海洋调查计划书-中国海洋大学

海洋调查计划书（简版）2011级海洋科学海洋调查5组李相廷李梦炜李兆钦雷欧廖显春（不分先后）中尺度涡是发生在海洋中的尺度从数十公里到数百公里的涡旋运动，分布广但是不均匀，西北太平洋地区最为明显。中尺度涡蕴藏着非常巨大的能量，它包含有可与平均海流所拥有能量相比拟的动能，在大尺度海洋环流中，它的动能可达总能量的80%，甚至于90%以上，因此它对世界大洋总环流起着重要的作用。那么，这个具有普遍性和巨大能量的涡旋运动，它的活动和演变到底会给海洋中的各水文要素带来什么样的影响呢？于是，我们组根据卫星高度数据选定一个中尺度涡，观测其对海流、温盐特性等各水文要素的影响，并由此设计了本次海洋调查任务。调查目的：观测中尺度涡对海流、温盐特性等水文要素的影响调查海区：西太平洋东经137度，北纬25度周边海域调查内容：（1）中尺度涡旋运动对盐度，温度分布尤其是温、盐跃层的影响；（2）涡旋运动对海流速度的影响；（3）涡旋运动对水色和透明度的影响；观测点站位布设：调查日期：(根据卫星时时资料确定涡的位置，然后安排时间，以下为预计)2014年2月5日早从青岛出发，9日到达站点。预计到10日晚进行完1-10号站位的走航观测，随后在11号站进行为期两天的定点连续观测，13日定点观测结束后继续进行12-20号站位的走航观测，14日中午结束观测返航，19日到港。观测方法：船只到达后，沿着图示站位路线进行走航观测，每个站位进行三小时的观测，走航途中在1、4、10、14、20站点布设潜标。1-10号站位观测结束后，在11号站位锚定进行为期两天的定点连续观测。观测结束后，继续进行12-20号站位的走航观测，布防潜标，取得中尺度涡较长时间的连续观测数据。最后把测到的数据进行整理加工，以表格及图像的形式呈现结果，最终以论文形式发表。项目经费：1、船只及人员补助等费用：以“东方红”2号为例，12万×15天=180万。2、仪器费用：（设备利用实验室现有器材）一、主要使用仪器仪器名称使用数量仪器用途简介绞车2用卷筒缠绕钢丝绳或链条提升或牵引重物的轻小型起重设备。多波束回声测深仪1发射波束信号，根据探测面积上的回波信号能够精确测量水深。颠倒采水器1颠倒采水器，一种采集预定深度水样和固定颠倒温度表的器具。颠倒温度计2一直是海洋调查中最好的一种测温仪器,其优点准确可靠并能用以测量很深的深层水温。温盐深仪（XR-620CTD）100一种用于探测海水温度，盐度，深度等信息的探测仪器水色计1用于测量溶解状态的物质所产生的颜色，可用作水色测量时的对比。DVS100一种小型的侧流装置，可以测其周围3—5米的流速。透明度盘2漆成白色的直径为30cm的圆盘，它在海水中的最大可见深度定义为海水透明度。声学多普勒流速剖面仪（ADCP）6二十世纪80年代初发展起来的一种新型测流设备，反应快、滞后小、精度高。潜标系统5锚定在指定位置，用以在其下部悬挂一些传感器以便于数据的收集。二、实验室使用简介实验室使用面积（m2）安置位置ADCP室9平台甲板公用作业室108船楼甲板通用实验室20上甲板中心计算站19上甲板航海实习室24艇甲板气象室12驾驶甲板重力仪室16上甲板遥感室11驾驶甲板三、观测顺序、测量项目、要求、使用仪器、测量方法（注意事项）、误差订正在走航观测期间，船只到达每个站点后，按如下步骤依次对水深、水温、盐度、水色及透明度、海流等进行两次测量，间隔两小时。并且在预设的站点布放潜标系统。测量完成后，驶向下一站点继续测量。在定点观测期间，依旧按下述顺序进行为期两天的海洋要素观测，每隔两小时观测一次。（一）测深1、测量项目_水深2、要求（i）水深测量的时间为，连续站每小时测一次；大面(或断面)，在船到站后即测量。（ii）深度测量的准确度为±2%。100m以浅，记录取一位小数；超过100m，记录取整数。3、测量方式回声测深使用仪器：多波束回声测深仪测量方法：（i）安装多波束声纳系统（出发前船侧安装）（ii）到站测量。