南海北部最小含氧带水下滑翔机观测结果初步分析*

最小含氧带(Oxygen Minimum Zone, OMZ)是指海洋中层水体处存在的稳定的溶解氧(Dissolved Oxygen, DO)极小值层, OMZ的分布与变化对南海生态系统和生地化循环具有重要意义。本文利用2019年7—9月“海翼”号水下滑翔机(Sea-wing Glider)在南海北部陆坡区的组网观测数据, 对南海北部陆坡区OMZ的空间分布特征进行了分析。结果显示, 在垂向上, 研究区域内DO极小值层出现在深度约700~900m处, 其浓度约为80~100μmol·L^-1, 且700~900m深度范围内DO浓度变化不大, 形成了厚度约为200m的OMZ。在水平方向上, OMZ自陆坡西南部起向东北方向延伸, 厚度由西南至东北逐渐变薄, 整体呈楔形分布, 并在靠近吕宋海峡处逐渐消失。此外, 本研究还选取了两台水下滑翔机7—8月连续两周内的观测数据, 经计算显示, OMZ区域内的DO浓度在跨陆坡方向上的平均变化速率为0.023μmol·L^-1·d^-1(增加), 在沿陆坡方向上为-0.034μmol·L^-1·d^-1(减少)。沿吕宋海峡入侵南海的高氧水能够解释OMZ东北部DO浓度局部升高的现象, OMZ的分布特征和形成原因与海水的平流运动、水团分布和水体层化等物理过程, 以及生物呼吸、有机物分解和还原性物质的氧化等多种影响因素有关。     

基于VMD和WinLSP相结合的GNSS-R海平面高度估测模型

全球导航卫星系统反射（Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R）技术是一种新兴的监测海平面高度变化的技术。本文依据GNSS-R技术中的信噪比分析法的原理,通过分析其分离趋势项和提取振荡频率的过程,建立了新的估测模型以提高反演精度。针对传统模型存在的信号分离不佳的问题,本文提出使用变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）算法替换传统的最小二乘拟合法（Least Squares Fitting, LSF）进行趋势项分量的分离。在此基础上,本文引入基于凯塞窗函数改进的LSP（Lomb-Scargle Periodogram）频谱分析法（记为WinLSP）来减弱因频谱泄露带来的反演误差。在瑞典翁萨拉的GTGU站和美国阿拉斯加州的SC02站开展的海平面高度反演实验结果表明,本文建立的估测模型相比于传统模型具有更高的反演精度。基于VMD+WinLSP估测模型得到的GTGU站反演结果的均方根误差（RMSE）、相关系数和反演点数分别为4.70 cm、0.98和5 647。与传统的LSF+LSP估测模型相比,反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约29.7%和15.0%。SC02站的RMSE、相关系数和反演点数分别为14.34 cm、0.99和1 785,反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约12.3%和9.4%。     

港珠澳大桥水下结构物的多手段探测

介绍了利用侧扫声纳、浅地层剖面仪和磁力仪开展港珠澳大桥水下结构物的探测方法和过程,并将探测的结果与调查收集的资料比较,分析水下结构物的分布情况,不同探测方法得出的结果也可以相互印证。     

Discrete time-delay control of an autonomous underwater vehicle: Theory and experimental results

A discrete time-delay control (DTDC) law for a general six degrees of freedom unsymmetric autonomous underwater vehicle (AUV) is presented. Hydrodynamic parameters like added mass coefficients and drag coefficients, which are generally uncertain, are not required by the controller. This control law cancels the uncertainties in the AUV dynamics by direct estimation of the uncertainties using time-delay estimation technique. The discrete-time version of the time-delay control does not require the derivative of the system state to be measured or estimated, which is required by the continuous-time version of the controller. This particularly provides an advantage over continuous-time controller in terms of computational effort or availability of sensors for measuring state derivatives, i.e., linear and angular accelerations. Implementation issues for practical realization of the controller are discussed. Experiments on a test-bed AUV were conducted in depth, pitch, and yaw degrees of freedom. Results show that the proposed control law performs well in the presence of uncertainties.     

