海流观测

海流观测海流观测意义海流观测方法海流计介绍海流观测的持续时间长短选择影响海流观测误差分析近岸异重流现象与观测近底层海流的观测海流观测资料的整理与分析海流观测意义掌握海水流动的规律可以直接为国防、生产、海运交通、渔业、建港等服务；在寒流和暖流交汇的地方往往形成良好的渔场；在建港中要计算海流对泥沙的搬运；海上交通中要考虑顺流节约时间；了解海水运动规律对海洋科学其它领域研究有密切的关系。如水团的形成，海水内部及海气界面之间热量的交换等。海流定义海水运动是乱流、波动、周期特性潮流与稳定的“常流”综合作用结果海流观测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12h)的运动，其中包括潮流和常流(余流)两个部分。因此，乱流与波动排除在外潮流与常流潮流是伴随着潮汐涨落现象所作的周期性变化的海水流动。由月亮与太阳的引潮力引起。有半日潮与全日潮海水沿一定路径、方向基本朝向一个方向的大规模的运动，称为常流(余流)。常流通常是由风、海洋受热不均匀、地形等因素产生的海流定义海流观测要求海流观测包括流向和流速流速为单位时间内海水流动的距离，单位为cm/s流向指海水流去的方向，单位为º，正北为0，顺时针旋转，正东为90º，正南为180º，正西为270º观测层次与时次观测层次参照温度观测。但表层规定为0~3m以内的水层。因船体的影响（流线改变或船磁影响），使流速、流向测量不准。连续观测的时间≥25h，至少1次/h。预报潮流的测站，一般≥3次符合良好天文条件的周日连续观测。测量海流同时，还要观测风速、风向等气象要素，以便对海流变化提供客观分析条件。海流观测要求浮标漂移测流法定点观测海流定点台架方式、锚定浮标及锚定船走航测流海流观测方法浮标漂移测流法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使浮子随海流运动，再记录浮子的空间－时间位置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海流观测方法浮标漂移测流法漂流瓶测表层流双联浮筒测表层流跟踪浮标法：船体跟踪和仪器跟踪中性浮标测流：根据温盐观测值，确定待测海流层的海水密度，按此等效密度调节中性浮标使其在预定的水层中处于重力和海水浮力相平衡的状态下，在该水层随海水漂流，观测船上利用声纳跟踪浮标的漂移，消除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海流观测方法定点观测海流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海流观测方法定点台架方式水面台架：在观测海区内与测流点比较吻合的海上平台或其它可借用的固定台架，用以悬挂海流计。既节省又有效的测流方式海底台架：按一定尺寸制作等三角形或正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，就能长时间连续观测浅海底层流定点观测锚定浮标测流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，称锚定浮标测流用于观测表层海流或同时观测多层海流定点观测常设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。观测结束时将浮标收回。一般是单独或多个联合使用，以取得长时间海流资料。最新发展的大、中型多要素水文气象观测浮标一般都有测流探头，可进行长时间的连续的海流观测观测浮标锚定船测流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；根据水深确定观测层次，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，需作深度的倾角订正；定点观测走航测流测流原理：测出船对海底的绝对速度，同时测出船对水的相对速度，再矢量合成得水对海底的速度即海水的流速、流向。走航测流海流观测方法准确度要求流速＜100cm/s，水深h＜200m的海区，流速测量的准确度应为±5cm/sh＞200m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＞100cm/s时，h＜200m的海区，流速测量的准确度为±3%，流向测量的准确度均为±10°随着海流仪器的发展，这些精度要求也在逐渐提高海流观测方法注意事项观测浅层海流，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；利用调查船测浅层以下各层海流时，使用非自记海流计，待海流计沉放至预定观测水层后即可观测；使用自记海流计，可根据绞车和钢丝绳的负载，串挂多台海流计同时测多层海流。测流时须记录观测开始和结束时间海流观测方法如用自记海流计悬挂于浮标（或潜标）上进行海流观测时，投入与回收浮标的船只须具备专用提吊设备。浮标锚定后记录观测开始时间和浮标准确位置。观测结束回收浮标前记录观测结束时间。浮标或潜标上的闪光装置须切实水密，保证正常连续闪光注意事项施放海流计的钢丝绳或电缆的倾角＞10°，应进行倾角订正以船只为承载工具进行海流连续观测时，应每3h观测一次船位。如船只严重走锚，应移至原位，重新开始观测周日连续观测一般不得缺测，凡中断观测2h以上者，最好重测海流观测方法注意事项海流计简介机械旋浆式海流计电磁海流计声学多普勒海流计其他测流仪机械旋浆式海流计基本原理:依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根据记录部分的特点，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海流计简介厄克曼海流计目前向电子化方向发展，仪器测量深度不受限制。不能测低速流，因为旋浆起动速度一般为3cm/s。测量准确度一般为：流速±5cm/s，流向±10~15°。