基于拉格朗日方法的南海自动剖面浮标轨迹模拟系统*

南海自动剖面浮标轨迹模拟系统包括高分辨率模式流场、拉格朗日追踪模型和垂向浮标运动参数化方案等三个核心部分。该系统可在南海范围内模拟两类自动剖面浮标: 传统自动剖面浮标(停滞深度为1000m, 最大下潜深度为2000m)和新型深海自动剖面浮标(停滞深度为距海底500m)。通过对南海现有的6个传统浮标的模拟, 该系统可以预测其100d内的漂流轨迹。通过与真实浮标轨迹数据的对比, 验证了该模拟系统的准确性。此外, 根据该系统, 我们初步探讨了深海自动剖面浮标阵列(时空分辨率为2°×2°×30d)在南海内区布放方案的可行性。该模拟系统的建立和完善将有助于对现有传统剖面浮标布放策略进行优化, 并对未来深海剖面浮标在南海的推广应用提供初步的理论依据。     

基于BLISCO的深海剖面浮标设计优化

剖面浮标被广泛应用在国际"Argo"计划中,通过在海洋中上浮下潜运动来收集海水温、盐、深等物理参数。为了满足科学研究的需要,将常规2 000 m的剖面观测深度延伸至更深的海区十分有必要。为了设计一款性能优越的4 500 m深海剖面浮标,文章针对深海剖面浮标的特点,以液压系统的性能参数为依据,以100个测量剖面为设计目标,同时考虑到浮标露出水面的干舷高度、在深海环境下体积压缩以及其内部各模块之间的关联与耦合,建立深海剖面浮标概念设计的多学科设计优化模型,应用BLISCO多学科设计优化算法框架进行总体设计优化,优化后的总重量为48.773 kg,与日本的4 000 m的深海剖面浮标相比,重量减小了2.52%,测量剖面数增加了30个。设计优化结果表明,该型深海浮标的设计能满足深海环境下的测量要求,且性能优于日本的4 000 m级深海剖面浮标。     

基于拉格朗日方法的南海自动剖面浮标轨迹模拟系统

南海自动剖面浮标轨迹模拟系统包括高分辨率模式流场、拉格朗日追踪模型和垂向浮标运动参数化方案等三个核心部分。该系统可在南海范围内模拟两类自动剖面浮标:传统自动剖面浮标(停滞深度为1000m,最大下潜深度为2000m)和新型深海自动剖面浮标(停滞深度为距海底500m)。通过对南海现有的6个传统浮标的模拟,该系统可以预测其100d内的漂流轨迹。通过与真实浮标轨迹数据的对比,验证了该模拟系统的准确性。此外,根据该系统,我们初步探讨了深海自动剖面浮标阵列(时空分辨率为2°×2°×30d)在南海内区布放方案的可行性。该模拟系统的建立和完善将有助于对现有传统剖面浮标布放策略进行优化,并对未来深海剖面浮标在南海的推广应用提供初步的理论依据。     

深海综合观测浮标研制及其在热带西太平洋的应用

目前尽管国内近海浮标实现了产品化,但深远海尚无定型可靠的深海综合观测浮标系统,基于此,中国科学院海洋研究所设计制作了深海综合观测浮标系统,其浮标体为柱台型结构,采用单点锚泊系留。整个系统主要由浮标体、系留子系统、观测子系统、数据采集处理控制子系统、通信子系统、供电子系统、检测子系统、安全报警子系统和岸基数据接收处理子系统等9部分组成。浮标系统通过搭载不同类型的传感器,实现对风速/风向、气温、相对湿度、气压、能见度、雨量、波浪、表层水温、表层盐度、表层溶解氧、表层叶绿素、表层浊度、剖面流速流向、剖面温盐深(最大深度可达1 000 m)、方位及浮标位置等要素进行实时观测,从而完成对海洋气象、水文和水质等要素的长期、连续、自动监测,并支持铱星和北斗等卫星通信方式,将观测数据实时的传输到岸基数据接收处理系统。近年来,深海综合观测浮标系统在热带西太平洋海域连续进行了4次海上应用,每次应用时间长达1 a。它提供了第一手的大洋上层和海气界面长时间序列的实时连续观测资料,促进了关于气候变化和深海大洋的研究工作。所研制的深海浮标达到目前国际同类产品(美国ATLAS浮标、日本TRITON浮标)的先进水平,...     

