联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(二):精度评估

利用西太平洋海域多个站位的XBT、XCTD及CTD实测温盐资料,对WOA2018温盐模型的可靠性进行了评估,开展了全深度声速剖面重构试验。结果表明,当水深分别为761～1 100 m、大于1 101 m和大于1 821 m时,实测资料计算的声速剖面与温盐模型推算的声速剖面互差在-2.0～2.0 m/s、-0.7～0.7 m/s和-0.7～0.45 m/s,而与实测温度和盐度模型推算的声速剖面互差总体上在-0.2～0.2 m/s。基于临界探测深度处温盐实测值对探测深度以外温盐模型施加约束和控制,以提高声速预测值精度有待进一步研究。     

联合XBT和WOA13模型盐度信息的深水走航声速准确确定

在走航式海洋调查测量中通过投放XBT仪器来获取海水声速剖面,存在由于缺乏实测盐度信息导致的缺陷,其对深水海域的海水声速测量影响尤甚,并进一步影响到海洋水深测量精度。对国际WOA13模型进行了解析及适用性评估,提出了联合XBT和WOA13模型中盐度信息的深水走航声速准确确定方法。实例结果表明,该模型可有效弥补XBT无实测盐度支持及自身探测深度不足的固有缺陷。多个声剖站的全深度声速推算值与实测值间的互差仅有-0.2~0.35 m/s。     

CNSVPGets软件获取声速剖面精度分析

提出最大差、中误差和全程平均差作为声速剖面曲线比较的精度指标。使用CNSVPGets软件对218条实测声速剖面曲线与软件获取剖面曲线进行对比计算,统计了比对曲线的最大水深、最大差、中误差、全程平均差;全部对比曲线的平均水深为1231.36m,平均最大差为6.74m/s,平均中误差为2.68m/s,全程平均差为1.72m/s。全程平均差小于5m/s的对比剖面对占95.4%,由此推论软件获取声速剖面的全程平均差极限误差为5m/s,中误差为2.5m/s;用软件获取声速剖面取代实测剖面用于水深测量计算,对测深精度的影响比海道测量规定的深度测量极限误差低1个数量级,因此可以使用软件获取声速剖面用于海道测量的深度测量声速改正。基于软件获取声速剖面的效率和重要性提出了建立和维护中国的全球声速剖面模型的建议。     

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。     

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。     

西沙海槽海域声速特点分析

通过对西沙海槽海域实测的58个声速剖面进行分析研究,认为区内声速剖面具有典型的三层结构特征-表面层、中间跃变层以及深海恒温层。表面层普遍有声速稳定次层,平均厚度约18.6m,表层声速最大值一般出现在下午3点至4点之间,最小值则出现在早上6点至7点之间。声速极小值出现在跃变层与深海恒温层间的过渡水层,其深度最浅为830.7m,平均深度为1220m,但当水深大于1300m以后,声速与水深成线性相关,声速梯度稳定,平均为每百米1.34m/s。     

声速剖面EOF重构的实测数据采样深度研究

经验正交函数（experiential orthogonal functions,EOF）是重构声速剖面（sound speed profile,SSP）的一种有效方法,利用部分实测数据结合历史剖面资料可以重构当前位置的声速剖面。针对实测数据的采样深度难以确定这一问题,本文介绍了一种基于历史声速剖面资料的实测数据采样深度选取方法,根据EOF空间函数的方差贡献率确定数据量,进而采用EOF算法重构全海深声速剖面。实验结果表明：采用该方法得到的数据重构的声速剖面与实测声速剖面具有较好的一致性,基于常梯度声线跟踪法得到的水深数据能够满足0.25%倍水深限差,有效波束比达到了100%,为实际测量作业中声剖数据的采样深度提供了参考。     

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。     

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。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(一):需求论证及技术方案

海洋环境中温盐度剖面在时间和空间上复杂多变,造成海水中声波传播的速度剖面也具有同样特点。对海洋测绘领域中获取全深度声速剖面的技术难点、制约精度因素和影响结果进行了分析,设计了利用历史温盐信息并结合不同类型设备观测的温盐资料重构全深度声速剖面的技术方案,提出了对工作深度临界点处的温盐模型值应施加约束和控制,以提高声速预测值的精度。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构 全深度声速剖面(三):声速剖面处理

声速剖面是否准确和完整对多波束测深具有重要意义。无论是在作业现场还是在数据后处理阶段进行声速改正均要求首先应对声速剖面进行完善的处理,以确保声速剖面的内符合精度。结合相关涉海部门使用的声速采集设备类型多样化的现实,针对声速剖面处理中存在的多样化格式数据的读取、多个温盐或声速剖面间的比测评估、深度不完整剖面的重构、实测值探测深度处温盐模型值的约束、多样化声速成果数据格式的生成等开展了研究,并开发了相应的软件模块。     

海底地形测量成果的质量检核评估(二):深远海海域声速剖面的获取

声速改正是海底地形探测资料处理的关键技术环节之一,而声速剖面的质量则将从源头上影响声速改正的精度。针对当前深远海海域海底地形探测中在何时、何地布放何种声速仪器获取声速剖面性价比更高的技术难题,提出将海底地形和温盐场作为在深度方向和时空间布放声剖站的设计依据,开展了基于WOA13温盐场提高XBT计算声速剖面精度试验。结果表明,基于已有的海底地形和温盐场可提高深远海海域声速剖面站布设的性价比。     

