“海龙Ⅲ”号ROV系统深海试验与应用研究

深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究,以及海洋石油工程服务等水下综合作业,能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。结合国内外深海ROV装备和技术发展现状,以新研发的6 000 m级"海龙Ⅲ"号ROV搭载"大洋一号"船执行的2018年南海综合海试和48航次为例,从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面,详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程,对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。海上功能测试和试验性应用结果表明,"海龙Ⅲ"ROV各项性能指标满足设计要求,验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力,创新了深水ROV作业方法手段,分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处,并结合实际应用提出后期改进计划,以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。     

近60年来长江河口河势变化及其对水动力和盐水入侵的影响Ⅱ.水动力

本文基于本系列论文Ⅰ中数值化的长江河口20世纪50年代、70年代海图获得的岸线和水深资料,以及2012年水深实测资料,设置不同年代模式网格,考虑径流量、潮汐和风应力作用,建立长江河口水动力和盐水入侵三维数值模式,模拟和分析不同年代潮汐潮流、单宽余通量、分汊口水通量和分流比,及其河势变化对它们的影响。最大潮差在3个年代间的变化主要在北支区域,50年代至70年代,北支潮差减小,减小区域集中在北支中段,2012年相比70年代北支潮差增大。单宽水通量在50年代北港大于南港,北支下段向上游输运、上段量值较小,在70年代南港大于北港,北支下段量值较小、上段向下游,在2012年南北港水通量较为接近,北港稍大,整个北支水通量向上游。定量给出了50、70年代和2012年南北支、南北港大潮期间和小潮期间涨潮、落潮和净水量和分流比,结合河势变化分析了不同年代间的变化原因。     

长江和黄河入海沉积物不同粒级中长石/石英比值及化学风化程度评价

长石/石英(F/Q)比值是评估碎屑沉积物化学风化强度的传统指标.在长江大通站和黄河利津站及相应河口区各取9个沉积物样品,将其<125 μm的部分按1间隔分离成7组不同的粒级,用X-ray衍射法半定量分析测定了全样和不同粒级沉积物中石英和长石的相对含量,计算了长石/石英(F/Q)、钾长石/石英(Fk/Q)、斜长石/石英(Fp/Q)比值,据此评估了长江和黄河入海沉积物化学风化强度随粒级的变化.结果显示取自黄河样品的F/Q,Fk/Q和Fp/Q比值在总体上显著高于长江样品,与长江流域的化学风化强度高于黄河的结论一致,可以作为流域沉积物化学风化强度替代指标.长江样品的F/Q,Fk/Q和Fp/Q比值随粒级变细持续变低,黄河样品则呈波动式下降.黄河样品的F/Q高出长江样品的部分主要发生在＜32 μm的细粒级,在粗粒级区间差别很小,当沉积物粒级下降到一定区间后F/Q差异出现快速增加,显示长江流域沉积物的风化程度高于黄河主要发生在较细粒级.上述比值在黄河样品的2～4 μm粒级中高出长江样品3～5倍,是凸显两河化学风化强度差别的敏感粒级,也可以作为两河物源示踪的指标.     

废弃的黄河三角洲的地形特征及演化

根据2005年开展的海底地形调查资料并结合前人资料,对废弃的黄河口三角洲海区的海底地形特征及演化进行了分析。通过分析表明,近20年来,本区海岸处于侵蚀状态,蚀退速率约在50～80 m/a之间,海底地形处于冲涮状态,5m和10m等深线向岸方向移动600～900 m左右。     

黄河水下三角洲海底管道沉降量确定方法研究

提出一种海底管道沉降计算方法——递推法,应用到胜利油田埕岛海域海底管道沉降计算中,并将计算结果与目前常用的日本规范法和极限法进行比较。研究发现在粉土与粉质粘土为主的强度较高的海床上,递推法与日本规范法计算结果比较接近,极限法的最小;在淤泥质土组成的强度较低的海床上,日本规范法的计算值最大,递推法的居中,极限法的最小。逆推法可计算裸置和埋设两种形式的管道沉降量,而另外两者只能计算裸置管道的沉降。文中进一步讨论了引起管道沉降的影响因素,土体强度和压缩性对管道沉降影响较大。且管道埋深越大,沉降也越大。最后分析了黄河水下三角洲埕岛海域4个区的管道沉降量,Ⅰ区争Ⅱ区管道沉降较小,可以忽略,Ⅳ区沉降较大,在淤泥质软土上的管道,可能会完全陷入土中。     

水下滑翔器主体外形优化设计

对水下滑翔器主体外形的优化设计问题进行研究.首先,在考虑内部机械结构限制的条件下,建立了主体外形优化数学模型,并采用CFX计算了若干主体形状的绕流阻力.在此基础上建立了映射主体外形的尺寸参数与绕流阻力的BP神经网络.然后将建立的神经网络作为优化设计问题的目标函数,采用坐标轮换法对滑翔器主体外形进行了优化设计,确定了尺寸参数的最优解.     

