3-第三章-观测平台

观测平台第三章Chapter3.ObservationPlatform1第三章观测平台2岸基观测平台第一节船基观测平台第二节浮标和潜标第三节航空观测平台第四节航天第五节第三章观测平台3岸基观测平台第一节海洋站台观测石油井架观测岸基台站观测是指沿岸或石油平台设站，作为固定式的海洋观测平台，对沿岸海域的水文气象环境进行观测，或对环境质量进行监测。第三章观测平台第一节岸基观测平台4一、海洋台站观测水利、交通、地质部门潮位站国家海洋局海浪、温盐、气象等多要素观测站海洋观测站第三章观测平台第一节岸基观测平台5二、石油井架观测海上石油平台优点：抗风浪能力强缺点：观测仪器易受干扰，准确性较差e.g.：石油立柱改变局部水流流向、流速钢结构平台干扰仪器精准度第三章观测平台6船基观测平台第二节调查船的优势调查船分类第三章观测平台第二节船基观测平台7一、调查船的优势调查船是用于海洋科学调查、考察、研究、测量或勘探的专用船舶和其他海洋运载设施，设有专用实验室及仪器、设备。海洋调查船的主要特点是：1.科考、工作及生活等各方面装备齐全，有与任务相适应的续航力和自持能力；续航力是指船舶携带额定燃料，中途不再补给，以一定航速连续航行所能达到的最大航程，以海里表示，是极其重要的性能指标。自持能力：舰艇一次装足按设计要求规定的燃料、淡水、食品，潜艇还包括氧气再生药板等，中途不补给，所能连续在海上活动的最长时间。第三章观测平台第二节船基观测平台8一、调查船的优势第三章观测平台第二节船基观测平台9一、调查船的优势海洋调查船的主要特点是：2.船体坚固，有良好的稳定性和抗浪性；3.具有良好的操纵性能和稳定的慢速推进性能；4.具有准确可靠的导航定位系统；5.具有充足完备的供电能力；第三章观测平台第二节船基观测平台10一、调查船的优势海洋调查船的主要特点是：2.船体坚固，有良好的稳定性和抗浪性；3.具有良好的操纵性能和稳定的慢速推进性能；4.具有准确可靠的导航定位系统；5.具有充足完备的供电能力；第三章观测平台第二节船基观测平台11二、调查船分类综合调查船：同时观测和采集海洋水文、气象、物理、化学生物和地质基本资料和样品专业调查船：船体较小，任务单一特种海洋调查船：包括航天用远洋测量船、极地考察船、深海钻探船等。海勘一号海洋地质调查船远洋渔业资源调查船淞航号北调991双体水声测量调查船第三章观测平台第二节船基观测平台12二、调查船分类综合调查船：同时观测和采集海洋水文、气象、物理、化学生物和地质基本资料和样品专业调查船：船体较小，任务单一特种海洋调查船：包括航天用远洋测量船、极地考察船、深海钻探船等。2019年2月，美国国会通过一项预算法案，搁置多年的美国新建破冰船项目获得655000000美元（折合人民币约45亿元），以授权国土安全部下属的海岸警卫队开始建造第一艘破冰船。这是海岸警卫队要求的六艘破冰船的首艘。据美国海岸警卫队最高指挥官指示：“这些破冰船在设计之初就应该考虑具备空间、重量、能源以及加装模块化的武器，从而使这些破冰船成为打击性平台”。海岸警卫队明确要求这些破冰船将具备携带甲板模块化武器的能力。同时所有新建破冰船均将安装空、水面雷达，同时将具备与美国国防部、海岸警卫队及现有自然基金会所有船只的通讯能力。第三章观测平台13浮标和潜标第三节海面锚系浮标潜标坐底式潜标漂流观测第三章观测平台第三节浮标和潜标14一、海面锚系浮标浮标观测站有固定式、自由漂浮式等，以锚定式观测浮标为主。三锚浮标第三章观测平台第三节浮标和潜标15一、海面锚系浮标（一）浮标观测站特点：•全天候•连续工作第三章观测平台第三节浮标和潜标16一、海面锚系浮标（二）锚系浮标研究进展：•新技术、新材料的广泛使用•多参数•先进的数据采集和通信系统第三章观测平台第三节浮标和潜标17二、潜标为了减少浮标和仪器的损失，在深海大洋中，通常使用潜标观测海流。