漂流式波浪浮标及其在西北太平洋的观测应用

波浪观测是海洋观测的主要内容之一,对海浪的现场观测和深入研究对准确预报海浪具有十分重要的意义。本文设计了一种新型漂流式波浪浮标,采用高精度惯性导航模块作为测量元件,同时高频获取三轴加速度、角加速度、欧拉角、地磁数据,通过内置ARM处理器对测量数据进行波浪参数的采集和解算。浮标具有整体体积小、成本低的特点,既可以漂流观测,也可以定点锚系观测,能够实现对海浪的长期、大范围、高精度观测应用。本文通过该漂流式波浪浮标在2019年西北太平洋航次的观测应用,对西北太平洋黑潮延伸体海区和日本海区域海浪的有效波高、周期等波浪要素的时空变化特征进行了详细分析,取得了良好的测量结果。     

Argos漂流浮标的若干观测结果

表层漂流浮标是一种利用Argos卫星系统定位与传送数据的海洋观测设备,它可以利用Lagrangian法则连续观测表层海流及表层水温。文章利用近年在南海和西太平洋投放的部分卫星跟踪表层漂流浮标所取得的观测资料,分析观测海域的表层海流特征及其漂移路径上的温度变化,得出以下结果。(1)由浮标的漂移轨迹看出,黑潮表层流路年际变异相当大。(2)2003年1月,黑潮表层水有入侵南海的趋势,似无西北太平洋表层水深入南海的迹象;夏季南海表层水由南海流出经吕宋海峡汇入黑潮主干。(3)秋季台湾东北海区存在一个强反气旋涡,空间尺度约270km。(4)黑潮主干在秋末冬初经过东海时明显呈弯曲流动,并形成许多小尺度的气旋式涡。(5)在九州西南海域,黑潮表层流并无分支北上进入对马暖流区。(6)2003年春季,黑潮在日本以南的弯曲不明显,并伴随有冷、暖涡产生,暖涡的强度和空间尺度都要比冷涡大得多。(7)由漂流浮标观测得到的的表层海水的温度分布明显呈日变化和季节变化的特征。在浮标漂移路径呈反气旋或气旋式转动的区域,表层水温对应出现高或低温区;但出现在台湾以东的低温区则与此时期的台风过境有关。     

浙江仙居县漂流旅游的气候影响因素探讨

采用仙居县漂流旅游项目营业开始迄今的客流量和同期的降水、相对湿度、风速和气温等气象资料对仙居县永安溪漂流的气候影响因素进行了研究。分析了当地的人体舒适度指标,统计了月平均舒适天数,同时探讨了降水和高温的影响,得出适宜的气候条件,计算了各指标的距乎百分率,并与客流变化作对比分析。结果表明：5月和10月气候适宜且旅游流量高;4月、7月和9月也为适宜时段,但客流量少,旅游资源有待进一步挖掘。     

基于GNSS浮标和验潮资料的HY-2A卫星高度计绝对定标

为探测我国HY-2A卫星高度计海面高测量绝对偏差及其在轨运行状态,本文利用GNSS浮标星下点同步测量和验潮资料海面高传递方法在山东千里岩和珠海担杆岛海域开展定标研究。为验证GNSS浮标定标方法的准确性,还对国外卫星Jason-2和Saral进行了定标实验。实验表明GNSS浮标绝对海面高测量精度达2 cm,对Jason-2和Saral高度计多个周期定标得到的海面高偏差均值分别为5.7 cm和-2.3 cm,与国际专门定标场的结果符合较好。2014年9月和2015年5月HY-2A卫星高度计浮标定标结果分别是-65 cm和-91 cm,因两次结果差异显著,故又利用千里岩验潮站资料对HY-2A卫星高度计第56至73周期进行了定标分析,结果证明HY-2A卫星海面高存在约-51 cm/a的漂移,置信度为95%的回归分析表明浮标和验潮定标结果符合。本文研究结果表明在我国尚无专门定标场的情况下,可利用GNSS浮标对我国高度计实施灵活、精准的在轨绝对定标,在有高度计轨迹经过验潮站的情况下可使用验潮资料结合精密大地水准面模型进行绝对定标。     