长江中下游夏季降水与西北太平洋海温的耦合模态分析

利用NOAA_ERSST海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,借用多种统计方法研究了夏季长江中下游地区降水与西北太平洋的耦合关系.奇异值分解(SVD)和相关分析显示出长江中下游夏季降水与西北太平洋夏季海表温度(以下简称"海温")密切相关,而与其他海区没有明显的关系,并且这种关系主要反映年代际变化;夏季多变量经验正交函数展开(MV-EOF)分析结果证明夏季长江中下游降水、东亚-太平洋地区上空850hPa风场、西北太平洋海温之间存在显著的耦合模态,这种耦合模态反映出长江中下游夏季降水异常偏多时,东亚-太平洋上空自南向北有异常的反气旋、气旋、反气旋波列(即东亚-太平洋型遥相关或P-J波列),东亚夏季风偏弱、北界位置偏南.依赖季节的多变量经验正交函数展开(SRMV-EOF)分析结果表明,长江中下游夏季降水与西北太平洋的耦合模态与前期ENSO密切相关:前一年秋季,赤道东太平洋开始出现ENSO信号,冬季发展成熟,同时在菲律宾以东的西北太平洋上空有一个反气旋形成;春季,ENSO开始减弱,西北太平洋出现暖海温异常,反气旋发展;夏季,ENSO信号消失,西北太平洋异常暖海温范围扩大,反气旋发展很强,同时在东亚-太平洋上空出现P-J波列,华南上空的西南风与来自北方的偏北风在长江中下游地区辐合,造成长江中下游夏季降水偏多.     

Nutrient composition and distributions in coastal waters impacted by the Changjiang plume

Four cruises were conducted during 2002--2003 in the Changjiang Estuary and adjacent coastal areas. The data presented show a clear coast to open sea gradient in nutrients related to the river inputs. Maximum values of chlorophyll a were typically observed at intermediate salinities at surface water and coincided with non-conservative decreases in nutrients along the salinity gradient, indicating that removal of nutrients was related to phytoplankton uptake. The seasonal variations of nutrient concentrations were just opposite to those of chlorophyll a, indicating that the seasonal variations of nutrients were mainly controlled by phytoplankton uptake, whereas riverine inputs merely weakened or balanced its extent. During the estuarine mixing, phosphate demonstrated some remobilization during all the four cruises; whereas both conservative and non-conservative behaviors for dissolved inorganic nitrogen and silicate were observed in the study area, indicating that both biotic and abiotic events may affect their behaviors during the estuarine mixing. Under the influence of freshwater inputs with high value of ratio of nitrogen to phosphorus, the estuarine and coastal waters impacted by the Changjiang plume were high （ 〉 30） in ratio of nitrogen to phosphorus, but rates of primary production were apparently not constrained by any kind of nutrient elements. However, the low （ 〈 1 ） ratio of silicate to nitrogen in most of the study area might be linked with the rapidly increasing frequency of harmful algal bloom （HAB） incidents in recent years in the coastal waters impacted by the Changjiang plume.     

海底观测网发展现状及趋势研究

文中详细研究了当前世界上最典型的海底观测网的建设发展规模、形式、设备类型以及我国海底观测网的发展现状,并对国内外海底观测网的发展趋势进行总结。对日本、加拿大、美国及欧洲的海底观测网进行了设备级研究,对我国台湾地区、东海、南海的海底观测网现状进行了研究,并讨论了国外先进观测网对我国的海底观测网建设的借鉴意义。文中总结出海底观测网发展的整体趋势为:单节点网络加速验证新型设备及传感器的水下能力;区域尺度网络用于加速多学科发展并提升灾害预警能力;而浮标平台网络作为补充,铺设在远海区域以降低阶段建设成本。     

机载激光雷达测深技术研究与进展

当前包括内河、水库及海域在内的水上、水下地形测量任务需求不断增加,进行水域或海洋测绘领域研究已提升到新的国家战略性高度。首先介绍了当前机载激光雷达水深测量的基本原理;概括总结了激光测深中的波形处理、波浪潮汐改正、折射改正、航带拼接与数据融合等关键技术,对测深的精度及误差影响进行了分析。最后结合当前技术的发展及新技术的出现,对未来机载激光雷达测深技术的发展进行了展望。