第七章-海流观测

第七章海流观测陈文霞海流观测方法介绍海流计简介（直读式海流计）海流观测的持续时间选择影响海流观测误差分析海流主要是指海水运动空间尺度较大（大于5km）、时间尺度较长（周期超过12小时）的运动，其中包括潮流和常流（余流）两个部分，乱流与波动排除在外。海流的观测包括流向和流速两项。流速：单位时间内海水流动的距离，单位为m/s或cm/s；流向：海水流去的方向，单位为度（º），正北为0°，顺时针旋转。海流连续观测的时间长度不少于25小时，至少每小时观测一次。预报潮流的测站，一般应不少于3次符合良好天文条件的周日连续观测。海流观测方法浮标漂移测流走航测流定点观测海流跟踪浮标法漂流瓶测表层流双联浮筒测表层流中性浮子测流定点台架方式测流锚定浮标锚定船测流一浮标漂移测流法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。漂浮法测流是使浮子随海流运动，再记录浮子的空间－时间位置。为此，使用了表面浮标，中性浮标等。这些方法具有主动和被动性质，因此，可以借助于岸边，船上，飞机或者卫星上的无线电测向和定位系统跟踪浮标的运动。一浮标法的测点在拉格朗日坐标系统中进行1漂流瓶测表层流漂流瓶(又称邮瓶)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地确定流速和流向。2双联浮筒测表层流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。3跟踪浮标法(1)船体跟踪：将一个浮体(或双联浮筒)施放于一选定的海面上，使之自由地随海水流动，观测者乘小船始终尾随浮体移动并按特定的时间间隔从船上定位或从岸边确定船位，这样连续观测，一般要延续一个半日潮周期，并画出浮体在此时间段内的运行轨迹，进而得出该海区相应时间段内的海水运动的基本状态。(2)仪器跟踪：有的使用人工特制的随海水自由流动的浮标，在岸上用雷达跟踪定位；有的浮标本身就可定时地发射无线电讯号，送入天空运行的卫星中再返回地面接收系统。还有的使用航空摄影的方式来测定浮标的移动情况，从而观测相应的海区海水流动的状况等。4中性浮子测流中性浮子由于其本身可调节性，可适用于深海海流的观测。实测中，首先根据温盐观测值，确定出待测海流层的海水密度，按此等效密度调节中性浮子，施放的中性浮子在预定的水层上处于重力和海水浮力相平衡的状态下，在这个预定水层上随海水一同漂流，观测船上利用声纳跟踪中性浮子的漂移，消除掉因船体漂移产生的相对运动，即可测出相应水层的流动速度和方向。定点观测海流以锚定的船只或浮标、海上平台或特制固定架等为承载工具，悬挂海流计进行海流观测，通常有以下三种方法：定点台架方式测流锚定浮标锚定船测流二1定点台架方式测流在浅海海流观测中，用固定台架悬挂仪器，使海流计处于稳定状态可测得比较准确的海流资料并能进行长时间的连续观测。1.水面台架：在观测海区内设计与测流点吻合的海上平台或其他可借用的固定台架，用以悬挂海流计。2.海底台架：按一定尺寸制作棱锥形台架放置于海底，将海流计固定于框架中部的适当位置，进行长时间连续观测浅海底层流。2锚定浮标以锚定浮标或潜标为承载工具，悬挂自记式海流计进行海流观测，称为锚定浮标测流。有的仅用于观测表层海流，有的则用于同时观测多层海流。前者通常布放在进行周日连续观测的调查船附近，以取得海流周日连续观测资料，后者一般是单独或多个联合使用，以取得长时间海流资料。3锚定船测流以船只为承载工具，利用绞车和钢丝绳悬挂海流计观测海流仍是常用的和最主要的测流方式。首先根据水深确定观测层次，然后将海流计沉放至预定水层，测量流速和流向并记下观测时间。当钢丝或电缆倾角大于10°时，须作深度的倾角订正。走航测流在船只航行的同时观测海流，不仅可以节省时间，提高效益，而且可以同时观测多层海流。此外，可使用常规方法很难测流的海区（如深海）的海流观测得以实现。其测流原理多是，测出船对海底的绝对运动速度和方向或利用高精度GPS求出船的绝对运动速度和方向，同时测出船对水的相对运动速度和方向，再经矢量合成得出海水对海底的运动速度和方向，即可得出海流的流速、流向。