多普勒剖面海流计及其海上试验

声学多普勒海流剖面仪(ADCP)是最近十几年来迅速发展起来的一种新型海流计.它的最大优点是能同步测量海流的垂直剖面,本文主要介绍我所研制的“声学多普勒剖面海流计”(以下简称为剖面流)的测流原理,系统硬件组成,软件设计以及介绍最近一次的海上比测试验情况。     

南海北部上层海洋变化的定点观测分析

对南海季风试验(CSMEX)加密观测期(IOP)“实验3”号船在南海北部获得的CTD温盐和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)海流等观测资料进行分析,给出东沙群岛西南部大陆坡附近IOP两个阶段定点观测的海洋分量部分结果,通过分析海水的动力、热力学结构,描述夏季风暴发、维持期间该测站上层海洋的变化,讨论近表面水的温度、盐度和海流对海面风场的响应.     

海流计的发展现状及其应用

为解决海流计在实际应用中存在的部分专业术语不规范、译名不统一和归类有差异等问题,促进海洋观测仪器的发展和应用,文章参照相关标准规范、权威专著和专业文献等资料,根据海流计的工作原理和使用性质,结合业界实践经验,系统梳理各类型海流计的命名、分类、适用范围、特点和发展方向等内容。研究结果表明：海流计可定义为“一种用于测量海水流速和流向的仪器”,根据工作原理主要分为机械式海流计、电磁海流计、声学海流计和其他海流计4个大类,不同类型的海流计各具特性;其中,机械式海流计主要包括厄克曼海流计、印刷海流计、照相型海流计、磁录式海流计、遥测海流计和直读式海流计,电磁海流计主要包括地磁场电磁海流计和人造磁场电磁海流计,声学海流计主要包括声学多普勒流速剖面仪、声学多普勒海流单点测量仪、声学多普勒流速仪和时差式声学海流计,其他海流计主要包括激光多普勒测速仪、电阻式海流计、应变片海流计、倾斜式海流计、粒子图像测速仪和海洋湍流剖面仪。     

基于DS-CDMA序列的LADCP水声通信算法研究

下放式声多普勒海流剖面仪(LADCP)是20世纪90年代出现的一种海流剖面测量方式,能够快速获得大范围、全深度的海流剖面数据,在国内外有很广泛的应用。中科院声学所第一次将声通信部分加入LADCP中,完成了LADCP下放的实时监控。文中介绍了适用于LADCP通信特点的一种基于DS-CDMA的通信方法,完成了理论仿真,并通过进行相应的海试,验证了该方法的有效性。     

基于潜标观测的牛郎海山的深海海流的低频变化特征

本文利用在西太平洋牛郎海山布放的两套锚系潜标获取的长时间海流观测数据,分析了深海的海洋动力环境特征,着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。结果表明:（1）年平均海流及其变化幅度均在上层最大、中层和深层次之、中深层最小;（2）年平均上,150 m以浅的海流为东向的副热带逆流,150 m以深和中层为西向流;山顶处的近底层海流为较稳定的弱南向流,山底处的近底层海流为西南向流;（3）在山顶和山底,各深度层次的海流在全年均表现出100 d左右的振荡周期;在2 000 m以浅,各深度层次的海流振荡的位相基本一致,振荡幅度在表层最强、随深度的增加而减小;在2 000 m以深,海流变化的位相与2 000 m以浅相反,振荡幅度在4 000 m最强。     

深海潜标姿态的动力学仿真分析与验证及沉降原因探究

论文结合中国科学院海洋研究所2017年至2018年在西太平洋布放的一套6000m深自容式锚泊潜标系统,利用其温、深、盐及海流数据,参考卫星观测的海面资料,依据潜标结构组成,创新性地选用多体动力学软件ADAMS建立柔性缆体有限元模型,进行复原式姿态模拟,对此潜标异常沉降情况进行原因探究,提出减小因潜标大深度沉降导致影响的方法。本文所提出的柔性体模型,可依据海流参数变化改变有限元长度,自定义流阻状态,已被证明在较小海流和海流异常大两种分布模型的拟下,计算机有限元模型分析所得绝对沉降误差达缆绳总长0.18%和0.41%。通过计算机模型依据实际情况的模拟结果,最终印证异常沉降值的形成原因：（1）在系泊结构既定且安全布放的前提下,其沉降异常值的出现只能与其当日所处环境的海流分布状态相关。模型锚泊最大受力8621N,合理选择布放地点、潜标材料可降低系泊损坏风险;（2）若大洋中尺度涡形成和临近导致流速激增,其对整个系统的作用将决定锚系系统布放期间异常沉降深度,由于中尺度涡的形成与迁移具有可预报性,结合系泊深度和位置的及时调整可减小超深度沉降所导致的影响。     

