投弃式温盐深测量仪在海底地形测量中的应用

介绍了投弃式温盐深测量仪(XCTD)的原理和特点,利用它获得的声速剖面数据与声速剖面仪测量的声速剖面数据进行了精度对比,论述了在特殊环境下,利用多波束测深系统进行海底地形测量时,使用XCTD进行声速剖面测量的优势,解决了测量船停车才能进行声速剖面测量的弊端,显著提高了多波束测深系统作业的效率。     

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。     

CTD海上剖面测量性能综合评定方法研究

随着国产温盐深剖面仪（Conductivity-Temperature-Depth profiler,CTD） 测量性能的不断提高,其使用范围和规模也逐步扩大,需要规范CTD 海上剖面测量性能评定方法。在威海附近海域开展基于锚泊式平台CTD 海上比对试验,通过改变同架比对CTD 数量、引入相关系数和平均差数据处理方法研究海上比对试验效果,提出以精准度和灵敏度为目标层的CTD 海上剖面测量性能评价指标体系,实现了对被测CTD 海上剖面测量性能相对全面的评价,准确量化了被测CTD 在实际海洋环境中的剖面测量性能,为国产CTD 海上剖面测量性能的优化提供依据。     

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。     

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。     

海水温盐深剖面测量技术综述

温盐深是反应海洋物理学特性的重要参数,是海洋水文观测的基本要素。CTD剖面仪(Conductivity-Temperature-Depth profiler)是进行海水温盐剖面观测的主要仪器,利用CTD剖面仪可精确测得水下不同深度上海水的温度和电导率参数,进而能够推算出海水盐度、密度、声速等相关信息,对于海洋经济开发、海上国防建设、海洋环境保护等都具有非常重要的意义。本文介绍了温盐深剖面测量技术的基本原理与发展现状,对几种典型的温盐深测量设备及各种海洋观测平台中搭载的CTD传感器进行了介绍,论述了CTD传感器的标定和测试技术,并对其发展趋势进行了分析。     

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。     

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。     

多波束水深测量马修斯法辅助声速剖面改正

马修斯法是单波束水深测量声速改正的常用方法,为了提高多波束水深测量声速改正精度,利用马修斯方法的参数,在该方法基础上推导出新的改正公式,并将之运用在多波束水深测量中的声速剖面重构;实验表明,该方法略优于水文内插法;与纯数学拟合外延方法相比,具有明显优势;运用该方法可以得到效果更好的海底三维图,提高多波束水深测量精度和作业效率。     

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。     

SBE 917plus CTD剖面仪及其自容式作业

SBE 917plus CTD是目前最先进的自容式温盐深剖面测量仪,广泛应用于对海水温度、电导率和压力等基本物理海洋参数的测量。结合多年的SBE 917plus CTD现场使用经验,简要论述该系统的结构及工作原理,并介绍现场自容式作业及数据后处理的关键技巧。     

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。     

深远海声速资料对比及校正方法研究

为准确获取深远海海洋声速资料,充分了解深水声速规律,选取了西太地区两个水深超过5000m的S1和S2站位的声速资料为研究对象,以SVP(声速剖面仪)实测资料为参考标准,通过对CTD资料利用Chen-Millero、Del-Grosso以及Wilson的3种经验公式计算的声速与SVP资料进行对比分析,得出Del-Grosso经验公式计算的声速误差最小。为进一步提高声速资料精度,对Del-Grosso公式进行修正,并利用另外3个站位数据进行验证,发现利用校正后的公式计算的声速资料精度明显提升,这为其他深远海区利用CTD或其他温盐深资料获取高精度声速资料提供参考。     

深海地形调查中声速剖面质量控制方法

通过对深海多波束地形调查中实测声速剖面数据质量的研究,探讨声速剖面仪检定以及实际应用中的质量控制措施。利用抛弃式温盐深仪和同海区国际剖面浮标的剖面数据,对声速剖面仪实测数据进行比对,分析声速剖面数据的固定偏差或线性偏差,完成声速剖面数据修正,提高了实测声速剖面数据的应用水平,为大洋专项调查中声速剖面数据的质量控制,提供了一种有效参考方法。     

陆缘深水区声速剖面EOF延拓方法研究

针对陆缘深水区多波束测量声速剖面数据采集困难的问题,提出一种深海声速剖面EOF延拓方法,以测区少量全水深声速剖面采样数据为依据,采用EOF算法对未进行全水深采样的声速剖面进行声速全水深延拓。实例计算结果表明:采用该方法延拓得到的全水深声速剖面与实测的声速剖面具有较好的一致性,用延拓后的声速剖面进行声线追踪后得到的水深数据能够满足多波束水深测量精度要求。     

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。     

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。     

声速剖面仪测量技术综述

海水声速是影响海洋探测仪器性能的主要因素之一。声速剖面仪是进行海水声速探测的主要仪器,利用声速剖面仪可以获取某一区域切面上海水声速随深度变化的情况,从而为海洋探测仪器提供精确的声速剖面,对海洋经济开发、国防军事、科学研究等有重要的意义。文中介绍了测量声速的基本方法以及声速剖面技术,对国内外常用的声速剖面进行了介绍,论述了声速剖面仪的检测技术,并对国际上使用先进的"时间飞跃"(TOF)技术测量声速进行了概述。     

海翼水下滑翔机温盐深剖面仪盐度修正

通过均值过滤及Morison热滞后校正公式对存在温度误差的原始盐度进行修正。经过均值滤波后盐度尖峰现象消失，在温跃层由于热滞后导致的条状盐度抖动现象减小，上下行剖面盐度误差从0.013减小到0.004，总体修正盐度修正率提高3.05倍。结果表明利用该分段修正方法修正水下滑翔机搭载温盐深剖面仪（CTD）存在的盐度“尖峰”及热滞后误差效果显著。     

两型国产CTD海上比测试验结果分析

基于目前国内海洋仪器的现状,为了对国产温盐深剖面仪(Conductivity-Temperature-Depth profiler,CTD)的性能和实际使用情况有个量化的结果,在我国南海东北部海域对国内较为成熟且具备产品化条件的两型国产CTD开展第三方独立检验与验证。比测过程中,采用同架捆绑,同步下放的方法进行测量。数据处理时,采用一种简便的移相相关法,对国产CTD的压力(P)、温度(T)、电导率(C)、盐度(S)与标准CTD进行对比分析。试验结果表明两者数据曲线趋势一致,线形基本吻合,参试的国产CTD基本上达到自身产品标称精度,但低于标准CTD精度。本次比测结果有利于促进技术成果的完善与固化,有利于进一步提高设备的可靠性、稳定性和批量一致性,为国产海洋环境监测设备的规模化应用和推广提供数据支撑。