911Plus CTD溶解氧传感器校正方法及漂移过程的探讨

本文基于两个航次CTD观测资料与现场同步Winkler滴定溶解氧资料比对分析,阐述了溶解氧传感器测量误差校正方法以及剖面测量中测量误差变化过程,并依据传感器校正系数漂移变化预估传感器使用寿命,为今后海洋调查取得真实可信溶解氧资料提供技术指引。     

船载CTD仪与自动剖面浮标观测资料质量初探

海洋科学的发展离不开精确的数据,然而各种海洋观测仪器在复杂的海洋环境中作业难免产生测量误差,导致观测数据需要进行实时(或延时)质量控制。中国Argo计划在搭载多个航次布放剖面浮标的同时,对航次中获取的船载CTD(conductivity, temperature, and depth)仪观测资料、自动剖面浮标观测资料以及实验室高精度盐度计测量数据进行了实时比对。分析结果显示,利用实验室高精度盐度计对现场观测数据尤其是船载CTD仪观测资料进行质量控制,于温盐数据(特别是深层)的实时/延时校正非常重要;如某航次未经标定的船载CTD仪所测1000dbar以深范围内海水盐度,与实验室高精度盐度计的差值达到±0.1左右,远远落后于国内海洋调查规范对盐度准确度±0.02的一级测量要求,该具体实例更加突显了船载CTD仪在航次前后送往权威部门进行检测的必要性和重要性,从而确保每个航次获取的CTD资料的质量。建议有条件的情况下,在进行深海大洋船载CTD仪观测时要进行现场实验室高精度盐度计的质量控制工作及比对试验,以提高我国深海大洋观测数据的质量。     

秋末南黄海冷水团区溶解氧垂直结构及其最大值的分析研究

南黄海溶解氧垂直分布上的中间高氧层及其最大值是黄海冷水团区的一个突出现象。毛汉礼等(1964)认为：在夏季，凡是黄海冷水盘踞的地方，几乎都有一个中间高氧层，其深度与温跃层有关，大致都在温跃层的下界附近；中间高氧层可作为黄海冷水的一项指标。后来，顾宏堪(1966, 1980)专题讨论了黄海的夏季溶解氧垂直分布中最大值问题。他认为这一最大值主要是由冬季保持而来。但是，由于当时的资料垂向取样间隔大，因而对冷水团区溶解氧的垂直结构及其分布特征等问题没有进行详细的讨论。 本文试图在前人工作的基础上，利用1983年11月中美南黄海环流和沉积动力学联合调查所获取的CTD资料，和与其同步取样(每秒钟抽样一次，深度间隔约在0.3-0.8m之间)的溶解氧资料，对秋末南黄海冷水团区溶解氧垂直结构及其最大值分布特征，以及它们同水系的关系等问题作进一步的分析研究。 调查海区和站位分布如图1所示。由于种种原因，调查海区仅限制在124°30''E以西海域，这对研究上述问题，特别是同水系的关系，带来了一定的困难。     

荧光猝灭法溶解氧传感器实验室校准方法研究

针对我国目前缺乏荧光猝灭法光学溶解氧传感器校准方法的现状,以AADI 4330F溶解氧传感器为实验对象,提出了一种适用于所有荧光猝灭法光学溶解氧传感器的实验室校准方法.该方法使用一个能够精确控制水体温度的自制校准装置,通过改变通入容器的氧气和氮气比例来控制容器内的溶解氧含量,在4个温度下分别测定至少10组水体温度值、传感器相位值和Winkler碘量法测定值数据,使用回归分析进行多项式拟合获取传感器校准系数.经过实验室验证,在校准试验温度范围内随机温度和溶解氧浓度下,使用该方法校准后传感器测定值与标准值偏差在±5 μmol/L以内,达到了仪器自身的准确度水平.本方法在校准结果准确度和温度适用范围等方面都明显优于两点校正法,表明该方法具有良好的校准效果和推广应用价值.     

基于空气介质的光学溶解氧传感器便捷校准方法研究

基于荧光猝灭原理的光学溶解氧传感器可获得海水溶解氧时空数据,被广泛应用于海洋环境长期监测,但因其在贮存期间和布放期间会发生"贮存漂移"和"测量漂移",需要进行校准.现有的实验室校准方法周期长、操作复杂.本文研究了光学溶解氧传感器在空气和水体两种不同介质中的响应特性,提出一种利用空气介质的光学溶解氧传感器现场校准方法,并...     

