华北理工海洋调查与观测技术教案第1讲 绪论

1课程名称：《海洋调查与观测技术》第1周，第1讲次摘要授课题目（章、节）第一章绪论本讲目的要求及重点难点：【目的要求】了解海洋调查发展简史。【重点】海洋调查方法。【难点】海洋调查的技术和手段。内容【本讲课程的引入】海洋是人类探索的又一重要领域，人们探索海洋不仅可以了解海洋的成因，变化，以及海洋的奥秘，而且可以认识海洋的规律，更好地服务人类。21世纪是海洋经济，了解海洋，研究海洋，开发海洋对于人类认识自然，改造自然，利用自然具有重要意义。板书“第一章绪论”。【本讲课程的内容】第一章绪论海洋调查方法是用各种仪器、仪表对海洋中能表征物理学、化学、生物学、地质学、地貌学、气象学及其他相关学科的特征要素进行观测和研究的科学。板书“海洋调查”。海洋调查方法是指在海洋调查实施过程中仪器的使用、站位设置、资料整理与信息分析的方法和原则。板书“海洋调查方法”。通过海洋调查，可获取海洋环境要素资料，表明其时空分布和变化规律，为海洋科学研究、海洋资源开发、海洋工程建设、航海安全保证、海洋环境保护、海洋灾害预防提供基础资料和科学依据。1.1海洋调查发展简史板书“1.1海洋调查发展简史”。公元前八千年左右，人类开始捕鱼活动。15世纪之前，海洋活动已非常频繁，有海盗，有进行贸易的。1542年，哥伦布横越大西洋；1547年，葡萄牙人达伽马开辟东方航线。1615年，麦哲伦开始绕地球航行，历经三年，证明地球是一个球形。15、16世纪，人们远涉重洋，发现了北美、南美、非洲沿岸、印度和其他许多岛屿。这一时期叫做伟大的“地理发现”时代，又称周游世界活动时期。郑和在15世纪初七下西洋。英国人科克在1768-1779年间进行三次世界航行，开始注意和航行有关的科学考察。作为有目的的海洋科学考察是从“挑战者”号开始的。板书“作为有目的的海洋科学考察是从“挑战者”号开始的。”1.1.1单船走航调查时期板书“1.1.1单船走航调查时期”。“挑战者”号自1872年12月至1876年5月，在太平洋、大西洋和南极冰障附近航行，航程127650km，在362个点上测深和生物采集。及其他一些探测。“挑战者”号报告问世后，掀起一阵狂澜，海洋调查事业蓬勃发展。这个时期只有20年，但在海洋学各个领域都有重要发现，对当时各国的政治、军事及经济都有很大促进作用。同时也暴露了海洋调查中存在的一些问题。同学们在新闻报道中了解哪些海洋调查活动？21.1.2多船联合调查时期板书“1.1.2多船联合调查时期”。1957-1958年国际地球物理年，1959-1962年国际地球物理合作的联合海洋考察，规模空前，调查范围遍及世界大洋，有70艘调查船，参加国达17个以上。1.1.3立体化海洋调查板书“1.1.3立体化海洋调查”。由于无人浮标站的应用可以取得全天候的连续资料，特别是海洋卫星遥感资料的问世，开创空间海洋学时代，海洋立体化调查才终于登上历史舞台。海洋立体观测系统，是利用多种技术手段，进行综合的、三度空间的观测组合系统（P7图1.1.1）。它应用卫星、飞机、调查船、浮标、岸边测站、潜器、水下装置等作为观测平台，通过各种测量仪器和传输手段，实现资料的同步（或准同步）采集、适时传递和自动处理。海洋立体观测系统可以获得多参数的、完整的海洋资料，实现对海洋大面积、多层次监测。是人类深入了解海洋现象，掌握海洋时空变化规律的重要技术手段。1、浮标和潜标技术锚系海洋资料浮标是海洋监测的重要技术之一。海洋资料浮标在海洋动力环境监测、海洋污染监测。卫星遥感数据真实性检验、水声环境监测、水声通信和水下GPS定位等方面发挥越来越重要的作用。漂流浮标是随着全球定位和卫星通讯技术的进步而发展起来的一种十分有效的大尺度海洋环境监测手段。