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1、第七章 海流观测海水运动=乱流（湍流） +波动 +潮流+常流海水运动：如何加以区分？进行海流观测时，要按一定的时间间隔持续观测一昼夜或多昼夜，所得到的结果是常流和潮流运动的合成。对一昼夜或多昼夜获得的资料，经过计算，可将这两部分分离开来。水平方向周期性的流动称为潮流，其剩余部分称为常流、余流或通称为海流。7.1 海流观测的意义1、直接为国防、生产、海运、交通、渔业、建港等服务2、海流影响区域海洋学和全球的气候海流决定营养盐分布（上升流）海流对气候的变化有重要的影响7.2 海流计简介海流观测用到的仪器有：机械旋浆式海流计、电磁海流计、声学多普勒海流计、光学式海流计、电阻式海流计、遮阻涡流海流计1
2、、机械旋浆式海流计据旋浆叶片受水流推动的转数来确定流速，用磁盘确定流向。根据这类仪器记录部分的特点，大致可分为厄克曼型、印刷型、照相型、磁带记录型、遥测型、直读型、电传型等旋浆海流计（1 ）厄克曼海流计无水深限制，不能测弱流，不能连续观测（2 ）印刷型海流计能够记录一段时间内平均流速和瞬时流向（3 ）照相型海流计测量值记录在耐压壳内的胶上。胶卷一般用宽 16mm，长 15m，可记录 6000 幅图片，该仪器的测量深度为 150m，自记工作时间达 30 天（4 ）磁录式海流计将测量数据以二进制编码方式记录在磁带上，磁盘，存储器，记录量大，观测时间长（5 ）遥测海流计双频道的无线电遥测装置，包括装
3、在浮标上的传感器和装在船上或岸上的接收装置。流速与流向根据自记仪纸带上记录脉冲频率和相对位置而进行测定，适合短期现场实时观测（6 ）直读式海流计流速流向测量的电信号均经电缆传递到显示器。测量数据直观、材料整理方便、观测速度快、适合短期现场多层次观测，费用低2、电磁海流计包括：（1 ）电磁场电磁海流计（表层，深层）优点：可以走航自记。水下部件结构简易，可靠性高。缺点：由于它与地球垂直磁直强度有关，不能再赤道附近使用，只适用于地磁垂直强度大于 0.1 奥斯特的海区（2 ）人造磁场电磁海流计S4 型的电磁海流计，其外形是球形，很好地解决了仪器倾斜对测流的影响，其主要特点是：精度高，测量值可靠，体积小
4、，操作简便，无灵活部件， ，对流场无影响3、声学多普勒海流计多普勒效应：超声源（或发射器）和接收器（散射体）之间有相对运动，则接收器所接收到的频率和声源的固有频率是不一致的，若它们是相互靠近，则接受频率高于发射频率，反之则低。接收频率和发射频率之差叫多普勒频移。4、海流计未来的发展趋势声学测流仪是将来发展的趋势大范围（可以检测三维立体空间）低功耗，可以长时间观测实时化7.3 海流的观测方法一、海流观测：（1 ）流向流向指海水流去的方向，单位为度（） ，正北为 0，顺时针旋转，正东为 90，正南为180，正西为 270（2 ）流速单位时间内海水流动的距离称为流速，单位为 m/s；cm/s二、海流
5、观测层次参照温度观测层次，根据需要选定。但海流观测的表层，规定为 03m 以内的水层三、海流连续观测的时间长度不少于 25h，至少每小时观测一次，预报潮流的测站，一般应不少于三次符合良好天文条件的周日连续观测四、海流辅助观测项目风速、风向等气象条件流体力学中描述水质子运动的方法：欧拉，拉格朗日1、浮标漂移测流法（拉格朗日）浮标漂移测流方法是根据自由漂移物随海水流动的情况来确定海水的流速、流向，主要适用于表层流的观测。最早的漂移物就是船体本身或偶然遇到的漂浮物，以后逐渐发展成使用人工特制的浮标应用雷达定位、航空摄影、无限电定位等工具来测定浮标的移动情况，可以取得较为精确的海流资料被动测流，空间分