长江口及其邻近海域溶解氧的分布变化

海水中的溶解氧与水体中动植物的生长有着密切关系(陈国珍,1961)。溶解氧和氧饱和度的资料对估计水体生产力和评价水体的有机污染状况具有重要意义。 本调查海区位于30°20''-32°00′N,124°00′E以西至长江口及其沿岸,地貌和水动力学均较为复杂。长江等水系终年输人淡水,在丰水期几乎影响到整个调査海区;东海沿岸流和合湾暖流的侵入导致调查海区溶解氧的分布变化较为复杂。我们于1985年8,11月和1986年1，5月对该海区进行了包括溶解氧在内的综合调查。共设6个断面50个调查站(图1),分层采样,沿用 Winkler法进行溶解氧测定,结合同期水文、生物调查资料,研究了溶解氧的分布特征。     

西南黄海2018年夏季溶解氧分布特征及其影响因素的初步分析

利用2018年夏季在西南黄海的现场调查资料,分析了海温、盐度和溶解氧(dissoloved oxygen,DO)分布特征.海区西侧的江苏沿海有明显的冷水带,冷水带对应表层较高的DO浓度.在海区南侧的长江口附近,盐度由南向北升高,上部海水DO浓度高,下部海水DO浓度低.综合现场观测数据、CCMP (Cross Calib...     

水下滑翔机温盐深观测数据处理研究

为提高水下滑翔机搭载的温盐深剖面仪(CTD)数据处理质量及效率,在船载CTD数据处理方法基础上,研究了国产水下滑翔机CTD数据处理方法,基于Matlab GUI编程技术设计与研发了水下滑翔机CTD数据处理软件,利用该软件处理了“海燕”水下滑翔机GPCTD观测数据并与船用SBE 911 plus CTD、XCTD及MVP300传感器成果数据进行了对比,结果表明：GPCTD观测数据经处理得到的温、盐、声剖面整体趋势与各传感器成果数据基本一致,数据质量介于各传感器之间,其中温度、声速与XCTD、MVP数据更接近,而盐度与CTD数据更吻合,本文研究将为规范处理与使用水下滑翔机海洋水文数据提供参考。     

Argo浮标观测溶解氧数据的原理与质量控制

Argo剖面浮标已成为海洋溶解氧观测数据的主要来源,截至2018年7月已在全球范围内获取了超过13万条溶解氧剖面,然而目前其数据的质量控制仍然存在不足。本文首先介绍了Argo浮标上携带的溶解氧传感器的测量原理、主要误差来源以及两种校正方法:气候态校正法与空气测量校正法,并提出了目前在溶解氧传感器数据质量控制研究亟需解决的技术问题,包括:①由于传感器伸出水面的高度不够,一些浮标并不能有效测量空气氧含量,因为无法进行空气测量校正方法;②Argo观测的溶解氧数据库中目前存在一些异常测量剖面没有得到有效剔除,影响校正系数的计算;③使用平均值确定校正系数的方法容易受到异常剖面的干扰。     

溶解氧测定探头式与经典滴定法的互校及无氧水零点校正法

设计了制作无氧水及溶解氧梯度水的装置,以研究溶解氧测定中溶解氧探头测定结果与经典滴定法测定结果的互校性、可靠性。结果表明,在从无氧水到18g／L(对一个大气压空气来说是过饱和)的氧含量范围内,这2种方法有很好的线性关系。但是,经典滴定法比溶解氧探头测定的值偏高,这是经典滴定法从采样固定到滴定整个非在线测定过程易于受各种干扰所体现的固有的缺点。特别是对于极度缺氧或无氧水样的测定,经典滴定法会得出偏高甚至错误的结论。因此作者推荐环境监测中溶解氧的测定采用溶解氧探头的测定数据．而滴定的方法可以采用无氧水对零点进行校正。     