南海北部大陆坡区的突发性强流

应用声学多普勒流速剖面仪的定点观测浆,分析南少弱部东沙群岛西南大陆坡区孤立内波引起的突发性强流。本次观测到的这些强流主要特征为：（１）在０～１５０ｍ的观测深度层内,流向主要以向岸方向为主,每一峰值持续时间约为１０～２５ｍｉｎ。（２）在大潮期间,强流事件出现的次数较多,且强度大;在小潮期则反之。（３）最强的突发性海流发生于斜压内潮强盛期,比天大潮落后４～５天。（４）突发性强流事件即或呈现多岂有此理     

国产深海准实时传输潜标系统设计

基于海洋环境安全保障、海洋环境预报和海洋科学研究的需要,开展国产深海准实时传输潜标系统的设计,重点进行锚泊系统水动力分析、观测设备工作同步性、准实时通讯系统安全可靠和系统低功耗等整体技术设计;开展轻型感应耦合传输缆制作、大深度感应耦合传输和智能收放通讯等数据实时通讯技术的研究;进行适用于准实时传输潜标系统的多种类国产设备的稳定性和可靠性优化、规模化集成和系统化的应用示范,形成半潜升降式准实时通讯潜标与浮子式准实时通讯潜标各1套。所设计的准实时传输潜标系统集成了1台抗污染CTD、19台感应耦合CTD、8台感应耦合T、4台感应耦合传输的ADCP、2台单点海流计和6台感应耦合数据传输仪,并配有2套声学释放器;潜标系统本体设计含有3个水下流线型浮体、1套通讯浮子、1套准实时卫星通讯装置（半潜式水下绞车或海面浮子）和1套锚泊缆系,可实现深达2 000 mm的剖面温盐深和海流等海洋要素的高频率、多要素、多层次的长期连续观测和数据准实时传输,以便对科学问题解决和海洋环境安全保障等提供及时的数据支撑。     

远距离声学相关（ACCP）海流剖面仪（S．E．Bradly与S．Y．Kuo）

远距离声学相关海流剖面仪（ＡＣＣＰ）已研制成功，并进行了试验。试验结果表明，已成功地测得近１２００ｍ水深处的海流剖面，而记录到的海底回波信号深度达５０００ｍ，ＡＣＣＰ海流剖面仪与ＡＤＣＰ多普勒海流仪的测量结果一致，同时也符合信噪比和方差的理论预期值。     

2008年8—9月份吕宋海峡西南侧锚定ADCP的斜压海流观测

2008年8月份在吕宋海峡西侧大约4000m深的海域首次布放了两套深水潜标,对上层海洋进行了为期一个月的高频率ADCP海流采样。对数据进行了多重处理,分解得到平均流和逐层潮流,并分析了具有斜压性海流的频率分布。调和分析结果表明,该海域以不规则日周期潮流为主,潮流椭圆随深度旋转。海流的功率谱分析表明,内潮能量在温跃层附近最大,并随深度减小,同时海流有明显的近惯性振荡信号。该观测为了解吕宋海峡深层海洋的潮流、近惯性运动以及海峡水交换提供了第一手的资料。     

基于ADCP湾口测流的纳潮量计算

通过ADCP(声学多普勒海流剖面仪)在胶州湾湾口走航观测,得到胶州湾口团岛到薛家岛断面在春季和秋季的大潮、小潮的海流资料,对观测的流量值进行时间积分,从而得到胶州湾的纳潮量.计算得到胶州湾纳潮量为10.117×108 m3,同以往其他算法的结果相差在10%以内.     

深海锚系潜标ADCP数据处理的质量控制研究

基于2017年4月至2018年8月西太平洋深海潜标观测数据,本文开展了锚系式声学多普勒流速剖面仪数据处理的质量控制研究工作。本文总结了质量控制的基本方法,重点解决了ADCP在流速观测中普遍存在的条带状异常问题。研究结果表明,质量控制常用的良好率与姿态(横摇、纵摇)并不能有效去除异常数据。本文进一步通过流速误差与相关幅值对数据进行质量控制,发现可以有效地去除条带状的异常数据,显著地提高了数据质量水平。因此,该工作对开展海流的结构特征、变异规律和动力机制等研究工作有重要的意义。     

楚科奇海夏季潮流和余流观测研究

根据2008年8月5日至9月7日在楚科奇海布放的一套锚碇潜标观测系统(71°40.024′N,167°58.910′W)获得的海流剖面资料研究了该海区的海流分布特征,重点探讨了潮流的垂向结构、余流剖面特征及海流的斜压性.结果表明:(1)该海域主要分潮为半日潮M1,S2和N2,近日分潮O1,天文分潮MM和MSF,其中以M...     