注意事项：（i）安装时注意自身噪音、背景噪音的控制，选择远离船主机、副机、螺旋桨等的船侧。（ii）航行过程中时刻考虑不要将仪器撞坏或者触底。（二）、潜标的安装布放1、潜标的结构（结构如下附图）主浮体、锚链、配重、ADCP、若干辅助浮体和CTD、dvs组成。（i）主浮体、辅助浮体1、主浮体的作用是保证潜标系统处于竖直状态。2、辅助浮体，为了便于收回仪器，而且进一步保证潜标系统处于竖直状态。（ii）锚链其长度设置根据具体站点的水深进行相应的调整，大致长度控制在大于水深几百米左右。根据中尺度涡影响深度，仪器在锚链上的布放位置应集中于表层至1000米左右的标准层次上。（iii）CTD采用CTD进行相应水层温度盐度深度的测量。具体深度参照标准层次，依次为：表层、10m、20m、30m、50m、75m、100m、125m、150m、200m、250m、300m、400m、500m、600m、700m、800m、1000m，共19个。（示意图如下）（iv）ADCP声学多普勒流速剖面仪。使用该仪器可以获得所调查中尺度涡垂向大致的流速剖面结构，并且可以配合潜标上各水层所挂的dvs进行流速的相互校正比对。计划在设计潜标结构时将ADCP放置于主浮体的下侧。（v）DVS一种小型的侧流装置，可以测其周围3—5米的流速。表层、10m、20m、30m、50m、75m、100m、125m、150m、200m、250m、300m、400m、500m、600m、700m、800m、1000m，共19个。说明：用DVS数据对ADCP数据进行逐层校准，确保了数据的可靠性。（vi）配重配重重量要保证浮体潜标系统不会被风浪或者海流被带走。而且配重和锚链之间装上声学释放设备，以便其可以顺利释放潜标系统。2、潜标的投放为了在走航观测完成之后，进一步获得该区域长期的中尺度涡观测资料，本次调查决定使用浮标进行后期观测。浮标的布放点设置在1、4、10、14、20站点的相应位置。水深测量完毕之后即投放一组潜标。1、投放潜标前，完成1号站点的水深测量以及相关底质的勘察。2、潜标下水前，要仔细检查系统各部件连接是否牢固。浮体是否渗漏，油漆是否剥落等，铁板锈蚀部分要除锈并涂好防锈漆，锚链部分要涂好沥青漆。3、注意应选择海面平静的天气，并在平潮时抛放，安设后立即测量潜标处水深，检查潜标布放是否符合预定计划。（三）采水、用表面温度计测量海表面温度用绳索、水桶进行采水。表面温度计：直接测量：（风浪小）第一次感温，适应海水温度第二次感温：0～1m深度处感温5min后取上读数。并力求迅速，要求从温度计离开水面到读数完毕的时间不得超过20s。根据精度要求，读数要精确到0.1℃水桶取水测量：（风浪大）应将取上的一桶海水放于阴影处，把表面温度计放入桶内搅动，感温1～2min后，将海水倒掉，重新取水(此时必须注意，在把温度计放入桶内之前，应将温度计桶内的海水倒尽)。感温3min后，读数。读数时温度计不可离开水面。第一次读数后，过1min后再读数一次，当气温高于水温时取偏低的一次，反之，取偏高的一次（四）沉放CTD仪，测温度盐度深度1、测量项目：温度、深度、盐度2、使用仪器：CTD、颠倒采水器、颠倒温度计、绞车3、测量方法：○1CTD（i）对CTD编号，提前设置好CTD的采样间隔和采样频率等参数。（ii）操纵绞车让CTD先进行感温。（iii）以1m/s的速度向下释放CTD到800米进行测量。（iv）收回绞车的过程也测量一次。注意事项：（i）要保证仪器安全，务必不要使仪器探头碰到船舷或触底，注意仪器探头温度与水温之差不能过大，探头应放在阴凉处，切忌曝晒。（ii）注意感温。（iii）探头下放时获取的数据为准，探头上升时获取的数据作为参考值。○2颠倒温度计：准备工作：挑选两个器差相近的颠倒温度计，打开采水器的温度计架压板，将颠倒温度计放入套筒固定，按采水器编号顺序，自左向右将采水器安置。