黑潮流套脱落反气旋涡对声传播的影响研究

黑潮在冬季常以流套的方式入侵南海,并多伴随着反气旋涡的脱落,脱落的反气旋涡将黑潮高温、高盐水带入南海,影响南海东北部水文要素和声速场的空间分布,目前尚未有对黑潮流套脱落反气旋涡声学效应的研究。利用2009～2020年卫星高度计数据和再分析数据,在南海东北部选取了6个冬季黑潮流套脱落反气旋涡,研究了其水文和声场结构,并应用Bellhop高斯射线模型仿真给出了其对声传播的影响。结果表明:(1)6个黑潮脱落反气旋涡平均半径为110～135km,垂向深度可达1 000～1 200 m,最大旋转速度为0.4～0.6 m/s。反气旋涡中心暖水下沉,温度异常均为正异常,暖核位置位于100～250 m处,最大正异常达到2.5°C。中心盐度异常呈现负-正-负的三核结构。反气旋涡在100～900 m深度声速为正异常,最大正异常超过8 m/s,出现在400 m左右。(2)声波从涡外穿过涡旋和从涡内向外传播,当地形不会影响声线的反转时,会聚区的位置发生后移,后移的距离在5～10 km;当地形阻碍声线的反转时,声线与地形接触的位置不同,会聚区可能出现前移或后移,后移最大为29km,前移最大可达23km。(3)当...     

南海北部海区上层水体平均声速场的变化

对所收集到的南海北部海区的温度、盐度和深度历史资料进行了声速的计算、统计与分析,结果表明该海区上层水体的平均声速场有较明显的年际变化:表层声速的平面分布显示出沿岸水与外海水强弱交替变化的特征,声速等值线的走向几乎与岸线平行,等声速线的值自近岸向外海增加,大陆架外缘海区声速的水平梯度较大;下层声速的分布以环流和水体共同作用的形式出现,50m层声速平面分布的趋势除冬季与表层稍为相似外,其余季节与表层有明显的差别,春、夏季节50m层声速自西向东增加,而秋季与其表层分布相反,自近岸向外海减小;声速的垂直分布受海水升温与降温的影响显著,春、夏季表层海水升温,海表声速最大,声速自海表随深度的增加而减小;秋、冬季表层附近水层降温,声速稍偏低,普遍出现正梯度现象,最大声速移至表层以下的水层,这个深度随季节的改变而改变,随海区的不同而不同.该海区的平均声速有年波动现象,表层波幅最大,随深度的增加波幅变小,至100m水层其波动的位相几乎与表层相反.     

2018年北极太平洋区域夏季海冰物理及光学性质的研究

The reduction in Arctic sea ice in summer has been reported to have a significant impact on the global climate. In this study, Arctic sea ice/snow at the end of the melting season in 2018 was investigated during CHINARE-2018, in terms of its temperature, salinity, density and textural structure, the snow density, water content and albedo, as well as morphology and albedo of the refreezing melt pond. The interior melting of sea ice caused a strong stratification of temperature, salinity and density. The temperature of sea ice ranged from –0.8℃ to 0℃, and exhibited linear cooling with depth. The average salinity and density of sea ice were approximately 1.3 psu and 825 kg/m~3, respectively, and increased slightly with depth. The first-year sea ice was dominated by columnar grained ice. Snow cover over all the investigated floes was in the melt phase, and the average water content and density were 0.74% and 241 kg/m~3, respectively. The thickness of the thin ice lid ranged from 2.2 cm to 7.0 cm, and the depth of the pond ranged from 1.8 cm to 26.8 cm. The integrated albedo of the refreezing melt pond was in the range of 0.28–0.57. Because of the thin ice lid, the albedo of the melt pond improved to twice as high as that of the mature melt pond. These results provide a reference for the current state of Arctic sea ice and the mechanism of its reduction.     

声速剖面EOF表示的第一模态解析

为实现对声速剖面EOF表示后第一模态时间系数和空间函数变化规律的解析,提出了一种简化的声速剖面变化模型,即"拐点"深度值和声速值的变化;声速梯度的变化和表层海水温度周期性变化所引起的海水声速变化,通过将4种因素所引起的第一模态空间函数的变化规律与实际声速剖面簇第一模态空间函数的变化规律对比,分析引起实测声速剖面变化的主要因素,最后,分别用深海和浅海实测声速剖面数据对其进行验证。     

Shallow-water sound transmission measurements on the New Jerseycontinental shelf

Calibrated acoustic measurements were made under calm sea state conditions on the New Jersey shelf near the AMCOR 6010 borehole, a surveyed area with known geophysical properties. The experiment was conducted in 73 m water with supporting measurements of salinity, temperature, and sound speed. Acoustic measurements were obtained with a vertical array of 24 hydrophones spaced equally at 2.5 m intervals; one of which was near the bottom. A source towed at 1/2 the water depth transmitted one of two sets of four tones spaced between 50 and 600 Hz for each run to ranges of 4 and 26 km. The data were processed with both a Hankel transform and a high resolution Doppler technique to yield horizontal wave-number spectrum at several depths. Results were obtained along both constant and gradually varying depth profiles. Similar modal interference patterns were observed at the lower frequencies. The constant depth-profile radial results were compared to calculations performed with several shallow water acoustic models using geoacoustic profiles derived from geophysical parameters and shear wave inversion methods