海洋国家实验室领军海沟深渊观测研究第三章观测平台第三节浮标和潜标18三、坐底式潜标海床基是放置在海底的观测系统，主要采用各种仪器探测海底附近的海洋参数，还可以采用声学仪器测量海洋的剖面参数。海床基系统有声学释放系统以便回收。第三章观测平台第三节浮标和潜标19四、漂流观测近年来，漂流浮标技术的进展主要表现在：（一）漂流浮子（二）漂流浮标浮标系统的组成：•浮标体；•浮标采集系统；•通信传输系统；•传感器系统；•锚灯及供电系统；•时效；•岸基接收系统；洛马新型浮标系统将帮助潜艇下潜状态双向通信第三章观测平台第三节浮标和潜标20四、漂流观测近年来，漂流浮标技术的进展主要表现在：（三）中性浮子近底层流的观测（四）水下自航式海洋观测平台•水下滑翔机器人将浮标技术与水下机器人技术相结合，具有浮标和潜标的部分功能。•适宜大量布放，适用于大范围海洋环境的长期监测。第三章观测平台21航空观测平台第四节航空海洋学，其调查内容有：机载测深仪测深、空投XBT测海温垂直剖面…主要的遥感器有侧视雷达、成像光谱仪、红外辐射计、激光荧光计、激光测深仪等。无人机海洋观测系统用途广泛，不可或缺。第三章观测平台第四节航空观测平台22相较于其他天基和空基观测平台，无人机海洋观测特点：•机动性强•响应速度快•分辨率高•成本低第三章观测平台23航天第五节卫星遥感的发展进程卫星遥感的主要手段卫星扫描轨道第三章观测平台第三节浮标和潜标24一、卫星遥感的发展进程相较于遥感飞机而言，卫星遥感遥感范围广、同步性强、资料提供及时，可以大大改善海洋预报和海洋资源勘察能力。第三章观测平台第三节浮标和潜标25二、卫星遥感的主要手段（一）水色传感器（二）红外传感器——主要用于测量海表温度（三）微波传感器（四）合成孔径雷达SAR——海浪方向谱、中尺度涡、内波等第三章观测平台第三节浮标和潜标26二、卫星遥感的主要手段（一）水色传感器（二）红外传感器——主要用于测量海表温度（三）微波传感器（四）合成孔径雷达SAR——海浪方向谱、中尺度涡、内波等图卫星遥感反演的叶绿素浓度分布数据产品第三章观测平台第三节浮标和潜标27三、卫星扫描轨道（一）地球同步轨道（二）太阳同步轨道深度测量补充知识28补充-深度测量29一、水深测量的目的和意义水深测量是为了解海底地形、地貌的分布状况。海底地形地貌分布状况对海面航行的船只避免搁浅、触礁，对海中潜艇的隐蔽、防御，对建造海上建筑物，以及渔业养殖业的经营都是必要的资料。水深：固定地点从海平面至海底的垂直距离。补充-深度测量30一、水深测量的目的和意义水深又分为现场水深或瞬时水深以及海图水深。•现场水深或瞬时水深：现场测得的自海面至海底的垂直距离。•海图水深：是从深度基准面起算到海底的水深。理论深度基准面：海图水深的起算面，定在最低低潮面。(在第九章还要详细介绍）补充-深度测量31一、水深测量的目的和意义水深又分为现场水深或瞬时水深以及海图水深。•现场水深或瞬时水深：现场测得的自海面至海底的垂直距离。•海图水深：是从深度基准面起算到海底的水深。理论深度基准面：海图水深的起算面，定在最低低潮面。(在第九章还要详细介绍）补充-深度测量32一、水深测量的目的和意义海洋调查中的水深测量是配合其它海洋要素观测的，又作为这些要素测量的基础。观测得到的水深是瞬时水深。（要有动态观念）观测船到站后，首先确定测站水深，由它来确定海洋要素的观测层次，然后再进行海洋要素观测。（空间位置，空间坐标）此外平均海平面的确定也需要通过水深测量获得，即水深测量本身也是海洋要素测量中的一项重要项目。补充-深度测量33二、水深测量的要求时间：连续站每小时测一次；大面或断面调查在船到站后就测量。准确度：测量准确度为±2%浅于100m,记录取一位小数，深于100m，记录取整数。（误差增大）测量仪器：回声探测仪，钢丝绳探测仪回声探测：方便、快捷、准确度高。