机械旋浆式海流计使用过程印刷型海流计船用或浮标用的定点自记测流仪器最大使用深度为6000m，连续记录时间长达半年之久，流速流向记录在纸带或锡箔上记录装置由弹簧带动，工作程序由定时机构控制测量流速范围，一般在3~200cm/s，流向准确度为±5°，自记工作时间由时钟控制轮决定机械旋浆式海流计照相型海流计浮标和船用的定点自记测流仪器用一个大直径导流叶轮测量流速，用随海流转动方向的度盘示数测定流向测量值记录在耐压壳内的胶卷上。胶卷一般宽16mm，长15m，可记录6000幅照片测量深度为150m，自记工作时间达30天机械旋浆式海流计磁录式海流计浮标用定点自记测流仪器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最大使用深度为1000~6000m，大致测量流速范围为3~400cm/s，准确度为±3～5cm/s，流向准确度为±5°挪威产的安得拉海流计，是目前全世界使用最广泛的海流计机械旋浆式海流计遥测海流计浮标用定点自记测流仪器仪器系统为双频道的无线电遥测装置，包括装在浮标上的传感器和装在船上或岸上的接收装置流速与流向值根据自记仪纸带上记录脉冲频率和相对位置而进行测定安装在岸或船上的接收装置能够连续定向接收来自3个浮标的数据测量范围10~360cm/s，流速测量精度±5cm/s，流向精度±10°机械旋浆式海流计直读式海流计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，有的可兼测深度。仪器最大使用深度为150~660m，流速测量范围5~700cm/s机械旋浆式海流计海流计简介机械旋浆式海流计电磁海流计声学多普勒海流计其他测流仪电磁海流计原理:应用法拉弟电磁感应定理，通过测量海水流过磁场时所产生的感应电动势来测定海流的；分类：地磁场电磁海流计人造磁场电磁海流计海流计简介地磁场电磁海流计分类：深海型：不适用表层测流，水深＜100m海区不宜；表层型：只适用测表层海流优点：可走航自记。水下部件结构简易，可靠性高缺点：与地球垂直磁直强度有关，不能在赤道附近使用，只适于地磁垂直强度大于0.1奥斯特的海区。受船磁的影响较大测流范围：3~300cm/s测量准确度：流速±2cm/s，流向±5°海流计简介---电磁海流计人造磁场电磁海流计受深度和纬度的限制不大适于船用或锚定水下测量广泛使用的是美国Interocean公司生产的S4型电磁海流计，球形，解决了仪器倾斜对测流的影响优点：精度高，测量值可靠，体积小，操作简便，无活动部件，对流场无影响测量范围：流速0～350cm/s，准确度：流速±1cm/s，流向±2°海流计简介---电磁海流计海流计简介机械旋浆式海流计电磁海流计声学多普勒海流计其他测流仪声学多普勒海流计原理：以声波在流动液体中的多普勒频移测流速。优点：声速可自动校准，能连续记录，仪器无活动部件，无磨擦和滞后现象，测量感应时间快，准确度高，可测弱流等。缺点：仪器本身发射功率、电池寿命和声波衰减等问题，因此限制了该类仪器的使用。大致准确度在±2cm/s，流向准确度±5°工作最大深度50~6000m不等海流计简介声学多普勒海流剖面仪(ADCP)(AcousticDopplerCurrentProfilers)目前观测多层海流剖面的最有效的方法精度高、分辩率高，操作方便已被海委会（IOC）正式列为新型的先进海洋观测仪器之一与声学多普勒海流计属于一类，但发声频率、功率和接收回声及处理方式有不同。ADCP测流原理测定声波入射到海水中微颗粒后向散射在频率上的多普勒频移，从而得到不同水层水体的运动速度。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，则接收频率高于发射频率，反之则低，这种现象多普勒效应。接收频率和发射频率之差叫多普勒频移把上述原理应用到声学多普勒反向散射系统时，如果一束超声波能量射入非均匀液体介质，液体中的不均匀体把部分能量散射回接收器，反向散射声波信号的频率与发射频率将不同，产生多普勒频移，它比例于发射/接收器和反向散射体的相对运动速度。这就是声学多普勒速度传感器原理ADCP工作示意图ADCP工作方式其他测流仪光学式海流计：应用激光多普勒技术电阻式海流计：利用海流对电阻丝的降温作用测流，优点是可测瞬时流和低速流，测量精度高，可以遥测遮阻涡流海流计：将一扁平或圆柱杆置于流场中，必在其后产生海水涡动现象，用声学方法测出涡流的频率，并根据频率与流速成正比、与圆柱杆的直径成反比的关系得出流速值以上是近几年正在研究的新型仪器，尚处于探索阶段，当前未见于实际应用海流计简介仪器总体情况应用最广泛：各类安德拉海流计和直读式海流计电磁海流计能走航测流，是深海测表层流的必备仪器声学多普勒海流计是目前测弱流的唯一仪器，性能卓越，已广泛用于大型海洋调查。海流仪器的发展趋势是发展长期自记仪和底层测量仪。海流观测持续时间观测时间长短的选择是为了抑制海水湍流与海浪的影响，各种仪器不同；流速感应时间以30s为最少，通常是3min大洋中潮流速度较小、常流速度较强的海区来说，记录时间可以加长海流观测误差分析平台无运动时出现的误差平台缓慢移动所产生的误差平台快速运动——波浪场的影响铅鱼和吊链的影响海洋生物的影响平台无运动时出现误差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，由于钢丝倾斜导致深度失真海流观测误差分析平台缓慢移动产生误差约100m或更浅些的深度，在50cm/s流速下，一个小船的偏摆、回转、漂荡等作用，可忽略不计在1800~4000m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°-2°的往复变化。更大的变化发生在低速的时候海流观测误差分析波浪场的影响呈现在仪器上的暂短的快速水平运动都是直接由波浪或间接由波浪使平台动荡以及海水的乱流所导致的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海流观测误差分析生物污损(Biofouling)海流观测误差分析海洋生物的影响机械旋桨或转子式流速传感器：旋桨或转子上附着生物，使旋桨或转子重量增加，传感器的动态特性发生变化，最终使其丧失功能；声学海流计：生物附着在换能器上，