海水声速直接测量和间接测量结果分析

文中使用了2001～2003年问的海上调查的CTD和声速仪SVP数据,通过直接测量的声速与常用的三种利用CTD计算声速的经验公式所计算的声速剖面进行对比,并采用了相关运算和回归分析,结果表明:在三个经验公式中,Chen-Miller公式与实测声速吻合得最好;表明历史上大量的CTD资料(河口区除外)可直接用来换算声速剖面,进而用于声场预报。     

三种常用声速算法的比较

在近几年的西太平洋调查中使用了SV Plus声速测量仪,共获取了46个站点的声速剖面,并基于同步观测的CTD数据,利用3种常用的声速算法计算了这些站点的声速剖面。所有这些站点的测深度均超过1500m,而且调查时间为3个不同的季节。CTD数据计算得到的声速剖面与声速测量仪器观测的声速剖面的比较表明,在三种算法中,Chen和Millero算法在积分平均意义上是最好的。当定点比较时,在水深大于800m或者小于200m的范围内,Wilson算法较好;在其他水深范围内,Chen和Millero的算法的计算结果和实际测量结果较为一致。     

关于测深仪声速改正问题的探讨

用累加法对声速剖面仪和CTD声速剖面仪测量声速剖面资料进行了类比计算，得出两者测量声速具有可替换性的结论，并对声速剖面仪测量声速剖面的时间间隔作了探讨。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(四):声速剖面应用

在深远海海域开展多波束水深测量时,受海上苛刻作业条件等多种影响,获取全深度声速剖面往往比较困难。首先联合WOA2018温盐模型和多个站位CTD、XCTD实测温盐剖面资料开展了全深度声速剖面重构,进而使用三组来源不同的全深度声速剖面开展了多波束测深声速改正对比分析。从试验结果看,这几组声速剖面对多波束测深精度的影响基本一致。特别是当假定CTD站位采用XCTD设备并由此推算深度大于1099m的温盐及声速剖面时,多波束测深的声速改正结果也能满足海底地形成果的质量要求。     

XCTD与CTD的对比测试研究

海水声速剖面的准确获取对于利用多波束声呐系统进行水深测量至关重要,而传统的声速剖面获取方式都需要停船进行测量,导致海上调查作业效率较低。为了解决该问题,本文首先介绍了温盐深剖面测量仪(CTD)和抛弃式温盐深剖面测量仪(XCTD)间接测量声速剖面的原理,然后对"海洋地质六号"调查船在同一站位及时间利用CTD、XCTD和AML PLUS SV声速剖面仪测量得到的声速剖面进行了一个对比分析。研究结果表明,三者测量得到的声速剖面在相同水深处声速互差引起的水深差值最大为0.130 9 m。在多波束水深测量过程中,可考虑使用CTD和XCTD间接测量获得的声速剖面代替声速剖面仪直接测得的声速剖面,通过合理布设CTD站位以及使用XCTD来提高海上多波束水深调查的作业效率。     

声速预测方程在浅地层剖面资料处理中的应用

海底沉积层的声速足浅地层剖面资料采集和处理的关键参数之一,通常的做法是将地层的声速设定为一个经验值,而实际上声速并非定值.通过对国内外主要沉积物声速颅测方程的比较,利用卢博等建立的适用于中国东南近海的声速经验公式,在某人工岛构造调查中,根据地质钻孔获取的孔隙度参数计算各沉积层的平均声速,建立相应的声速结构剖面,应用于浅...     

远海多波束水深测量中声速剖面获取方法研究

声速剖面正确与否直接影响多波束测深系统测量结果的精度和可靠性,为了获得准确可靠的多波束测深数据,必须努力获取正确的声速剖面数据,来对测深数据进行声速校正。为进一步解决如何高效、准确地获取深远海声速剖面问题,在介绍几种声速剖面获取方法及特点基础上,重点对比了几种方法在远海多波束水深测量中获取的声速剖面数据,并给出了声剖数据的质量检查方法和声剖获取的一般要求,可为同类测量工作提供参考。     