极区冰基拖曳式海洋剖面浮标系统低功耗设计与实现

针对极区冰基拖曳式海洋剖面浮标长期稳定获取极区水文和气象数据的工作需求,进行了浮标系统的低功耗方案设计。该方案基于超低功耗51系列微处理器,根据最低功耗工作模式与最短工作时间原则,采用高效的电源管理机制对浮标系统各个部分的能量消耗进行合理的分配与管理,并应用了Argos卫星通讯模块ARGOS-3 PMT-RFM的BPSK调制低速数据传输模式,可有效降低浮标系统的整体能耗。该浮标在北极冰站上长达1年的运行情况表明该系统工作稳定,所采用的低功耗能量管理方案实现了浮标系统长期连续观测的需求。该浮标的成功试验和推广应用有助于极地研究人员更准确地分析海冰变化过程。     

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。     

利用Argo 浮标资料研究西北太平洋三维声速分布特征

利用西北太平洋海区2002～2009年的Argo浮标剖面温度、盐度资料构建成0.5°×0.5°水平分辨率的三维声速网格化资料,并据此分析该海区声速的空间分布及季节变化特征。研究表明：该海区10 m层等声速线分布的季节变化较为明显,春、冬季的等声速线几乎与纬线平行,黑潮流经区域等声速线呈现一定的弯曲。100 m层等声速线分布的季节变化较小：北赤道流区,等声速线从外海向近岸延伸;吕宋岛东南部沿海,等声速线向南弯曲;吕宋岛、台湾岛东部等声速线呈现偏北方向的弯曲;琉球群岛附近,等声速线朝北偏东方向弯曲。此外,研究海区存在深海声道,声道轴最深的区域主要在吕宋海峡和日本东南部海区,其中吕宋海峡处的声道轴有显著的季节变化特征。可见,利用Argo浮标资料可以初步得到西北太平洋声速的空间分布及其季节变化特征,随着Argo剖面资料的增多,对该海区的声速场认识将会愈加清晰。     

鬼斧神工“仙人桥”

广西乐业县有条布柳河,沿河两岸绿树成荫,古树繁多,野猴成群,鸟语鸣啼,河中水清澈,鱼穿梭,有"植物王国,鸟类天堂"之美誉。游客来到此地既可漂流,又能观光旅游,被专家称为"桂西第一漂"。布柳河有个大峡谷,位于该县新化镇磨里村,距县城51公里,该峡谷全长16.9公里。大峡谷里有座"仙人桥",是由三座大山塌陷形成的天然石拱桥,坐落于漂流河段下游。石桥天成,鬼斧神工,桥拱对称,拱底平滑,当地人称为"仙人桥"。"仙人桥"拱孔跨度177.14米,桥宽19.3米,桥身长280米,桥身厚78米,总桥高165米,拱高87米,像一条巨龙横跨在河的两岸,绝景     

The impact of meso-scale eddies on the Subtropical Mode Water in the western North Pacific

Based on the temperature and salinity from the Argo profiling floats and altimeter-derived geostrophic velocity anomaly (GVA) data in the western North Pacific during 2002–2011, the North Pacific Subtropical Mode Water (NPSTMW) distribution is investigated and cyclonic and anti-cyclonic eddies (CEs and AEs) are constructed to study the influence of their vertical structures on maintaining NPSTMW. Combining eddies identified by the GVA data and Argo profiling float data, it is found that the average NPSTMW thickness of AEs is about 60 dbar, which is thicker than that of CEs. The NPSTMW thicker than 150 dbar in AEs accounts for 18%, whereas that in CEs accounts for only 1%. About 3377 (3517) profiles, which located within one diameter of the nearest CEs (AEs) are used to construct the CE (AE). The composite AE traps low-PV water in the center and with a convex shape in the vertical section. The ‘trapped depth’ of the composite CE (AE) is 300 m (550 m) where the rotational velocity exceeds the transitional velocity. The present study suggests that the anticyclonic eddies are not only likely to form larger amounts of NPSTMW, but also trap more NPSTMW than cyclonic eddies.     

深海潜标ADCP 的实时数据传输

深海潜标观测是深海观测获取长周期海洋科学数据的重要调查手段,由于深海海域环境非常复杂,潜标易丢失或终止正常工作,造成重大损失.本研究基于铱星卫星数据通信模块,开发与深水潜标上安装的RDt 75k ADCP相匹配的数据解析压缩软硬件,建立一套远程实时获取潜标ADCP数据的传输系统,实现对深海潜标ADCP的实时监测.