装载GPCTD传感器的海翼水下滑翔机观测数据实时质量控制

Profiles observed by Sea-Wing underwater gliders are widely applied in scientific research. However, the quality control(QC) of these data has received little attention. The mismatch between the temperature probe and conductivity cell response times generates erroneous salinities, especially across a strong thermocline. A sensor drift may occur owing to biofouling and biocide leakage into the conductivity cell when a glider has operated for several months. It is therefore critical to design a mature real-time QC procedure and develop a toolbox for the QC of Sea-Wing glider data. On the basis of temperature and salinity profiles observed by several Sea-Wing gliders each installed with a Sea-Bird Glider Payload CTD sensor, a real-time QC method including a thermal lag correction, Argo-equivalent real-time QC tests, and a simple post-processing procedure is proposed. The method can also be adopted for Petrel gliders.     

水下滑翔器的运动建模与分析

介绍了水下滑翔器的工作机理，对其沉浮阶段的滑翔过程进行了动力学分析，推导了滑翔器在垂直剖面上的动力学方程。论文深入分析了水下滑翔器稳态时的运动规律，以水下滑翔器试验模型为例，推导了其稳态运动参数，通过线性化与适当的简化，得到模型在垂直剖面上的运动状态方程，讨论了系统的可控性与可观测性，为水下滑翔器系统的开发设计和控制提供了理论依据，具有重要的指导意义。     

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。     

A hybrid forecasting model for depth-averaged current velocities of underwater gliders

In this paper, we propose a hybrid forecasting model to improve the forecasting accuracy for depth-averaged current velocities (DACVs) of underwater gliders. The hybrid model is based on a discrete wavelet transform (DWT), a deep belief network (DBN), and a least squares support vector machine (LSSVM). The original DACV series are first decomposed into several high- and one low-frequency subseries by DWT. Then, DBN is used for high-frequency component forecasting, and the LSSVM model is adopted for low-frequency subseries. The effectiveness of the proposed model is verified by two groups of DACV data from sea trials in the South China Sea. Based on four general error criteria, the forecast performance of the proposed model is demonstrated. The comparison models include some well-recognized single models and some related hybrid models. The performance of the proposed model outperformed those of the other methods indicated above.     

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。     

“海翼号”水下滑翔机盐度数据的热滞后效应偏差订正方法探讨

水下滑翔机可以高效地观测海水的温度、盐度和压强等海洋参数,但由于热滞后效应,盐度数据,特别是在温度梯度较大的温跃层,会出现一定程度的偏差。本研究选取了3种目前常用的盐度热滞后订正方法,对带泵的“海翼号”水下滑翔机,于2019年8月在中北太平洋所观测的盐度数据因热滞后效应引起的偏差进行订正处理,与船载911型温盐深测量仪(Instrument for Measuring Conductivity Temperature and Depth,CTD)观测盐度进行对比,在比较了3种方法对滑翔机盐度订正前后下降和上升剖面偏差的减少程度、订正后剖面与船载CTD观测剖面的偏差大小和下降上升温盐曲线(T-S曲线)的一致程度后,得出了水下滑翔机盐度订正的最优方法,即在订正电导池中实际温度的前提下,采用计算机图形分割方法,最小化滑翔机机载CTD测得的下降和上升两个剖面T-S曲线围成面积所确定的目标函数,来确定合适的热滞后修正振幅和时间常数,从而修正下降和上升两个剖面之间盐度偏差。     

水下滑翔机在识别水团新结构中的应用

本研究基于中国科学院沈阳自动化研究所自主研发的水下滑翔机在热带东太平洋观测获取的连续剖面温盐数据,并通过与多套不同数据的比测,证实国产水下滑翔机观测的温盐数据准确可靠,未来可大范围应用于深海大洋。观测结果首次发现该海域北太平洋中央水（NPCW）（50~100 m）的60~80 m层分布着中间层低盐水,分析认为该低盐水来源于水团下方的加利福尼亚流系水（CCS）,中间层低盐水形成的动力机制主要受跃层附近的内波控制,并与内波强度密切相关,同时受上层（20~60 m）障碍层的影响,该中间层低盐水仅仅出现在60~80 m。本研究发现内波与障碍层能够通过影响动能与热能的传输进而促进水团新结构的形成,相关成果丰富了内波与障碍层对上层海洋响应的研究,具有重要的科学价值。     

The Antarctic Impulsive Transient Antenna ultra-high energy neutrino detector: Design, performance, and sensitivity for the 2006–2007 balloon flight

We present a comprehensive report on the experimental details of the Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA) long-duration balloon payload, including the design philosophy and realization, physics simulations, performance of the instrument during its first Antarctic flight completed in January of 2007, and expectations for the limiting neutrino detection sensitivity.     

深空探测科学仪器研究进展

深空探测是对宇宙中地球以外的行星、卫星、小行星和彗星等星体或空间环境的探测活动.合理选择深空探测科学仪器,了解被测星体的物理及化学性质、地表地貌、动态特性以及有机物和水的存在,对人类了解地外水和生命信息、认识太阳系的起源和演化有着重要意义,是深空探测的重要任务.本文总结了深空探测的科学目标,介绍了近50年来典型深空探测任务中探测器所搭载的科学仪器及其特点,包括质谱仪、光谱仪、探地雷达和磁力计等,整理了其性能参数及面向的探测功能任务,最后讨论了深空探测科学仪器目前呈现出的小型化、低功耗、更强的环境适应能力和多仪器联合使用的发展趋势.