海洋观测仪器的通用技术要求

海洋观测仪器是实施海洋观测活动的基础,其性能影响海洋观测数据的准确性和海洋观测活动的质量。按照不同观测平台对海洋观测标准体系进行分类,梳理了海洋观测要素及其仪器有关的基本参数;根据海洋观测活动的特点列出了海洋观测仪器的一般技术要求,有助于推进海洋观测仪器应用的标准化工作。从海洋观测仪器的检定校准和现场比测2方面整理了海洋观测数据的质量控制方法,为提高海洋观测数据质量提供支撑。     

海南岛东南近岸海浪观测及统计特征

根据2012-2013年海南岛东南近岸整年海浪观测资料,初步分析了观测海域的海浪季节变化和统计特征。观测结果表明,观测海域年平均有效波高为1.28m,常浪向为东向(E),平均跨零周期为5.1s。观测海域波浪存在显著季节变化特征,主要表现为冬季型和夏季型两种波浪类型。对比观测期间影响观测海域的台风,发现从观测海域南部经过的台风"山神"对观测海域的影响远大于从北部经过的台风"启德"。台风"山神"使观测海域的波高和周期同步迅速升高到最大值5.77m和7.8s,但波向滞后约12h从东向(E)转为偏南向(SSE)。受该台风影响,各频率和各方向上的能量都迅速增加,谱峰值由高频向低频转换,方向谱由单峰结构向双峰结构转换,即台风导致了观测海域一支偏南向(SSE)浪的出现。     

顾及仪器参数和基准的高精度重力控制网抗差估计

考虑观测仪器系统参数以及异常观测数据对参数估值的影响,讨论了平差中系统参数、重力基准的选择,并采用抗差剔除或削弱异常观测数据的影响,采用实际观测数据进行了试算。     

自容式压力验潮仪水位观测值影响因素与改正

自容式压力验潮仪是目前海道测量水位观测的常用设备。在实际应用中,由于忽略了环境因素及其变化对水位观测精度的影响,可能获取不到高质量的水位观测数据,进而影响到海道测量成果的数据质量。在简要分析自容式压力验潮仪水位测量原理的基础上,利用数值计算方法,探讨了气压、密度和重力加速度变化对自容式压力验潮仪观测水位的影响规律,并提出了提高自容式压力验潮仪水位观测精度的一般改正方法。     

飞行器状态观测误差对运行轨迹预报精度影响

飞行器状态观测误差大小直接决定了其运行轨迹预报精度。根据飞行器运行状态方程,分析了不同量级初始状态观测误差对飞行器运行轨迹解算影响。通过仿真试验评估了飞行器状态观测误差造成的影响,结论表明:飞行器初始位置和速度误差越大,对运行轨迹解算精度影响越严重,呈现出线性变化趋势。因此,对飞行器进行测控时,应尽量减小飞行器初始状态观测误差,提高飞行器运行轨迹解算精度。     

东海区海洋观测站GPS数据质量检核和分析

利用TEQC软件对中国沿海GNSS业务化观测系统东部海区20个观测站2009-2015年的GPS连续观测数据进行质量检测,分析多路径效应(MP)与周跳比(o/slps)和信噪比(SNR)的相关性。分析结果表明:受接收机性能老化影响,观测数据质量整体呈下降趋势;多路径效应与周跳比和信噪比存在较强的负相关;观测数据质量对解算结果精度有一定影响,剔除多路径效应较大的卫星观测数据可有效提高解算精度。     

海洋台站观测数据生成环节及质控分析

海洋观测资料是人类研究、开发、利用海洋的基础。除了在经济建设、社会发展等领域有着广泛应用之外,对国防建设和军事活动也具有重要意义,所以海洋观测资料的质量尤为重要。文章从海洋观测资料产生的关键环节、影响观测质量的多个方面及数据传输、数据审核等方面进行分析,严把海洋观测资料产生的各个环节,确保观测资料能真实地反映观测海域的海洋环境基本特征和变化规律。     

OBS浊度标定与悬沙浓度误差分析

利用光学后向散射浊度计OBS-3A,在长江河口南槽进行大小潮周期连续观测。利用OBS室内和现场浊度标定,计算不同潮时OBS观测悬沙浓度相对误差,并对影响其观测精度因素进行分析。主要结果有:(1)现场OBS标定R值比室内标定偏低,但也在0.8以上;(2)大潮平均相对误差值变化比小潮大,在悬沙浓度低于1.5kg/m3条件下,大小潮悬沙浓度平均相对误差都在15%以下;(3)悬沙粒径大小是影响OBS观测精度的主要因素,生物、泥沙颜色、水色和水中气泡等因素也对观测结果产生一定影响。     