浅地层剖面资料处理中的地层厚度校正（英文）

浅地层剖面测量是海洋工程勘察、灾害地质调查和大陆架海洋地质科学研究的重要手段,资料解译的准确程度将对地质调查和研究成果的可靠性造成直接影响。由于发收分置型浅地层剖面仪的激发装置与接收装置是分开的,当调查区域的水深过浅时,将其近似为自激自收的单道地震系统会导致地层的畸变,水深越浅地层畸变率越大。根据浅地层剖面仪的基本原理,推导出了浅部地层厚度畸变校正公式,为用C-View软件更准确地解译此类浅地层剖面资料提供了参考。海底沉积物的声速直接影响浅地层剖面地层厚度解译的准确性,利用卢博等建立的适用于中国东南近海的声速经验公式,在某人工岛构造调查中,根据地质钻孔获取的孔隙度参数计算各沉积层的平均声速,建立相应的声速结构剖面,对地层厚度进行校正,取得较好的效果,用孔隙度预测声速的方法参数容易获取,能够提高浅地层剖面资料的解译精度,使地层的厚度更接近于实际,具有一定的实用意义。     

一种提高深远海全深度声速剖面重构精度的方法

开展多波束水深测量应同步进行声速剖面探测。因海上作业条件恶劣、作业时间受限及设备性能局限等影响,在深远海海域常获取不到全深度的实测声速剖面。尽管利用温盐场模型可将声速剖面直接延拓至实地水深的最大深度,但这种气候态平均声速剖面与实际的声速剖面间存在不可控的系统性偏差,会给声速改正及水深测量成果带来质量隐患。给出了一种提高深远海全深度声速剖面重构精度的方法,即利用有效探测深度附近的实测温度盐度值,对大于有效探测深度的各水层的模型温度盐度值施加程度不一的约束控制。结果表明,经优化后全深度声速剖面的重构精度得到明显提高,其中2个XCTD站点声速剖面的互差SSPD分别由-2.5～1.0 m/s优化为0.0～1.0 m/s、0.0～2.6 m/s优化为-1.5～0.0 m/s; 2个CTD站点声速剖面的互差SSPD分别由-0.5～1.7 m/s优化为-0.4～0.3 m/s、-2.15～0.8 m/s优化为-1.4～0.8 m/s。     

深远海海域多波束水深测量声速剖面获取方法研究

声速是影响多波束勘测精度的重要的外部因素,它决定着声线跟踪的精度,并最终影响到测深精度。由于停船投放CTD时间成本比较高,探索经济高效的远海走航式多波束水深测量,特别是航渡测量期间的声速剖面获取方法成为现场测量人员急需解决的问题。在对HYCOM/WOA13数据与现场CTD数据进行了数据偏差分布、相关性等比对,验证HYCOM/WOA13数据适用性的基础上,提出了基于HYCOM模式数据、WOA13同化数据及单点历史CTD数据与现场XCTD/XBT多源组合的远海走航式多波束水深测量声速剖面获取方法。对比表明,该多源组合的声速剖面能较好反映施测位置的声速剖面情况,该方法对提高远海水深测量的精度和经济效益具有一定的借鉴意义。     

声速剖面对多波束测深影响的新认识

介绍了声速剖面对多波束测深的影响，并得出了当声速剖面的某一节点偏大时，对边缘多波束的影响使水深偏浅，而对中央部分的波束使水深偏深；当声速剖面的某一节点偏小时，结果反之。该结果对野外资料采集及声速剖面编辑具有特别实际的指导意义。最后指出：当声速剖面出现误差时，中央波束的测深精度并不一定比其他波束的测深精度高。     

温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律分析

在多波束测深中,温盐深剖面数据的准确性对测量精度起到非常重要的作用,而在实际测量中,温盐深误差又不可避免地存在。为了分析温盐深变化对波束脚印坐标的影响规律并将其影响值量化,本文在声速剖面间接测量数据的基础上,选择精度较高、适应性较强的声速经验公式推导其误差公式,计算温盐深变化所引起的声速误差值,并且在常梯度声线跟踪模型的基础上推导出声波旅行轨迹的水平位移和垂直位移误差公式,然后结合声速剖面计算出声速误差对波束脚印坐标的影响程度。实验结果表明,温度变化对声速的影响最大,盐度和深度依序次之;温度、盐度、深度3个参量的变化引起波束脚印Z坐标的变化量均大于X、Y坐标,最高可达变化前深度的0.6%。温度和盐度的变化引起的三轴坐标值变化量随入射角的增大而减小,而深度变化引起的三轴坐标值变化量几乎不随入射角的变化而变化。本文研究结果可为温盐深误差对多波束测深精度评估工作提供借鉴作用。     

