旋转对投弃式海洋剖面仪运动特性影响的数值研究

在旋转坐标系下,采用有限体积法结合两方程k-ε湍流模型,对投弃式海流剖面仪(eXpendable CurrentProfiler,XCP)探头三维流场进行数值模拟.研究旋转对XCP探头流动特性的影响,对比分析了无旋转与旋转下探头周围流场分布,数值计算得到了不同转速下阻力系数和极限速度.研究表明,旋转会使探头整个流场增加...     

自返式微型海底沉积物地热探针设计

地热探针是进行海底热流调查的专用设备,文中介绍了一种新型自返式微型地热探针的设计。该探针外形设计采用流体力学仿真计算与试验相结合的方式,集成了低功耗数据采集、水下红外通信、电化学腐蚀释放、卫星定位等技术,可实现投弃式布放、热导率原位测量及自返式回收等功能。新型探针的研制,将为海洋热流调查提供一种更加便捷的调查手段。     

投弃式波流测量传感器浮标体结构分析及伪刚体建模研究

根据投弃式波流测量传感器的功能及应用特点,提出了其浮标体的结构设计要求,并依此给出了所设计浮标体的主体结构。文中描述了所设计的投弃式波流测量传感器浮标体各部分的结构功能,论证了该浮标体在投弃式波流测量方面的结构优势。共研究了所设计的3种不同投弃式波流测量传感器浮标体结构,包括两种采用柔性浮力叶片的浮标体和一种采用刚性浮力叶片的浮标体。根据柔顺机构学理论分别建立了其中两种柔性浮标体的伪刚体模型。对比了刚性浮标体和两种柔性浮标体的伪刚体模型在波浪海流作用下的姿态特点,分析了各浮标体在波高测量时的误差原因,得出了其中C型柔性浮标体具有更好的随波浪和海流运动响应的结论。为更深入地进行投弃式波浪测量传感器浮标体运动学和动力学的相关研究提供了模型基础。     

投弃式温盐深测量仪数据传输系统的研制

提出了一种投弃式海水温盐深剖面测量仪的数据传输系统的设计方案.针对数据传输导线材质的特殊性和导线长度的时变性,分别研制了水下数据发送电路和水上数据接收电路,实现了数据的可靠传输.系统基本满足投弃式温盐深剖面测量仪的数据传输要求,抗干扰能力强,填补了国内空白.     

线圈释放式温、盐、深探头运动特性的数值计算方法研究

线圈释放式温、盐、深探头从空中定点投放，入水后测量海洋不同海水层面上的温度和盐度，因此必须知识探头各个时刻的入水距离，以与获得的温、盐数据对应。本文对其运动特性进行了数值计算，并在计算中考虑了探头质量和排水体积的变化。利用已有的形状完全相同但不释放线圈的探头实验资料，拟合出了探头在海水中的阻力系数与雷诺数的关系式。并且分析了探头入水瞬间速度损失的影响。     

XBT探头外形数值模拟及实验研究

XBT探头是一种手持投弃式温深剖面测量探头,外形结构直接影响其在水中的运动姿态,进而影响其采集数据的准确性。采用N-S方程及k-ε湍流模型对三种不同外形XBT探头的压力场和速度场进行数值模拟,研究了在不同雷诺数下阻力系数的变化趋势,获得了三种不同外形XBT探头的运动极限速度。通过分析攻角与升力关系表明有尾翼探头能够获得稳定的垂直下落姿态。由数值模拟分析结果与实验结果对比可知极限速度基本相符,验证了该数值模拟方法的正确性,可为XBT探头的结构设计提供重要的理论依据。     

UCTD探头阻力系数的数值分析及试验研究

为优化海洋动力参量拖曳式剖面测量系统(Underway Conductivity-Temperature-Depth instrument,UCTD)探头下降速度与稳定性,达到设计测量深度,提高观测数据质量,本文利用外型曲线解析式和探头基本运动方程完成初步设计,通过Fluent软件建立UCTD探头的流体动力学分析模型,计算相应的阻力系数,对其进行结构优化和重量调整,以满足技术指标的要求。2017年春季航次海试数据验证了数值仿真计算与探头结构设计的科学性和合理性,研究结果为UCTD探头水下运动规律研究和探头的设计提供参考。作为走航温盐剖面测量装置,UCTD可以快速、低成本地获取海洋水文剖面资料,广泛应用于海洋环境监测、海洋科学研究以及军事领域。     

基于形状特征的XBT探头检测与识别研究

为改进国产投弃式温深仪(XBT)的下降速率公式,拟采用基于图像处理的方法测量其下落过程中的运动参数并分析,为此要实现XBT探头的自动提取。为实现视频图像中XBT探头的自动检测识别,提出了一种基于形状特征的目标检测识别算法。首先通过背景差分法去除背景噪声并阈值分割,采用连通区域的标记算子将二值图像标记为互不连通的待识别区域。然后提取连通区域的偏心率、致密性以及标记图构造描述目标的特征向量,通过计算各连通区域的特征评价函数,利用模糊综合评价方法识别XBT探头。最后对研究方法进行了物理实验验证。实验结果表明:用模糊综合评价方法能较好地在复杂背景下实现目标的识别,能够有效地在序列图像中准确的检测识别出XBT探头目标,为XBT运动参数的测量打下了基础。     