深海氮气浮标运动特性分析

氮气浮标是一种新型的剖面浮标,通过增加蓄能器作为被动浮力调节模块,可以利用海洋压差实现更有效率的剖面运动。由于蓄能器的加入,氮气浮标的运动特性相对于常规浮标有所变化。基于一款深海剖面浮标,利用理论分析和运动仿真的方法研究了氮气浮标的运动特性,对氮气浮标主动体积改变量与剖面运动深度之间的对应关系、氮气浮标的剖面运动形式以及氮气浮标的定深悬浮稳定性进行研究。研究表明,氮气浮标只需要主动对浮标体积做较小的改变即可完成同等深度的剖面运动,节省了浮标完成一次剖面运动的能量消耗。但蓄能器的引入增加了浮标完成剖面运动需要的时间,且给浮标的运动带来了突变性和不稳定性。     

HM2000型剖面浮标的主要特征及其应用

HM2000 型剖面浮标是一种新颖的国产海洋观测仪器,可以长期在海上自由漂移并连续测量 0~2 000 m 水深内的海水温、盐度剖面数据,已被国际 Argo 组织用于全球 Argo 实时海洋观测网建设和维护。 详细介绍了该型浮标的工作原理、结构、功能和主要技术指标等,并与 APEX 型浮标进行了比较分析, 表明了 HM2000 型剖面浮标具有明显的功能优势,且测量的温、盐度质量是有足够保证的,完全可以替代国外浮标用来主导建设我国的 Argo 区域海洋观测网。     

COPEX和HM2000与APEX型剖面浮标比测试验及资料质量评价

利用船载CTD仪、国外剖面浮标(APEX)和实验室盐度计等标准仪器设备,在西北太平洋海域对2种型号国产剖面浮标(COPEX和HM2000)进行了现场比测试验,并对观测资料质量进行了定性和定量分析与评价.结果表明:(1) COPEX和HM2000型剖面浮标观测的盐度资料均能达到国际Argo计划提出的±0.01的精度要求;(2)HM2000的最小观测深度离海面1 m以内,最大观测深度基本稳定在2 000 m左右,并能保持在1000 m深度附近漂移,而COPEX的最小观测深度在8～9 m之间,最大观测深度则在1 800～1 900 m之间波动,且漂移深度都在600～800 m之间;(3)COPEX和HM2000都获得了70条以上有效观测剖面.总体而言,两种国产剖面浮标观测的温、盐度资料都是可信、可靠的.但试验中暴露的一些问题和不足仍有待不断改进和完善.     

我国深海Argo区域观测网成功完成“深海玄武”浮标首次批量布放

<正>2023年12月,由中国海洋大学牵头,崂山实验室、自然资源部第二海洋研究所、中国科学院海洋研究所共同参与的“深海Argo区域观测网建设”在西太平洋菲律宾海盆顺利完成首批6 000 m级国产“深海玄武”浮标的布放。自12月9日起,经质量控制的深海温度和盐度剖面观测数据实时提交至全球Argo资料中心(GDAC),参与国际共享与交换。这是我国首次批量布放国产深海Argo浮标,标志着我国在深海Argo区域观测网建设上迈出了重要的一步。     

一种专门用于低纬度洋区观测的Argo剖面浮标

早期研制的Apex型剖面浮标,由于浮力有限,不适合在上下层密度差较大的低纬度海区使用.为了实现国际Argo科学组提出的"要获取全球大洋2 000 m水深剖面资料"的目标,从2004年开始,美国Webb研究公司组织技术研究人员对普通Apex型浮标进行了技术革新,从而使得今天已经建成的全球Argo实时海洋观测网具备了覆盖全球大洋进行2 000 m水深剖面观测的能力.美国华盛顿大学海洋学院Stephen C.Riser教授专门著文详细介绍了这一改进技术,我们对全文进行了翻译和整理,以供国内浮标技术研制人员参考.     

“浮星”自持式剖面浮标研究现状及进展

自持式剖面浮标在水中自由沉浮,具有隐秘性好、易投弃、体积小、重量轻、移动速度慢和制造成本低的特点,可用于长期、连续海洋观测及水下安全监视。文中介绍了全球Argo海洋观测网,综述了自持式剖面浮标发展历程及国内外研究现状。针对国产自持式剖面浮标不能满足现代海洋观测的需求,设计了2 000 m以下水深工作的"浮星"自持式剖面浮标,填补了国内空白。"浮星"采用可变体积式浮力调节装置、硼硅玻璃球体作为耐压壳体,可搭载CTD、溶解氧等多种传感器,具有定深悬停、卫星定位和双向通讯等功能。目前,工程样机顺利通过实验室测试、南海海试、西太平洋可靠性测试,实现了4 000 m水深下潜,验证了承压密封、浮力调节、通信控制等多项功能指标及整体可靠性、稳定性,为逐步实现全水深工作奠定基础。