EOF重构声速剖面对深水多波束的声速改正分析

声速误差是多波束水深地形测量主要误差源之一,通常采用现场声速剖面测量的方式加以改正,但在深远海多波束水深地形测量时,现场获取全深度的声速剖面并非易事。针对这一问题,利用东南印度洋海洋调查工作中采集到的17个站位的CTD数据,将所有站位声速剖面拓展到全深度,采用经验正交函数分析法(Empirical Orthogonal Functions,EOF)构建调查区声速剖面场,可获得声速剖面场内任意一点的声速值。然后通过EOF重构声速剖面场获得的声速值对测区内多波束水深地形数据进行改正,并与实测声速剖面对多波束水深地形数据的改正结果进行对比,结果表明,5000 m水深范围内2种声速改正结果相差很小,EOF重构法对深水多波束的声速改正满足水深测量的要求。     

The Relationship between Propagation Time and Sound Velocity Profile for Positioning Seafloor Reference Points

This paper focuses on the relationship between the propagation time and the integral of the sound velocity profile (SVP) with respect to depth (SVP area for short) for positioning seafloor reference points. We proved a linear relationship between the propagation time and the SVP area and defined its mathematical expression (ST law). We showed in three simulations of possible variations in SVPs (random errors, internal waves, or a combination of both) that this ST law is verified. Using this new law in a simulated experiment, the ranging residuals due to sound velocity change through time are significantly improved. With this method, monitoring the SVP while acquiring travel times to a submerged transponder can significantly reduce the positioning errors of the transponder.     

Sound velocity profile estimation: a system theoretic approach

A system-theoretic approach is proposed to investigate the feasibility of reconstructing a sound velocity profile (SVP) from acoustical hydrophone measurements. A state-space representation of the normal-mode propagation model is used. It is shown that this representation can be utilized to investigate the so-called observability of the SVP from noisy measurement data. A model-based processor is developed to extract the required information, and it is shown that even in cases where limited SVP information is available, the SVP can be estimated using this approach. Based on this framework, investigations are made of model-based solutions to the sound velocity profile and related parameter estimation problems. In particular, a processor is designed that allows in situ recursive estimation of the sound velocity profile from simulated data     

Precise Positioning of Ocean Bottom Seismometer by Using Acoustic Transponder and CTD

We have obtained precise estimates of the position of Ocean Bottom Seismometers (OBS) on the sea bottom. Such estimates are usually uncertain due to their free falling deployment. This uncertainty is small enough, or is correctable, with OBS spacing of more than 10 km usually employed in crustal studies. But, for example, if the spacing is only 200 m for OBS reflection studies, estimates of the position with an accuracy of the order of 10 m or more is required.The determination was carried out with the slant range data, ship position data and a 1D acoustic velocity structure calculated from Conductivity–Temperature–Depth (CTD) data, if they are available. The slant range data were obtained by an acoustic transponder system designed for the sinker releasing of the OBS or travel time data of direct water wave arrivals by airgun shooting. The ship position data was obtained by a single GPS or DGPS. The method of calculation was similar to those used for earthquake hypocenter determination.The results indicate that the accuracy of determined OBS positions is enough for present OBS experiments, which becomes order of 1 m by using the DGPS and of less than 10 m by using the single GPS, if we measure the distance from several positions at the sea surface by using a transponder system which is not designed for the precise ranging. The geometry of calling positions is most important to determine the OBS position, even if we use the data with larger error, such as the direct water wave arrival data. The 1D acoustic velocity structure should be required for the correct depth of the OBS. Although it is rare that we use a CTD, even an empirical velocity structure works well.     

台湾省恒春西南海域声速场分析

选取联系南海与台湾海峡 及巴士海峡的主要海上交通和军事要道－我国台湾省恒春西南海域作为研究海域,依据1998年夏,冬季对本海域海洋环境补充调查的CTD资料,按《海洋调查资料处理》的声速换算经验公式,推算得到本海域的海水声速系列,结合该海域温,盐环境背景,分析其声速场特性,给出海水声速的平面,垂及断面分布,也给出了本海域海水声速跃层深度,厚度和强度等三大表征值的变化特性及其声道位置。