船用多普勒海流计的测流原理和资料处理

多普勒海流计是根据声学多普勒效应的原理制成的测流仪。它用声波换能器取代了传统的以机械转动为基础的传感器。其量程宽,既可测弱流,又能测强流,测量呈线性,一般情况下精确度较高。多普勒海流计的种类型号很多,有的可安在平台或海底,进行定点测流,有的可装在调查船上,作锚锭浮泊或走航测流。因为它能够测量水体垂直剖面上的各层流速,因此又称它为剖面海流计我国已自行设计出 SLY1-1型声学多普勒海流计,其流向流速测量方法及仪器主要技术指标可参看文献[4]和[5]。多普勒海流计在我     

基于声传播时间的二维流场反演数值仿真研究

基于南海1998年夏季调查航次诊断计算的流函数场,选取越南以东偶极子发生海域,进行不同的声层析观测站位设置实验。模拟计算声线传播时间信息,然后应用基函数重建方法进行了流函数场的模拟反演研究,讨论了不同随机观测误差对反演结果的影响。研究结果表明该方法是可行的,在所选取的约833 km×833 km海域内,在观测海域外围配置19个声层析观测站位就能够很好地重构原流函数场,空间分辨率约为63.7 km,可以分辨模拟海域中尺度涡场结构,这是传统的基于海流计(CM)或声学多普勒剖面仪(ADCP)等观测方法所不能企及的。该观测技术和方法可以实际应用于近海大范围流场结构的遥感实时监测,为近海污染物等的扩散研究,海洋环境变化等提供实时观测流场资料。     

基于三种测波方法的实测数据对比分析

近海海洋工程波浪观测中较为广泛使用的测波方法主要包括压力式测波、声学测波和重力式测波等。三种观测方法各有优势,需根据历史资料、地理环境和任务目的设计合理的观测形式,可以选择一种或多种形式组合的形式,以达到最佳的观测效果。使用GPS测波浮标、AWAC声学海流/波浪测量仪和TWR-2050压力式波潮仪的实测资料进行了对比分析,结果显示,测波浮标与AWAC所测数据相关性较一致;TWR压力波潮仪与AWAC测量的波高趋势基本一致,但周期短、波高小的海域和时间段测量准确度较差。     

强流区测流方法及测流仪器的讨论

海洋水文观测中对实测流的定点观测,一般采用双联浮筒测表层流(0～2米层的流);用印刷式海流计或直读式海流计测表层以下的海流,如何对海峡、河口及海角附近的强流区测流?海洋水文调查规范中还没有明确规定。为开发利用成山头海区的潮流能,我们采用表层浮筒、HLS-1型声学多普勒海流计、LS25-A型旋浆式流速仪(河道流速仪)和ZD-3型直读式海流计进行了尝试。成山角位于山东半岛最东端,其尖端伸向黄海,此海区由于海底地形复杂,又离北黄海无潮点较近。因此,这里的潮汐、潮流特征是潮差小,潮流大。实测流速有时可达四节以上。由于海底石棚较多,流大水急,涡旋多,锚泊测流船只会出现走锚现象。在这样海流复     

国产走航式声学海流剖面仪的应用分析

针对国产走航式声学海流剖面仪的应用性能进行评价,为用户及生产厂家提供借鉴。首先,就国产走航式声学海流剖面仪的实际数据,从不同角度和层面,全面分析和考察了其测量数据的各项性能,有针对性地绘制了各类图件,并通过数据质量、数据有效性、测流精度、测流深度等各方面的分析比对,对国产走航式声学海流剖面仪做出定性评价。其次,通过与国外同类仪器的以往应用情况进行对比分析,发现在船只转向和往复航行、加速和减速航行、高速航行时,国产走航式声学海流剖面仪表现更佳。最后,基于应用中的不足给出相关建议。     

2008年夏季楚科奇陆架海域近底层水温大幅快速变化事件研究

2008年夏季中国第3次北极科学考察期间,利用锚碇潜标对北冰洋楚科奇陆架海域进行了为期33 d的海流剖面、近底层温度与盐度连续观测。观测数据显示楚科奇陆架海域近底层海水温度出现了两次较大幅度的快速升降现象。结合此次科学考察R断面温盐深仪(CTD)观测资料、以及卫星遥感海表温度(SST)和海表风场等资料,综合分析表明:观测到的这种快速升、降温现象不仅发生在近底层;这种快速升、降温现象应该是由海水温度锋面在夏季整体缓慢北移的同时存在短暂南北摆动所导致;温度锋面的季节性北移属于北极气候特征,而温度锋面短暂的南北摆动则与短期天气过程有关。     

声相关海流剖面(ACCP)测量的流速估值方法

声相关海流剖面（ACCP）测量技术对水体回波信号进行空间相关处理来估计流速值，与声学多普勒海流剖面仪（ADCP）相比ACCP的工作频工，更适合深海测流应用，ACCP测量系统对回波信号进行时空相关处理，根据相关函数的位置来估计被测水团的流速值，ACCP从信号中提取流速值要运用参数估计技术，本文介绍了采用极大似然法和最小二乘法进行流速参数的处理方法，给出一些典型流速情形的数值计算结果。