船载表层水温观测研究

通过研究国家相关海洋观测标准对海水温度观测的规约,结合当前船载水温观测的现状,提出了基于总线的船载磁吸附温度链式观测方法,并对其在结构设计、理论模型、算法等多方面进行了阐述。本方法通过多个竖直分布的温度传感器实时观测,采用自适应参数化算法,有效减少了风浪、海流、热辐射等方面的影响,具有观测层深相对固定、精度高等特点,可实现船载全航次的自动观测。同时,设计制造了相关的模拟实验装置进行现场实验,验证了船载磁吸附温度链式观测方法的可行性和有效性。     

影响潮位观测质量因素分析与研究

在全球气候变暖的影响下,中国沿海海平面上升趋势还将进一步加剧。海平面上升会给沿海地区的社会经济、自然环境以及生态系统带来重大影响。面对海平面上升带来的巨大危害,如何防止其上升带来的危害显得尤为重要。首先要掌握海平面上升速率,潮位观测数据是对海平面进行科学研究的重要依据之一,潮位数据的及时性、准确性、完整性在海平面研究中起主导作用。但由于在观测中常使用不正确的方法,所以无法计算准确的平均海平面高度。根据潮位观测理论和多年实践经验,总结了在潮位观测中影响观测质量的因素,从而得到当地准确海平面及海平面上升速率,为防灾减灾提供基本理论依据。     

抗差Helmert方差分量估计在水下声学定位中的应用

水下声学定位观测数据中不可避免地存在粗差,随机模型解算广泛地采用等权模型,模型实现简单,但与实际不符,且不能抑制粗差影响。针对该问题,提出一种基于IGG3方案的抗差Helmert方差分量估计方法。该方法通过水深和观测距离将观测值分为两类,利用Helmert方差分量估计确定不同类观测值的权比,抗差解决了粗差导致Helmert方差分量估计模型失效的问题。实验结果表明,相比于传统解算方法,抗差Helmert方差分量估计方法可以合理确定各观测值权比,削弱粗差影响,提高水下定位精度和可靠性。     

一种基于波浪能的海洋立体观测系统及应用

随着海洋波浪能发电技术的发展和成熟,其在海洋观测领域的应用受到关注和研究。自主设计并研制了一种集波浪能发电、海表/海底同步观测、实时4G 通信传输、远程无线控制于一体的海洋立体观测系统,于2021 年7 月在珠江口万山岛海域通过锚泊系留方式布放,开展海上波浪能供电和观测应用试验。海试期间连续获取了海底原位观测视频数据,以及海表波浪变化和波浪能发电参数等监测数据,并对波浪能发电电流、电压和功率进行了统计分析,讨论了波浪能发电水平受波浪变化的影响,分析了两者之间的相关性。试验结果表明：利用波浪能供电的海洋观测系统具备连续、长周期、全天候观测的优势和潜力,源源不断的波浪能可保障海洋观测系统的稳定观测和数据可靠传输,实现了海洋观测系统长期独立运行所需的绿色高效供能,验证了波浪能在海洋观测领域应用的可行性和先进性。     

国际海洋观测技术发展趋势与中国深海台站建设实践

20世纪80年代以来,海洋观测呈现"多元化、立体化、实时化"的发展趋势,地区和国家的海洋观测系统在关键海域发挥着重要作用。随着技术的发展和理念的创新,区域海洋观测系统被广泛应用并得到不断完善。国际海洋观测台站如英国爱尔兰海区域、美国卡罗来纳州海区和加拿大维多利亚海底实验观测网的多元化观测系统(VENUS)都是值得借鉴的例子,他们把多元化、立体化的实时测量数据与海洋物理、生态和生物化学模式紧密结合起来,实现了海洋环境的可预报性。同时,美国、英德法等国和日本实施的一系列海底观测系统,使海洋观测更加完备化。在这种国际大背景下,我国积极推进的海洋观测研究网络工程中的第一个深海台站——西沙海洋观测研究站在2008年已经建设完成并投入运行,该台站实现了长时效的多参数海洋环境实时监控。西沙观测系统主要包括自动气象站、岛屿外缘坐底式海底和海底边界层观测子系统、生物捕获器、西沙上层海洋环境观测子系统和海洋光学监测子系统等。由于海洋环境结构复杂、工作环境恶劣以及资源缺乏等因素的影响,海洋观测一直是高风险的工作。最后希望通过比较国内外观测系统,中国海洋观测事业能够学习国外先进的思路和技术,自身取得更大进步。     

船舶自动气象站真风观测试验与数据可靠性分析

阐述了移动平台真风观测的实现原理,利用仪器观测到的相对风和船风的矢量关系获取实际的风向风速。首次设计外场车载试验方案,开展移动平台周围环境、移动速度、移动方式、风传感器安装位置等因素对真风观测影响的研究。船舶自动气象站研发阶段,通过车载试验验证移动平台真风观测算法的合理性,对算法不断改进,使真风更加接近观测事实。船舶自动气象站应用阶段,对船舶进出港时动态和静态真风数据,以及与航线附近海岛站观测的风进行对比分析,利用二者的均方根误差表征船舶站风和自动站风的误差大小,以此评估真风观测数据的可靠性。     