2006年冬季粤东沿岸下降流观测分析

根据珠江口及其附近海域2006年冬季(2006年12月至2007年1月)航次的CTD调查资料发现,由于表层水体冷却而产生的对流作用,以及东北季风、浪、流等强动力条件下,冬季陆架水体垂向混合均匀,但粤东近岸海域却存在显著的温跃层及逆盐跃层,其原因在于:东北季风的Ekman效应引起了陆架表层高温、高盐海水向岸输送,东北季风还驱动了西南向沿岸流,其底边界层的Ekman效应引起了沿岸底层低温、低盐海水离岸输送,这样就形成了陆架方向的次生环流,在沿岸海域则为下降流,并表现为沿岸海域的逆盐跃层及温跃层现象。在下降流显著的区域,溶解氧垂向分布均匀且浓度较高,这应归因于下降流将溶解氧浓度较高的表层水带入深层所致。     

2009-2010年冬季南海东北部中尺度过程观测

根据南海北部陆架陆坡海域2009-2010年冬季航次的CTD调查资料,发现西北太平洋水在上层通过吕宋海峡入侵南海,其对南海东北部上层水体温盐性质的影响自东向西呈减弱趋势,影响范围可达114°E附近。入侵过程中受东北部海域反 气旋式涡旋(观测期间,其中心位于20.75°N,118°E附近) 的影响,海水的垂向和水平结构发生了很大变化,特别是涡旋中心区域,上层暖水深厚,混合层和盐度极大值层显著深于周边海域。该暖涡在地转流场、航载ADCP观测海流及卫星高度计资料中均得到了证实。暖涡的存在还显著影响了海水化学要素的空间分布,暖涡引起的海水辐聚将上层溶解氧含量较高的水体向下输运,使次表层的暖涡中心呈现高溶解氧的分布特征。     

基于荧光猝灭原理的溶解氧分析仪的研制及其应用

研制出一种对溶解氧敏感的传感膜,其荧光材料主要是邻菲咯啉钌。由光源发出的中心波长为465 nm的强光照射到铺有该络合物的膜片上,激发出中心波长为620 nm的荧光,水体中的溶解氧会对激发出的荧光产生猝灭效应,猝灭程度与溶解氧的质量浓度之间存在线性关系。该膜片在无氧水中的荧光强度是空气饱和水中的20倍,变化较为明显。对比检测荧光信号在待测水体中猝灭前后的强度,即可测出水体中溶解氧的质量浓度。基于这一原理和荧光测量技术研制了光学溶解氧分析仪,利用该仪器对6处不同水域的天然水体进行测试,所得测试结果与国标碘量法的测试结果之间不存在显著性差异,误差≤2%,响应时间<1 min。在海水中30 m深处进行36h稳定性考察,所得溶解氧质量浓度数值平均偏差小于0.2 mg.L-1,证实仪器可适应较为恶劣的环境,且稳定性较好。     

基于荧光猝灭溶解氧传感器的校准方法研究

溶解氧是海洋水质监测的常规关键参数,基于荧光猝灭原理研制的溶解氧传感器具有准确度高、稳定性好和可长期在线测量等优点,已经被广泛用于海水溶解氧浓度监测.针对传感器可能发生的数据漂移和显著偏差可能造成的准确度问题,本文设计了一套专门的校准装置和校准方法.通过严格控制校准水体的温度和溶解氧浓度,测量待校准传感器和参比传感器的...     

Impact of Kuroshio on the dissolved oxygen in the East China Sea region

A marine survey was conducted from 18 May to 13 June 2014 in the East China Sea (ECS) and its adjacent Kuroshio Current to examine the spatial distribution and biogeochemical characteristics of dissolved oxygen (DO) in spring. Waters were sampled at 10?25 m intervals within 100 m depth, and at 25?500 m beyond 100 m. The depth, temperature, salinity, and density (sigma- t ) were measured in situ with a conductivity-temperature-depth (CTD) sensor. DO concentrations were determined on board using traditional Winkler titration method. The results show that in the Kuroshio Current, DO content was the highest in the euphotic layer, then decreased sharply with depth to about 1 000 m, and increased with depth gradually thereafter. While in the ECS continental shelf area, DO content had high values in the coastal surface water and low values in the near-bottom water. In addition, a low-DO zone off the Changjiang (Yangtze) River estuary was found in spring 2014, and it was formed under the combined influence of many factors, including water stratification, high primary productivity in the euphotic layers, high accumulation/ sedimentation of organic matter below the euphotic layers, and mixing/transport of oceanic current waters on the shelf. Most notable among these is the Kuroshio intruded water, an oceanic current water which carried rich dissolved oxygen onto the continental shelf and alleviated the oxygen deficit phenomenon in the ECS, could impact the position, range, and intensity, thus the formation/destruction of the ECS Hypoxia Zone.     