检查采水器，绞车，钢丝绳。根据水深确定观测层次，设置各层的采水器。（i）将各层的采水器编号、颠倒温度计器号计入测温记录。（ii）悬挂采水器。（iii）感温7分钟进行读数。记下钢丝绳倾角和打锤时间。待各采水器全部颠倒后，按原摆放位置放回采水器，立即读取读数。（iv）如需取水样，待取完水样后，第二次读取温度计的主、辅温值，并记入观测记录表的第二次读数栏内，第二次读数应换人复核，若同一支温度计的主温读数相差超过0.02℃，应重新复核，以确认读数无误。（v）若某预定水层的采水器未颠倒或某层水温读数可疑，应立即补测；若某水层的测量值经计算整理后，两支温度计之间的水温差值多次出现超过0.06℃，应考虑更换其中可疑的温度计。注意事项：（i）颠倒温度计必须经常垂直地保持正置状态（ii）颠倒温度计必须保存在特制的箱内，使颠倒温度计在搬运时能保持正置状态，并使温度计免受剧烈振动。（五）水色、透明度1、测量项目：水色、透明度2、使用仪器：透明度盘、水色计3、测量方法：○1透明度：在主甲板的背阳光处，将透明度盘放入水中，沉到刚好看不见的深度，再缓慢提升到隐约可见，读取绳索在水面的标记数值（有波浪时读取绳索在波峰和波谷处的标记数值）。精确到一位小数，重复3次，取平均值。○2水色：观测透明度后，将透明度盘提升到透明度值一半的位置，根据透明度盘上所呈现的海水颜色，在水色计中找出与之最相似的色级号码。注意观测只在白天进行。每两小时进行一次。（六）测量流速和流向1、测量项目：流速、流向2、使用仪器：ADCP，XBT3、测量方法：○1ADCP此仪器可连续记录水体流速大小和方向，反应快滞后小精度高。对于中尺度涡的流速剖面测量可以起到很好的效果。同时也可用于船只到达指定站点过程中的走航观测。海流表层度观测水层深度应在0到3米内。其他层次参照温度层次设定。在所有船只到达制定站点之后同时进行观测，确保数据的同步性。安装时应注意仪器距离船体距离要根据船只吃水深度进行相应调整。○2XBT可以接装在各种船只上，在不同航速和海洋条件下根据需要进行的投掷。（七）其他相关观测在西北太平洋中尺度涡定点观测期间，共1条船参加观测工作。船上配备常规海洋仪器如CTD，ADCP和相关机械如钢索绞车以外，为了额外获得尽可能多的数据，还配备了船装载多普勒测雨和天气雷达，届时可布设于观测海域边缘。如此一来，不但可以获得海上短期内准确及时的天气变化情况，测量风速和风向。还可以对观测区域海上的船只安全提供一定的保障。也可以适当配备军用望远镜来进行海发光的观测。（八）观测资料的整理方式、方法首先，对于船只走行观测到的数据，各站点深度数据，温度、盐度剖面数据，以及水色透明度的资料进行规类。对于布放潜标的数据，我们选择了五处潜标的布放位置，分别位于涡的四周以及中央，这样一来，经过一年左右的数据采集，我们既获得了涡内的数据也获得了涡外的数据。通过这些数据我们可以做出各层的温盐深的时间连续性剖面，通过模式将数据尽可能的模拟出当时温盐深的真实分布，再结合卫星给出的表面水温，盐度的数据，我们就能够获得具有中尺度涡特色的分布模型，从而很好地分析出来涡的移动路径以及移动速度，当然还有对温盐的影响。（九）人员与分工三班制测深：4人测温、采水：3-4人测水色及透明度：4-5人（共两组）测流：2-3人潜标：4人一、组长统筹一切工作二、副组长（1）执行组长分配的任务，组长不在时，代行组长职责（2）协调任务计划（3）视察各项工作的准确执行情况（4）视察各项仪器的完好性及功能三、主预报员（1）提供每日气象预报给组长及每日工作会议参考（2）检查预报人员工作情况四、海上协调人员操作仪器记录数据确保通讯设备正常工作五、后勤协调员（1）安排参与者旅行和住宿（2）安排船运仪器设备、货物和必需品（3）协调管理日常事务（4）统计日常消费情况六、船只协调员负责船上设备用品的维护七、仪器管理员对施测仪器的管理和维护