2、水下观测平台技术发达的海洋国家对自持式或自航式水下多任务观测平台技术非常重视。3、水声监测技术水声环境和水声监测技术是现代海上军事技术的重要组成部分，也是海洋环境监测技术重点发展方向之一。4、沿海生态环境自动检测技术德国的MERMAID系统，挪威的SEAWATCH系统，其主要特点为：(1)监测的综合性；(2)模块化和标准化结构；(3)实时传输。5、遥感海洋应用技术目前全球在轨道运行有30颗涉海卫星，主要星载遥感器有合成孔径雷达、雷达高度计、雷达散射计、微波辐射计、红外辐射计、海洋水色仪。6、海洋环境立体监测系统集成技术“全球海洋观测系统”（GOOS）是全球性海洋环境数据采集、处理、产品制作和产品分发的服务体系。1.2海洋调查方法板书“1.2海洋调查方法”。海洋调查内容有：能有效描述海洋水文、海洋气象、海洋化学、海洋地质、地球物理、海洋生物等有关要素和生物组成等。调查方式有大面积观测、断面观测、连续观测和辅助观测等。调查方法有航空观测、卫星观测、船舶观测、水下观测、自动浮标站（锚定或飘移）等。资料形式有数值、字符、图像和实物等多种类型。资料载体有表格、磁带、磁盘、光盘等。中国海洋调查应按国家标准《海洋调查规范》进行。同学们根据现有知识讨论现有的观测手段。31.2.1海洋观测对象板书“1.2.1海洋观测对象”。1、基本稳定的：其随时间推移变化极为缓慢，如各种岸线，海底地形，地质分布。2、缓慢变化的：其一般对应海洋中的大尺度过程，它们在空间上可以跨越几千千米，在时间上可以有季节性的变化。如湾流、黑潮。3、显著变化的：其对应海洋中的中尺度过程，在空间上跨度达几百千米，寿命约几个月。如大洋的中尺度涡，近海的区域性水团。4、迅变的：对应海洋中的小尺度过程，空间尺度在十几到几十千米范围，生存周期为几天到十几天之间。如海洋中的羽状锋。5、瞬变的：对应海洋中的微细过程，空间尺度在米的量级以下，时间尺度在几天到几小时甚至分、秒的范围内。如海洋中团块的湍流运动和对流过程等。1.2.2传感器板书“1.2.2传感器”。1、点式的：点式传感器，感应空间某一点被测量的对象。2、线式的：当传感器沿某一方向运动时，可获得某种海洋特征变量沿这一方向的分布。3、面式的：近代航空和航天遥感器能提供某些海洋特征量在一定范围内海面的平面（X、Y）分布。1.2.3观测平台板书“1.2.3观测平台”。观测平台是观测仪器的载体和支撑。1、固定平台：是指空间位置固定的观测工作台。常用的固定平台有沿海观测站，海上定点水文气象观测浮标，海上石油井架等。2、活动平台：是指空间位置可以不断改变的观测工作台。1.2.4施测方法板书“1.2.4施测方法”。1、随机方法：如现在由商船进行的大量随机辅助观测；调查船走航时ADCP采集海洋学数据等。2、定点方式——台站观测：对海洋气象和水文要素进行定时观测的站点。设置方式有固定式、浮动式。在海滨的固定地点所进行的水文观测叫海滨观测。(1)临时观测站(2)单要素观测站(3)综合性观测站3、大面观测：为了解一定海区环境特征的分布和变化情况，以及彼此间的联系，在该海区设置若干观测点，隔一定时间作一次巡回观测。4、断面观测：一般在调查海区设置由若干具有代表性的测点组成的断面线，沿此线由表到底进行。5、连续观测：为了水文、气象、生物活动和其他环境特征的周日变化或逐日变化情况所采用的一种调查方式。6、辅助观测：为弥补大面积观测的不足，利用渔船、货船、客船、军舰和海上平台等，按统一时间就地进行的海洋学观测。7、自动遥测浮标站：其是目前世界上长时间连续同步观测和收集资料的基本方法之一。8、以人造卫星和航天器为观测手段的航天海洋遥感是60年代以后发展起来的一门新技术。