短基线北斗三频数据模糊度解算方法的比较

首先分析了矩阵变换、无几何CIR、几何CIR、组合观测量PAR、原始观测量PAR五种模糊度解算方法的原理;然后采用短基线北斗三频实测数据对每种方法进行测试和分析比较。结果表明:短基线条件下,无几何CIR算法和矩阵变换算法受电离层延迟和观测噪声的影响较大,模糊度固定成功率比较低,不适用于北斗实测数据;几何CIR算法和组合观测量PAR算法采用组合观测量会放大噪声水平,部分历元的模糊度固定出现错误;原始观测量PAR模糊度固定成功率最高,在本次算例中达到100%。     

基于观测和再分析资料的气温、海表温度在江苏海域的比较分析

文章利用海洋台站观测资料,对3类再分析资料的气温、海表温度数据在江苏海域进行比较分析。结果表明：总体而言,气温、海表温度的再分析数据与观测数据均具有很高的一致性,且海表温度再分析数据与观测数据的一致性高于气温再分析数据;在3种再分析资料中,ERA5的可靠性优于JRA-55和NCEP;在离岸较远的外磕脚测点,再分析数据与观测数据的一致性高于另2个测点;在台风影响期间,吕四测点、外磕脚测点的再分析数据与观测数据更为接近,在更近岸的连云港测点,再分析数据与观测数据的差异更大;在冷空气造成的气温下降期间,再分析数据与观测数据的差异较小,但在气温缓步回升期间,吕四测点、外磕脚测点的再分析数据明显高于观测数据;在冷空气影响过程中,再分析数据反映的海表温度下降幅度明显低于观测数据。本研究可为再分析资料在江苏海域的适用性和可信度提供评估依据。     

大数据理念在海洋环境观测数据共享中的应用研究

随着海洋观测技术、科学调查手段、信息技术等的发展,海洋观测数据量日益庞大、观测要素的种类日益繁多,而我国海洋观测平台的条块管理模式造成了观测数据的分布式和区域化,使得资料共享成为近海研究的大障碍,影响了对数据价值的挖掘。文章介绍了近年来蓬勃发展的大数据的概念及其核心价值,并分析了当前海洋环境观测数据共享的需求。在此基础上,提出了一种基于大数据理念的海洋环境观测数据共享平台框架及相应的共享技术方案,并重点探讨了分布式的数据存储结构,以及从数据级和应用级两个层次进行信息共享的机制,数据更新和维护策略等。     

基于海战环境的大气波导观测方法研究

海上作战一旦遇到大气波导,可使船载电子信息系统之间的短波通信距离增大数倍,同时通信距离范围内的部分区域会出现电磁盲区。该文以海上战场环境为背景,阐述了海上大气波导对未来海上作战的重要性。通过对大气波导的形成机制和影响机理进行研究,系统化概括了蒸发波导、表面波导和抬升波导的观测原理及常用观测方法。通过对比分析传统大气波导的观测方法,发现其在观测手段、观测精度、观测范围和观测成本方面存在局限性。基于此,该文提出一种多物理场协同探测的大气波导观测方法,该方法通过集合海上浮标网、船联网、星联网和岸基网等各类观测仪器和设备,可实时获取海上大气参数,构建海上大气波导预报系统。最终,通过该预报系统可实现海上大气波导大范围、高精度、实时性预报,对海上作战掌握制空权具有重要意义。     

滨海核电站前期工程中的海流观测

核电站海流观测可以获得确定海流运动规律、模型试验、工程设计的重要资料,而核电站海流观测的时空布置包括海流观测站测量范围的规划、平面站位的布置、观测时间的选择、观测仪器的选择等等都是获得有效观测成果的前提,在海流现场观测时由于客观条件的影响增加了准确观测站位的控制、具体观测操作的难度,所以为了获得准确的数据,有效的观测成果,我们必须建立完善的质量保证制度,并需要通过质量保证培训的有经验的人员去操作。     

GPS观测数据的建模与仿真

在研究GPS系统的基础上建立了GPS观测数据的仿真模型,编制了相应的计算机程序。仿真模型包括卫星参数模型、动力学模型和观测误差模型。仿真计算表明,卫星参数模型和动力学模型真实地反映了卫星的运动规律;误差模型反映了观测环境对信号传播的影响。同时可以调节和选择仿真模型的参数,仿真选择了地面静态和地面低动态的观测数据,这对于论证GPS定轨、导航算法、设计GPS接收机等有一定的实用价值。