6、布特征不均匀2、漂流瓶测表层流漂流瓶（又叫邮瓶）通常被用来研究海流的大致情况，根据漂流瓶的漂移路径及所花时间就可以大致确定流速和流向。廉价，早期研究海流（物质输运、长期气候状况下）一种常用方法4、双联浮筒测表层流漂流瓶守株待兔双联浮筒是浮标测流中常用的一种工具，船只锚定后或在海上平台等相对稳定的载体上，在船尾放出双联浮筒，根据它的移动情况测定表层流的平均流速和流向廉价，早期研究海流（小尺度，短期观测）一种常用方法7.4 影响海流观测误差分析流速仪悬吊在船上或浮标上，所产生的误差多半是由于平台运动而产生的1、平台运动时出现的误差接近海面的流动由于平台的影响而改变平台上的钢铁装置导致仪器上的磁罗针
7、的偏移长吊缆的弹性使仪器的反应失真仪器无指示深度的元件，钢丝绳的倾斜导致深度失真2、平台缓慢运动时出现的误差围绕以台首为中心摆动，谓之偏摆以锚为中心的摆动名之为回转约 100m 或更浅些的深度，在 1 节流速下，一个小船的偏摆、回转、漂荡等作用，可以忽略不计在 18004000m 的深海，根据一系列的观测结果，在接近 1 节的流速，锚缆的方位有1至 2的往复变化。流速在 0.5 节附近时其变化约为5 偏摆的速度变化为正弦的摆动，周期为 2min，这样求得的结果是偏摆的振幅为3m ，在偏摆的中心位置附加的流速为 8cm/s长吊缆可以缓冲平台的短暂而急速的运动对仪器的影响，但减低了仪器在深处记录短
8、周期流动的能力3、平台快速运动波浪场的误差浮体在波浪作用下产生的水平速度分量使传感器实测流速值增加，而附加垂直分量使实测流速减小对自记仪器，则要求适当增加流速感应时间，使用时段为 3min 和 5min 是恰当的人工仪器（直读海流计）多次读数，取平均流速峰值降低，以 5min 平均计算，至少削弱 0.5%4、铅鱼和吊链的影响5、海洋生物的影响对机械旋浆或转子式流速传感器影响传感器的动态特性发生变化，终使其丧失功能生物附着在换能器上，使仪器的频率发生变化压力传感器，浊度仪，水下摄像清洁，涂料7.5 近底层海流的观测海底观测网地球系统的第三个观测平台1、海底观测网的特点：光电缆联接大容量数据流高速
9、通信方式大功率连续供电连续工作时间 2030 年多参数原位环境监测从海底地基向上和向下进行实时探测和实验工作2、海底长期观测网络的主要构成及关键技术（1 ）网络与连接主干网，光电复合缆节点与接驳盒的连接插头（2 ）海底接驳盒接驳盒功能：电能转换与分配功能数据通信功能控制指令传输功能海底观测仪器设备管理功能不同接口规范转换功能自维护功能数据自存储功能中继功能（3 ）水下观测节点技术难点：针对科学问题设计节点，没有标准信号的传输与控制，不统一能源供给与检测接驳盒对节点的要求：浪涌电流，漏电第八章 海浪的观测1、海浪基本特征：周期：零点几秒30 秒波长：几十厘米 几百米波高：几厘米 几十米，30 米
10、以上罕见原动力：风恢复力：重力2、为什么要观测海浪海浪到一定程度具有很大的破坏力海浪对海洋中的其它过程有重要影响海浪影响海表面的风应力；海浪对海气通量有重要影响；海浪影响深层的大洋环流3、海浪观测的要求岸边台站和海上（或船上）实施。岸边台站取得代表性的海浪资料海浪观测的主要内容是风浪和涌浪的波面时空分布及其外貌特征观测项目包括海面状况，波型，波向，周期和波高，并利用上述观测值计算波长，波速，1/10 和 1/3 大波的波高和波级海浪观测有目测和仪测两种。仪测目前可测波高、波向和周期，其它项目仍用目测。波高的单位为米（m） ，周期的单位为秒（s） ，观测时取至一位小数海浪观测的时间为：海上连续测
11、站，每三小时观测一次（目测只在白天进行，仪测每次记录的时间为 10 至 20 分钟，使记录的单波个数不得少于 100 个） ，观测时间为02， 05， 08，11，14 ，17，20，23 时。大面（或断面）的测站，船到站即观测。海滨测站的自记仪观测时间与连续观测的要求相同，目测（包括仪器目测）的时间为08， 11， 14，17 时观测海浪时，还应同时观测风速，风向和水深8.1 海浪的基本要素1、海浪基本要素波长、周期、振幅、波高、波陡（=波高/波长） 、波龄、平均波高、累计率波高（如果观测1000 个波，大小排列，第 10 个最大波高 2m，则其累计概率为 1%的波高为 2m） 、部分大波平