49、海洋立体化观测：以调查船为主体的立体观测系统，逐步成为以调查船、岸站、浮标、卫星四大主结构组成的海洋立体观测系统。1.2.5数据处理板书“1.2.5数据处理”。1、初级数据处理：海洋调查的初级信息处理是将最初始的观测读数订正为正确数值。2、进一步的数据处理：指对初级处理完毕的数据作进一步加工处理。3、初级信息的处理：其目的是从观测值或延伸资料中提取初步的海洋学信息。4、进一步的信息处理：其目的是从处理后的数据中或经初级信息处理的信息中，提取进一步的海洋信息。1.3全球大尺度研究计划板书“1.3全球大尺度研究计划”。1.3.1气候变异与预测研究计划（CLIVAR）气候变异与预测研究计划是WCLP的一项新的、国际协调的、跨学科的大型计划。其研究问题包括从数月到百年时间尺度的全球气候变异与可预测性，以及自然气候与由人类活动产生的温室气体及大气中的气溶胶变化所引起的气候变化之间的相互作用。1.3.2热带海洋与全球大气计划（TOGA和TOGA-COARE）该项目旨在了解热带西太平洋“暖池区”通过海气耦合作用对全球气候变化的影响，从而进一步改进和完善全球海洋和大气系统模式。1.3.3世界大洋环流实验（WOCE）世界大洋环流实验是世界气候研究计划（WCRP）的重要组成部分。旨在全球范围内观测和了解海洋各种时间尺度变化及其对全球气候产生影响，建立气候变化预测模式。1.3.4极地计划以南极区域在全球变化中所引起的作用为核心的研究计划。1.3.5国际地圈—生物圈计划（IGBP）1.3.6联合全球海洋通量研究（JGOFS）研究海洋在碳的全球通量所起控制作用对全球气候变暖影响、多学科相互渗透的全球性实验研究计划。1.3.7全球海洋观测系统（GOOS）该系统将现有各种观测系统基础上，通过发展高新技术进一步提高和完善检测手段，为海洋预报和研究、海洋资源的合理开发和保护、控制海洋污染、制定海洋和海岸带综合开发和整治规划等提供长期、连续和系统的观测资料。1.3.8全球海洋综合服务系统（IGOSS）一种以易于解释和应用于实际问题的方式，进行海洋资料收集和交换的系统。1.3.9近海海洋观测系统（NEAR-GOOS）1、近海的重要性。2、中国提出东北亚地区全球海洋观测系统。1.3.10ARGO计划全球海洋观测将从少量的定点浮标或船只走航的非同步方式，发展到一种由高技术组成的、全新的、自动沉浮的浮标阵系统（简称ARGO，全球观测站网）。51.4实践是开启真理的钥匙，也是检验真理的标准板书“1.4实践是开启真理的钥匙，也是检验真理的标准”。实践是开启真理的钥匙，也是检验客观的唯一标准。随着实践不断深入和发展，一些新的理论就相应诞生了。1.4.1阿尔文潜水器的水下探索，发现一种全新生态系在热液喷泉口地带，动物群落却能靠一种以微生物的硫化氢代谢作用为始点的化学合成过程而生存。1.4.2大洋底地磁和热流测量，导致板块构造理论问世1.4.3微体古生物的测量，导致地球古气候重建1.4.4大洋钻探结果导致海洋灾变论产生这个计划已经在全球大部分海域取得了海洋沉积物和地壳的岩芯，并验证了一些重要的假说，如海底扩张假说等。1.4.5卫星遥感卫星海洋遥感涉及的电磁波范围包括：可见光、红外和微波。可见光遥感是利用太阳光源，红外遥感是利用海面热辐射，微波遥感分为海面微波辐射被动源和星载微波遥感主动源两种。卫星观测参数包括见P19。1.4.6每一种先进海洋仪器问世，都带来深刻的物理海洋学理论的革命1、声学浮标测流问世，导致赤道潜流的发现。2、CTD问世，发现了温、盐的阶梯状结构，双扩散理论应运而生。【本讲课程的小结】本讲课程主要介绍了海洋调查发展简史、海洋调查方法、全球大尺度研究计划及海洋调查的意义。【本讲课程的作业】复习本讲课程所学知识，掌握海洋调查方法的定义和内容。