三海流连续观测的准确度要求流速不大于100cm/s时、水深在200m以浅海区流速测量的准确度应为±5cm/s；水深在200m以深的海区，流速测量的准确度为±3cm/s，流向测量的准确度为±10°。流速超过100cm/s时，水深在200m以浅的海区，流速测量准确度为±5％；水深在200m以深的海区，流速测量的准确度为±3％，流向测量的准确度均为±10°。海流观测的注意事项1.观测浅层海流时，应借助小型锚定浮标或施放小艇进行观测，以消除船体的影响。2.当施放海流计的钢丝绳或电缆的倾角超过10°，应进行倾角订正。3.以船只为承载工具进行海流连续观测时，应至少每3小时观测一次船位。4.在深海测流时，如船只抛锚困难，且深层流速很小，可用“双机法”观测（即在漂移船只上，将一台海流计置于预定观测水层，而将另一台海流计沉放至“无流层”，两层海流计观测结果的矢量差，便是预定水层的海流观测值）。海流计简介机械旋浆式海流计：厄克曼海流计印刷型海流计照相型海流计磁录式海流计直读式海流计遥测海流计电磁海流计声学多普勒海流计其他测流仪光学式电阻式遮阻涡流海流计厄克曼海流计主要由轭架、旋桨、离合器、计数器、流向盒及尾舵等部件构成。在使锤的作用下，离合器使计数器的齿轮和旋桨轴的蜗杆接触或分离。但是，它不能测低速流。印刷型海流计船用或浮标用的定点自记测流仪器，最大使用深度为6000m，连续记录时间长达2个月。记录装置由弹簧带动，自记工作时间由时钟控制盘决定，流速流向记录在纸带或锡箱上。通常使用深度有250m和1200m两种。照相型海流计浮标和船用的定点自记测流仪器。照相型海流计用一个大直径导流叶轮测量流速；用随海流方向转动的度盘示数测定流向，其测量值经照相记录在耐压壳内的胶卷上。该仪器的测量深度为150m，自记工作时间达30天。磁录式海流计浮标用定点自记测流仪器，其工作原理多数将测量数据以二进制编码方式记录在磁带上，也有用其他方式记录在磁带上的。最大使用深度为1000～6000m。遥测海流计该仪器为双频道的无线电遥测装置，包括浮标上的传感器和船上的接收装置。流速与流向值根据自记仪纸带上记录脉冲频率和相对应位置而进行测定。直读式海流计船用定点测流仪器。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、资料整理方便，测量速度快，有的可以兼测深度。仪器最大使用深度为150～660m。现主要介绍SLC9-2型直读海流计：用于200m以浅不同深度处的水流速度和方向。仪器基本结构SLC9-2直读式海流计主要由水下探测器、水上显示器、传输电缆等部分组成。水下探测器和水上显示器之间用一根三芯轻便负重电缆连接，强度较高，可以直接承吊水下探测器。流速：在水下探测器中，流速传感器中的旋浆在水流的冲击下转动，旋浆的转速正比于被测流速。经仪器内部率定，就能测出实际流速值。流向：尾舵用于感受流向，使机身在水中的形态稳定，保持与水流方向一致。声学多普勒海流计该类仪器是以声波在流动液体中的多普勒频移来测流速的。其优点是声速可以自动较准，能连续记录，仪器无活动部件，无摩擦和滞后现象，测量时感应时间快，测量准确度高，可测弱流等。其缺点是存在仪器的本身发射功率、电池寿命和声波衰减等问题，因此限制了该类仪器的使用。该类仪器的流速准确度为±2cm/s，流向准确度为±5°，工作最大深度为50～6000m。近岸异重流现象异重流：上下两层密度不同的流体作相对运动的现象。根据水流位置分：上下中异重流上异重流：河水漫过海水表面中异重流：河水入海后沿相同密度面运下异重流：河水潜行水库库底按造成异重流密度差异的原因，可将异重流可分为泥沙异重流(因水流挟沙造成清浑水密度差异而形成的异重流)、盐度异重流(因水体盐度差异造成的密度差异而形成的异重流)和温度异重流(因水体温度差异造成的密度差异而形成的异重流)。近底层海流的观测近底层海流：指离海底2m高度内的海水运动，包括潮流和常流。在海洋水文观测规范中，海流观测最低层次是离海底2m的水层。浅海区近底层海流的观测采用钢架结构，放在海底上悬挂海流计。