投弃式海流剖面测量仪测量原理研究

根据投弃式海流剖面测量仪的测量原理建立了二维海流运动感生电场离散和连续模型,通过模型推导得到了海流与感生电场间的关系公式。通过对海流感生电磁场的分析,对海流测量的基本方法进行了研究,通过感生电磁场的量级的计算,确定了投弃式海流剖面测量仪研究的主要方向和关键技术。     

航空投弃式电导率温度剖面仪(AXCTP)

日本海洋科学技术中心研制了航空投弃式电导率温度剖面仪(AXCTP)。其性能指标如下: 探头作业深度 2000米空中减速系统四叶旋转翼探头在水中下沉速度 >3.0米/秒旋转速率 1转/秒海面浮子长度 1000毫米外径 70毫米空气中重 2.9公斤探头长度 400毫米外径 50毫米水中重 0.6公斤深度精度 3％电导率     

国产抛弃式温度剖面仪(XBT)资料质量分析

国家海洋技术中心根据科研需求研发了抛弃式温度剖面仪(XBT)等一系列抛弃式产品.针对2014年8月份在西太平洋海域投放的XBT和XCTD所获取的温度数据进行对比分析,单剖面结果显示两者相关系数达到了0.95,在温跃层处出现温度差,断面标准差分析结果为200 m以上温跃层处较大而200m以下标准差较小,最大和最小标准差值分别为0.39和0.08.温度断面分析结果显示两者在同样的位置出现等值线的凹凸现象,对大洋水团特殊物理海洋现象描述基本一致.分析温跃层处两者温度存在偏差的原因有3个:不同传感器的不同响应时间引起的误差、深度测量公式的误差以及传感器本身的测量误差影响.国产XBT的数据质量较好,总体上性能能满足对环境复杂海域的快速走航观测,数据质量准确度和可靠性都较好.     

基于连续帧间差分的抛弃式探头三维下沉运动处理方法研究

抛弃式探头由无人机装载,能够在较远目标区域和危险海域开展海洋水文环境剖面参数的测量。通过安装不同传感器,可以实现对温度、盐度的剖面测量,其深度的测量采用数学方法计算得到。针对双摄像机水箱实验获得的5个不同攻角实验结果,分析了常用的运动目标的检测方法,最终选择基于连续帧间差分法,确定探头的三维坐标位置,进而得到探头下沉运动的三维运动轨迹和速度曲线等信息。探头从水面释放后攻角在下沉过程中不断调整,改变运动姿态,同时伴随自身的旋转,抵消水平方向阻力作用,初始攻角产生的深度测量误差主要体现在加速过程,探头达到匀速运动后测量误差不变,在不考虑横流的情况下,探头最后以匀速垂直下落运动。     

基于地磁与红外双模探测的海洋浮标预警系统设计

设计了一种基于地磁检测与红外感应相结合、可对浮标周围异常目标进行探测和预警的控制系统。系统采用芯片级的微型磁感线圈,以及高集成度、低功耗的数据采集与总线技术,通过探测船体磁性对地磁场的扰动,监测船舶对浮标的靠近;采用芯片级的热释电红外传感器,通过探测人体红外辐射,监测浮标在正常工作期间未知人员的入侵。系统的预警采用声光报警和图像远程传输相结合的方式,现场采集的图像数据经过压缩编码后通过无线数传电台发送至远程岸基监测站,实现海洋浮标的远程预警与现场取证功能。     

一种用于深海光缆打捞剪切的新型设备

在国内外深海光缆线路维修中,由于现有专用设备性能的局限,对海光缆的打捞一直是一项耗时、耗财、耗力且难度较大的作业。文章介绍了一种以双握切割、两端同持方式剪切打捞海缆的新型设备,它不仅能在2 000 m水深的海底对海光缆进行可靠剪切,还能在剪切后将海缆的两个断头牢固握持,并自行辅接深海打捞所需的钢缆。证明了使用该设备可取代常规打捞的断头打捞,不仅大大提高了维修工作效率,更有效地提高了维修打捞工作的安全性和可靠性。     

Assimilation of temperature and salinity using isotropic and anisotropic recursive filters in Tropic Pacific

A data assimilation scheme used in the updated Ocean three-dimensional Variational Assimilation System (OVALS),OVALS2,is described.Based on a recursive filter (RF) to estimate the background error covariance (BEC) over a predetermined scale,this new analysis system can be implemented with anisotropic and isotropic BECs.Similarities and differences of these two BEC schemes are briefly discussed and their impacts on the model simulation are also investigated.An idealized experiment demonstrates the ability of the updated analysis system to construct different BECs.Furthermore,a set of three years experiments is implemented by assimilating expendable bathythermograph (XBT) and ARGO data into a Tropical Pacific circulation model.The TAO and WOA01 data are used to validate the assimilation results.The results show that the model simulations are substantially improved by OVALS2.The inter-comparison of isotropic and anisotropic BEC shows that the corresponding temperature and salinity produced by the anisotropic BEC are almost as good as those obtained by the isotropic one.Moreover,the result of anisotropic RF is slightly closer to WOA01 and TAO than that of isotropic RF in some special area (e.g.the cold tongue area in the Tropic Pacific).     