The onset of fish colonization in a coastal defence structure (Chioggia,Northern Adriatic Sea)

Coastal defence structures constitute the most extensive hard substrates of the Northwestern Adriatic Sea and are known to sustain rich benthic and nektonic communities. To appreciate the pattern of colonization, we studied the fish assemblage of a recently deployed breakwater. We compared observations from two years, the different sides (landward and seaward) of the barrier, and the two fringes, characterized by timing of work completion. The results indicate that colonization, still in process, follows different patterns among species. Benthic and necto-benthic species presented a striking increase in abundance and richness in the second year of colonization, while more mobile species did not evince any variation between years. Differences in mobility among species suggest that the latter group may have reached the breakwater from nearby artificial substrates, whereas the former colonized the new structure as recruits. In addition, fish assemblages differed between the two sides, likely due to variation in the environmental characteristics, and according to depth, reflecting species preferences.     

温差能驱动的水下滑翔器设计与实验研究

论文设计开发了一种新型的温差能驱动的水下滑翔器,并对它做了水域实验研究。文章讨论了温差能驱动的滑翔器运动机理及其在垂直剖面的运动分析,得到稳态运动的参数解。结合能够把水域温差能转变为机械能的热机设计以及滑翔器的主要机械结构和控制硬件系统设计,完成了滑翔器的初步设计与开发。滑翔器在千岛湖进行了水域实验,实验结果表明,此水下滑翔器完全能够利用温差能实现预定的滑翔运动。     

DGPS在广西沿海海底地形测绘中的应用

DGPS（DifferentialGlobalPositioningSystem）测量技术即差分定位技术,包括实时差分和后处理差分定位技术,正在远海和近海测量中得到广泛应用。后处理差分定位与微波定位及GPS实时差分定位相比,具有作用距离远,不受基准台与船台之问的障碍物影响以及减少基准台等优点。对于近海大比例尺（大于1：1万）测量,可采用实时差分定位的方法,而小于1：1万中小比例尺海底地形图测绘及海上其他工程测量,采用后处理差分定位,既能满足精度要求,又能提高工作效率。本文主要介绍利用DGPS后处理定位方法,在测绘广西沿海1：5万海底地形图中的应用情况。     

水下多路液压快速接头的夹头结构分析与优化

深海油气田水下生产系统装备之间的精准连接是国际公认的技术难题,对接一般通过深海连接器完成。弹性夹头是水下连接器的重要组成部分,其性能关系到海洋油气生产系统的安全性和可靠性。弹性夹头的主要作用是在水下机器人的辅助下连接和锁紧连接器的固定端和移动端。采用ABAQUS软件的显式动力学分析模块计算夹头夹紧心轴这一过程中的应力、反作用力状态。三维模型仿真结果表明,锁紧过程中弹性夹头的最大应力不超过430 MPa,小于所选取的材料屈服强度480 MPa。采用正交试验和方差分析的方法研究夹头的长度、夹头与心轴的间隙等几个关键尺寸从而分析影响夹头应力和连接所需推力的最显著因素。对夹头的结构进行优化设计,同时也为夹头心轴结构的设计提供了理论依据。最后,通过试验研究对样机进行测试,测试结果表明,夹紧动作所需的最大推力在700 N以下。     

基于海图数据的水下岸坡插值精度分析对比研究

数字高程模型是研究水下岸坡冲淤变化的一种重要手段。不同的插值方法和像元大小都会对数字高程模型的精度产生影响,从而导致冲淤分析结果的变化。本研究使用了六种常用的插值方法 (ANUDEM、反距离函数法、克里金法、自然邻域法、样条函数法、不规则三角网转栅格法)对莱州湾和烟台港不同年份和尺度的水深数据进行了插值,计算了均方根预测误差、源数据残差均方根误差、残差均值、残差最大值和残差最小值等精度计算指标。结果表明ANUDEM和自然邻域法的均方根预测误差和源数据残差均方根误差均小于1 m。ANUDEM和自然邻域法对不同尺度的水下岸坡数据插值有着较好的适用性。     

无人水下智能海洋测绘装备的机遇与挑战

针对海洋测绘面临的问题,分析了无人时代海洋测绘技术的发展机遇,提出了无人水下智能海洋测绘的新模式,讨论了无人水下智能海洋测绘的技术体系和无人水下智能海洋测绘装备的关键技术,以及无人水下智能海洋测绘的装备产业链,展望了无人水下智能海洋测绘装备的发展趋势及应用前景。