海流連續(xù)觀測(cè)的準(zhǔn)確度要求流速<100cm/s時(shí)：水深<200m流速測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±5cm/s水深>200m流速測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±3cm/s流速>100cm/s時(shí)：水深<200m流速測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±5%水深>200m流速測(cè)量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±3%流向準(zhǔn)確度均為±10度§7.1.4海流連續(xù)觀測(cè)的準(zhǔn)確度要求流速<100cm海流觀測(cè)的注意事項(xiàng)

觀測(cè)淺層海流時(shí)，應(yīng)借助小型錨定浮標(biāo)或施放小艇進(jìn)行觀測(cè)，以消除船體的影響。利用調(diào)查船為承載工具測(cè)淺層以下各層海流時(shí)，若使用非自記海流計(jì)，待海流計(jì)沉放至預(yù)定觀測(cè)水層后即可進(jìn)行觀測(cè)；使用自記海流計(jì)，可根據(jù)絞車和鋼絲繩的負(fù)載，串掛多臺(tái)海流計(jì)同時(shí)觀測(cè)多層海流。測(cè)流時(shí)，必須記錄觀測(cè)開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。如果用自記海流計(jì)懸掛于浮標(biāo)或潛標(biāo)上進(jìn)行海流觀測(cè)時(shí)，投放與回收浮標(biāo)（或潛標(biāo)）的船只必須具備專用提吊設(shè)備，浮標(biāo)（或潛標(biāo)）錨定后記錄觀測(cè)開始時(shí)間和浮標(biāo)（或潛標(biāo)）準(zhǔn)確位置。海流觀測(cè)的注意事項(xiàng)觀測(cè)淺層海流時(shí)，應(yīng)借助小型錨定浮浮標(biāo)或潛標(biāo)上的閃光裝置須切實(shí)水密，保證正常連續(xù)閃光。在深海測(cè)流時(shí)，如船只拋錨困難且深層流速確實(shí)很小，可用“雙機(jī)法”觀測(cè)，即在漂移船只上，將一臺(tái)海流計(jì)置于預(yù)定觀測(cè)水層，而將另一臺(tái)海流計(jì)沉放至“無流層”，兩層海流計(jì)觀測(cè)結(jié)果的矢量差，便是預(yù)定水層的海流觀測(cè)值當(dāng)施放海流計(jì)的鋼絲繩或電纜的傾角超過10°，應(yīng)進(jìn)行傾角訂正。以船只為承載工具進(jìn)行海流連續(xù)觀測(cè)時(shí)，應(yīng)至少每3小時(shí)觀測(cè)一次船位。如發(fā)現(xiàn)船只嚴(yán)重走錨（超過定位準(zhǔn)確度要求），應(yīng)移至原位，重新開始觀測(cè)。周日連續(xù)觀測(cè)一般不得缺測(cè)，凡中斷觀測(cè)2小時(shí)以上者，最好重新觀測(cè)。浮標(biāo)或潛標(biāo)上的閃光裝置須切實(shí)水密，保證正常連續(xù)§7.2海流計(jì)簡(jiǎn)介7.2.1機(jī)械旋漿式海流計(jì)流速：旋漿葉片受水流推動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)流向：磁羅經(jīng)（必須進(jìn)行磁差校正）按記錄方式特征，可以分為以下類型：厄克曼型、印刷型、照相型、磁帶記錄型、遙測(cè)型、直讀型、電傳型等§7.2海流計(jì)簡(jiǎn)介7.2.1機(jī)械旋漿式海流計(jì)海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件7.2.2電磁海流計(jì)原理：海水流過磁場(chǎng)時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來測(cè)定海流分類：地磁場(chǎng)電磁海流計(jì)和人造磁場(chǎng)電磁海流計(jì)地磁場(chǎng)電磁海流計(jì)優(yōu)點(diǎn)：走航自記、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高缺點(diǎn)：不能在赤道附近使用，適用于地磁垂直強(qiáng)度大于0.1A/m^2準(zhǔn)確度：流速±2cm/s，流向±5°，測(cè)流范圍3~300cm/s人造磁場(chǎng)電磁海流計(jì)準(zhǔn)確度：流速±1cm/s，或±2%滿量程，流向±2°，測(cè)流范圍0~350cm/s7.2.2電磁海流計(jì)原理：海水流過磁場(chǎng)時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件7.2.3聲學(xué)多普勒海流計(jì)原理：聲波在流動(dòng)液體中的多普勒頻移來測(cè)流速優(yōu)點(diǎn)：聲速自動(dòng)校準(zhǔn)，連續(xù)記錄，感應(yīng)快，準(zhǔn)確度高缺點(diǎn)：發(fā)射功率、電池壽命和聲波衰減準(zhǔn)確度：流速±2cm/s，流向±5°，工作最大深度50~6000米7.2.3聲學(xué)多普勒海流計(jì)原理：聲波在流動(dòng)液體中的多普勒海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件7.2.4聲學(xué)多普勒海流剖面儀(ADCP)原理：多普勒頻移一定質(zhì)量的水質(zhì)量散射單元以速度v運(yùn)動(dòng)，根據(jù)多普勒效應(yīng)接受信號(hào)的頻率是：7.2.4聲學(xué)多普勒海流剖面儀(ADCP)原理：多普勒頻海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件回聲余量：SL

–

2TL

+

TS

–噪聲頻率(大：衰減快但分層細(xì))功率（太小則信噪比小，太大則有空化效應(yīng)）回聲余量：SL–2TL+TS–噪聲信號(hào)頻率75kHz150kHz300kHz最大測(cè)定水深500m300m260m最大海底探知水深950m525m260m測(cè)定層（例）4，8，16m2，4，8，16m1，2，4，8m最大測(cè)定層數(shù)128層128層128層刈幅3°3°3°信號(hào)頻率600kHz1,200kHz1,400kHz最大測(cè)定水深60m20m5m最大海底探知水深110m30m10m測(cè)定層（例）0.5，1，2m0.25，0.5，1m0.12，0.25，0.5m最大測(cè)定層數(shù)128層128層128層刈幅1.5°1.5°1.5°信號(hào)頻率75kHz150kHz300kHz最大測(cè)定水深500海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件XYZXYZXYZXYZ海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件海洋調(diào)查方法-課時(shí)5課件§7.6影響海流觀測(cè)誤差