抛弃式探头下沉运动数值计算的网格划分方法研究

各类抛弃式探头下沉运动的数值计算研究都需要对探头表面和整个计算域进行网格划分的前处理过程,选择不同的网格划分方法和划分精度,会影响数值计算速度和计算精度,最终生成的网格质量决定了计算结果的收敛性和准确性。针对抛弃式探头的复杂结构,对比了两种网格划分方法、三种网格划分精度,完成探头计算区域的网格划分,采用k-ε湍流模型,进行抛弃式探头下沉运动的数值计算,并将计算结果与水箱和水库实验结果进行对比,验证了混合网格划分方法和普通精度网格对抛弃式探头下沉运动数值计算的适用性,研究结果对类似较为复杂结构的水下运动体的数值计算前处理过程具有一定的参考和借鉴意义。     

与海洋地磁日变改正有关的长期变化和磁扰的处理

提出地磁日变改正中需要顾及地磁长期变化和磁扰的可靠分离,保证磁力数据改正处理具有明确的基准,提高拼接整合的精度.如果日变站能够控制测区,两者可采用时间同步固定的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由日变站实测的地磁长期变化来改正,反之,对日变站和测区应分别采用时间同步变化的地磁正常场作为磁异常基准,测区的地磁长期变化由地磁正常场的地磁长期变化来改正.为此,应该明确定义与时间相关的日变改正基值为地磁正常场与地磁异常之和.通过磁静日总场观测值偏离正常场的某种形式的长期平均值,可以逼近日变站的地磁异常.磁扰的分离应保证磁扰初动和消失相对于磁静日无磁扰的连续过渡.采用综合模型一并进行日变改正、正常场及其长期变化改正,可以更好地解决目前日变改正中遇到的问题.     

Comparative morphological analysis of the diurnal rhythms in geomagnetic and seismic activity

To verify the hypothesis of the possible influence of geomagnetic variations on seismicity, the structures of the diurnal rhythms of seismicity in Garm research area, Tajikistan, and geomagnetic activity are investigated in detail using the regional index of geomagnetic activity at the Tashkent Astronomical Observatory. We compare (1) the average shape of the diurnal variations and its seasonal changes; (2) temporal changes in special coefficients of the amplitude variations and the diurnal variation stability. It is revealed that the dynamics of the mentioned parameters differ considerably between the geomagnetic and seismic activities. We conclude that the results obtained on the basis of the used data and processing techniques do not confirm the hypothesis of possible influence of weak geomagnetic variations on background seismicity in the Garm region, Tajikistan.     

NMOHEMS探头外形对其下沉运动的影响分析

NMOHEMS 探头是一种由无人机运载的小型投掷式探头,采用混合网格技术结合湍流模型,建立了探头下沉运动的数值计算方法,分析了导流腔、收缩段及尾翼对探头下沉运动的影响;通过6种外形探头在不同雷诺数下的阻力系数和相同质量下的极限速度对比,发现探头外形对其下沉运动数值计算的结果影响较大;其中导流腔和收缩段均具有明显的减阻作用,且收缩段的影响更大,而尾翼具有一定的增阻作用;lgRe 在2.3~3.8时,6种外形探头的阻力系数差别较大,随着雷诺数的增加,阻力系数均迅速减小;lgRe 在3.8~5.1时,6者的阻力系数比较接近,虽仍然保持减小趋势,但变化趋于缓慢.NMOHEMS 探头的体型较小,下沉速度较慢,对其下沉运动进行数值计算时,必须考虑外形对数值计算结果的影响.     

青岛海洋趋磁球菌QH-3 的鞭毛特征

趋磁细菌(magnetotactic bacteria,MTB)是一类能够沿着磁力线运动的特殊细菌。MTB在胞内磁小体的导向下借助自身鞭毛进行趋磁趋氧运动,以到达适宜的生境。本研究在青岛潮间带沉积物中发现大量的趋磁球菌,通过光镜与透射电镜对其运动方式与显微结构进行观察。结果显示优势趋磁细菌为卵球形,大小为2.5μm×2.1μm,宽长比为0.85,将其命名为QH-3。QH-3为趋北型(North-seeking)MTB,运动速度88μm/s,细胞内两侧各有一条由棱柱形颗粒组成的磁小体链。QH-3在菌体同一侧有两个由直径62 nm±9 nm的鞘包裹7根鞭毛组成的鞭毛束。这种特殊的鞭毛结构与已报道的致病菌的不同,而与法国地中海趋磁球菌MO-1的相似。