补充-深度测量34三、水深测量的方法（一）钢丝绳测深•用水文绞车上系有重锤的钢丝绳测量水深•其基本组成为：绞车-用于放收钢丝重锤-用于维持钢丝的垂直下沉绳索计数器-用于计量放出或收回的钢丝绳长度倾角器-用于测量钢丝绳倾角钢丝绳-用于测水深补充-深度测量35三、水深测量的方法（一）钢丝绳测深•测出水面以上绳长•测出重锤到海底时的总绳长•两长度相减，得海水深度补充-深度测量36三、水深测量的方法（一）钢丝绳测深•重锤选择：根据海流大小，钢丝绳倾角大于30度应加大重锤。•具体步骤：用计数器记录水面以上绳长；重锤触海底并拉直钢丝绳；记录此时绳长；收回钢丝绳。•校正和订正：钢丝绳倾角大于10度时，应实行倾斜订正。计数器有机械误差和磨损误差，应在使用前作标定。LhZLhZZ补充-深度测量37三、水深测量的方法（二）回声测深仪(Echo-sounder)测深利用声波反射原理测量水深的仪器。使用20千赫以上超声波频率的仪器称为超声波测深仪。发展历史：1917年法国物理学家发明了回声测深仪，1918年已可接收水下1500米处的回波信号。以后，回声测深技术不断发展，为提高发射功率，改善方向性，回声测深仪的发射器从单个发展到多个；为扩大探测面积，从单波束发展为多波束；并应用了计算机和数字显示技术，提高了精确度，扩大了使用范围。因为回声测深仪可以在船只航行时快速而准确地获得水深的连续数据，已成为水深测量的主要仪器。补充-深度测量38声波测深示意图三、水深测量的方法（二）回声测深仪(Echo-sounder)测深原理：声波在海水中以一定的速度(平均声速1500m/s)直线传播，并能由海底反射回来。根据声波往返时间(△t)，及其所在测区水域中的传播速度(V)，求得发射器至反射目标的直线距离，即测得水深(H)。hSHtS2/)*1500(h：船的吃水深度，H:真实水深。补充-深度测量39三、水深测量的方法（二）回声测深仪测深影响声速的三个关键因素：1.盐度变1ppt=声速约变1.3m/s2.温度变1ºC=声速约变3m/s3.压力：165米深度变化的影响相当于温度变1ºC；hSHtS2/)*1500(h：船的吃水深度，H:真实水深。Soundvelocity(atsurface)14001420144014601480150015201540156005101520253035Temperature(degreesC)Velocity(m/sec)0ppt5ppt10ppt15ppt20ppt25ppt30ppt35ppt补充-深度测量40三、水深测量的方法（二）回声测深仪测深测深仪的分类：•按显示方式分类：记录式、闪光显示式、数字显示式、显示器显示式、数据打印式及组合式；•按测深范围分类：浅水测深仪(100米以内)、中水深测深仪(100米～400米内)、深水测深仪(水深大于400米)；•按用途分类：航道测量测深仪、助航测深仪、工程测深仪、军用测深仪；补充-深度测量41三、水深测量的方法（二）回声测深仪测深回声测深仪的组成：激发器在终端显示装置的控制下，周期性地产生超声频脉冲，通过换能器转换成有指向性的超声波脉冲向水底射，声脉冲经水介质传播到水底。一部分能量从水底反射回到换能器，经换能器转换成电信号送至接收机，再经放大器将信号加以放大，变换，供终端显示。终端显示装置的功能是一方面控制发射机周期性地产生振荡脉冲，另一方面将接收回波信号相对于发射脉冲的延时时间，自动转换成深度数据。换能器记录显示设备激发器电源设备放大器海面海底补充-深度测量42三、水深测量的方法（三）激光声海水深度遥感探测激光声遥感是利用激光在水中产生声波并在空中接收被水下目标反射或散射的声波来感知水下目标的技术，它是激光技术与声学、电子学相结合发展起来的新的边缘科学。脉冲红外激光辐射与自由水表面相互作用可以在水中产生声波，这一声波在水中向四面八方传播，当遇到海底、礁石或水中其它目标时，由于反射或散射、声波的部分能量将折向水面。只要声波能量足够强，水下目标反射或散射的声波就能穿过水和空气界面，在空气中继续传播并到达到置于空中的声接收器被接收。补充-深度测