12、均波高2、周期、波长和波速（公式）3、波向和波峰线波浪传来的方向称为波向在空间的波系中，垂直于波向的波峰连续叫波峰线8.2 测波方法简述一、传感器安装的位置（1 ）水面以上的测波仪航空测波法立体摄影法雷达测波法（2 ）水面附近的测波仪测波杆光学式测波仪重力式测波仪（3 ）水面以下的测波仪水压式测波仪声学式测波仪二、测量范围点式、多点式、面式坐标的选择在靠近海岸的地方，把仪器固定在海底而取得固定坐标系统而在大洋中却不易实现，通常采用两种参考坐标：平均海平面和波浪运动较小深度处的静止层1、单点测量（1 ）阻容式测波方法固定平台上，利用改变悬挂在水中的垂直导线的电阻或电容的方法：悬挂在海水中电阻丝的
13、阻值因其没入水中部分与海水并联而发生变化。水上部分电阻丝的全部阻值加上海水通路的阻值通常是水位的线性函数高电导铠装电缆，所测量的是电缆之间海水通路的电阻，该电阻随水位升降而减小或增大绝缘导线，那么它的电容是水位的函数测波准确（毫米级） ，安装固定不方便，适合实验室测量使用（2 ） 、压力法测波适合浅水安装使用，安装固定方便，深水使用受到的限制比较大（3 ） 、惯性测量加速度测量的垂直标准由垂直陀螺仪提供，而垂直陀螺仪本身又根据几分钟内的向下平均加速度进行校准。在这段时间内，波浪加速度的平均值为零，垂直陀螺仪本身校准到真正垂直状态使用广泛，精度相对低（0.20.3 米） ，深海锚定有困难深海定点
14、测波浮标的布防2、多点测量为测量空间分布，方向谱，合理的安放多单点测量的测波仪，可以测量波浪的空间分布特征（1 ）纵摇/横摇浮标为了避免短波和长波之间的混淆现象，探头的排列必须足够密集，但又必须延伸至足够大的距离，以便提供良好的波数或方向分辨率成本高，布防有难度，多用于科学研究（2 ）沿直线测波在较长距离内对波高进行连续观测，可以回避观测波阵因其空间覆盖较稀所带来的困难红外激光测波仪。用于飞行在海面上空几百米的飞机上。航空测波法是用飞机拍摄海浪的垂直航空照片，由激光振荡器发射的激光照射的照相底片，通过傅里叶变换透镜在焦面上形成费琅禾费衍射像，用照相机将其拍摄下来，再用图像分析装置（微型光电读出
15、器）测定这个底片上的衍射光量的强度，监测器光量点，并连接它们，就能测量出波浪的方向和能量3、大面积测波（1 ）照相法用立体摄影测波法测量波高，相对精度低，一张照片只能包括几十个波浪大量的立体摄影工作，但是，观测过程带有主观性，某些波分量被增强，另外一些分量却被抑制用此法求得的波浪资料的整理工作既复杂又繁重（2 ）微波测波包括：高度计测波、高频地波雷达、X 波段雷达、SAR 图像反演（i）卫星高度计测波接收机所接收到的返回脉冲的波形，简称为回波波形，它是 1000 个回波波形的平均值。海面的有效波高（SWH）不同，回波的接收功率及前沿斜坡的斜率也不同，即海面较平静海浪较小（SWH 值小）时，回波
16、波形的前沿急骤上升，反之则相反测有效波高精度低（ii）高频地波雷达主要测量表层流测量范围广占地大，布防地点要求高（iii）微波测波的主要特点测量范围大容易受到天气的影响要求有平台的支持精度相对较低8.3 目测波浪目测波浪时，观测员应站在船只迎风面，以离船身 30m（或船长的一半）以外的海面作为观测区域（同时还应环视广阔海面）来估计波浪尺寸和判断海浪外貌特征1、海面状况观测海面状况（简称海况）是指在风力作用下的海面外貌特征。根据波峰的形状，峰顶的破碎程度和浪花出现的多少，可将海况分为 10 级：海况 海面特征0 海面光滑如镜，或仅有涌浪存在1 波纹、或涌浪和小波纹同时存在2 波浪很小，波峰开始破裂，浪花不显白色而仅呈现玻璃色3