基于快速数字锁相的溶解氧检测优化设计

溶解氧浓度检测在水产养殖和环境监测中具有重要的意义。本文提出了一种基于快速数字锁相的溶解氧检测优化设计,利用快速数字锁相算法与过采样技术,实现了荧光信号和调制信号的快速相位解调,并得到二者相位差,根据Stern-Volmer方程求出溶解氧浓度值。本文分析了调制频率对测量结果的影响,选择合适的调制频率用于测量,并利用最小二乘法对测量结果进行拟合,拟合后的确定系数R-square为0.999 25。实验数据表明,测量结果相对误差（RE）小于±1.5%,相对标准差（RSD）小于4%,稳定时间小于50 s。本文提出的优化设计不仅具有较高的测量精度,还简化了硬件设计,降低了成本。     

西港海洋牧场底层海水溶解氧浓度时变特征

利用海底有缆在线观测系统获得的连续实时观测数据,研究了2016年6月2日至10月22日期间威海市西港海洋牧场底层海水溶解氧浓度的时间变化特征,并探讨了其影响机制。结果表明,观测期间底层海水溶解氧浓度整体呈先减小后增大的变化趋势,其变化范围为2.99 mg/L至11.43 mg/L,均值约为6.65 mg/L。进一步分析表明：（1）底层海水饱和溶解氧浓度的变化并不显著,于6月出现过饱和现象;（2）海水温度是底层海水溶解氧浓度日际变化和月变化的主要影响因素;（3）7月至8月中旬,在季节性温跃层抑制垂向混合和水温升高的共同影响下,底层溶解氧浓度总体呈下降趋势;（4）日平均风速与日平均海水溶解氧浓度的相关性并不显著,但大风期间底层海水溶解氧浓度存在先升高后降低的变化特征;（5）底层海水溶解氧浓度的日变化以全日周期为主,可能主要受生物过程、垂向混合扩散和潮流输运等日变化的影响。本研究对于进一步探讨山东半岛海洋牧场区域海水溶解氧的时空分布特征及其影响机制具有重要意义。     

南沙群岛海域溶解氧垂直分布最大值的季节特征

根据“八五”、“九五”国家科技专项南沙群岛海域综合科学考察的现场调查资料,对南沙群岛海域溶解氧垂直分布最大值现象的分布特征、季节变化规律作了较为全面的分析和研究,同时比较了东海、黄海海域春、夏季溶解氧垂直分布出现的最大值现象及其特征.研究结果表明南沙群岛海域溶解氧垂直分布的最大值现象与我国东海、黄海海域的溶解氧垂直分布最大值现象无论在地理分布、深度、强度、季节性变化还是存在条件的特征化方面,均有着较大的差别.反映影响南沙群岛海域溶解氧垂直分布最大值形成的原因,均与东海、黄海海域溶解氧垂直分布最大值形成的原因有所不同     

长江口海域水文环境要素分布及溶解氧垂向输运

本文基于2016年长江口海域(舟山绿华山)的连续观测数据,分析了该海域水文环境要素分布,并估算了溶解氧跨跃层垂向输运。本次观测发现,水体的温度、盐度和溶解氧剖面具有明显的分层结构,三者跃层具有相同的变化趋势且主要受潮流变化影响。通过计算,得到跃层浮性频率的平方(N2)在10–3—10–2/s2之间,剪切的平方(S2)介于10–5—10–2/s2。潮流活动会激发水体剪切不稳定促进水体中溶解氧的垂向交换。最后,采用简化的一维溶解氧垂向输运模型,得到观测周期内跨跃层输运的溶解氧的含量为4.75mmol/(m2·d),佐证层化是长江口海域出现氧亏损现象的主要原因之一。