9--第八章-海浪与内波观测-2-&-第九章

海浪与内波观测第八章Chapter8.Observationofoceanwaveandinternalwave1第八章海浪与内波观测2导言第一节海浪的基本要素目测海浪海浪的观测第二节第三节第四节第五节卫星遥感第八章海浪与内波观测3海浪的观测第四节第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测4一、岸边海浪观测（一）光学测波仪：•光学测波仪主要测定的是波高、周期、波向和波长，并可以测量海面上物体的距离，浮冰的速度和方向。•严格来说仍属于目测范围；•常用的有HAB-1和HAB-2型测波仪。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测5一、岸边海浪观测（一）光学测波仪：1．望远镜2．管状水准泡3．俯仰微动手轮4．解脱手柄5．方向微动手轮6.指标盘7．水平度盘8．底座9．调平螺钉10．圆形水准泡HAB-2型测波仪示意图第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测6一、岸边海浪观测（一）光学测波仪：•光学测波仪主要测定的是波高、周期、波向和波长，并可以测量海面上物体的距离，浮冰的速度和方向。•常用的有HAB-1和HAB-2型测波仪。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测7一、岸边海浪观测（二）测波杆：•测波杆也是一种传统波浪观测技术，主要有电阻式和电容式等不同类型。按其形式可分为测波杆式和垂线式，其基本原理是记录海平面变化时导线电阻或电容的变化量进行波浪测量。国家海洋技术中心研制的“水文遥测系统”中负责波浪观测的垂线测波仪就是电容垂线测波传感器。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测8一、岸边海浪观测（二）测波杆：•优点：a.结构简单；b.分辨率高；c.对波动响应非常敏感；d.能够连续观测波浪数据；e.还可用于测量潮汐、风暴潮等；第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测9一、岸边海浪观测（二）测波杆：•缺点：a.大风浪条件下易产生较大误差；b.风浪产生的泡沫、海上漂浮的污物和传感器的腐蚀都会造成测量的误差，需要经常维护和标定。c.需要安装在岸壁或是水中固定构筑物上，无法应用于开阔水域的波浪观测；d.测波杆需与依托物保持一定距离，以免影响观测精度；种种限制之下，测波杆已逐渐弃用第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测10二、广适性自动式测波仪目前广泛使用的现场海浪观测仪主要有压力式测波仪、重力式测波仪、超声波式测波仪等。（一）重力测波仪是20世纪60年代开始发展起来的新式测波仪器，工作原理是用随波运动的浮体内的加速度计测量海水质点沿重力方向的加速度，经二次积分后求得波高。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测11二、广适性自动式测波仪（一）重力测波仪：•重力测波仪有船用和浮标用两类：•船用的包括重力加压力、重力加超声波、重力加雷达三种；•浮标用的记录方式分为自记式、发报式和电缆传输式三种。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测12二、广适性自动式测波仪（一）重力测波仪：•重力测波仪具有走航测量的优点，测波浮标还可以获取大风浪条件下海浪的资料；•在强流区观测效果较差，且其安全性较差；•目前比较先进的仪器有荷兰的“波浪骑士”重力测波仪。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测13二、广适性自动式测波仪（一）重力测波仪：•重力测波仪有船用和浮标用两类，船用的包括重力加压力、重力加超声波、重力加雷达三种；浮标用的记录方式分为自记式、发报式和电缆传输式三种。•重力测波仪具有走航测量的优点，测波浮标还可以获取大风浪条件下海浪的资料。•目前比较先进的仪器有荷兰的“波浪骑士”重力测波仪。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测14第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测15二、广适性自动式测波仪（二）压力测波仪通过安放在水下或海底的压力传感器测量海水压力的变化，再换算成波高。通常用在浅海区，主要是记录长周期波。•通过记录海水的压力变化，间接算出海面的波动；•采用流体静力学假设；•压力式测波仪所记录的曲线随水深衰减，须做深度订正；第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测16二、广适性自动式测波仪（二）压力测波仪•多用于浅水区，生产厂家给出的最佳布放深度仅为5~15m；•隐蔽性较好；•往往所测波浪周期偏小；第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测17二、广适性自动式测波仪压力测波仪自容式压力波浪仪直读式压力波浪仪第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测18二、广适性自动式测波仪（三）声学测波仪如一种倒置的回声测深仪，利用置于海底的声学换能器从海底垂直向海面发射窄幅的水声脉冲信号，在起伏的海面处反射回来后再被接收，发出和回声接收的时间差被用来度量波高。•测量涌浪的效果较好。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测19二、广适性自动式测波仪（三）声学测波仪•功耗大；•海面有泡沫时误差较大；•主要可用于海洋台站观测；第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测20光学测波仪和测标杆尽管准确度较低，且受主观因素影响较大，但结构简单、使用方便，仍是目前岸站测波的主要仪器。重力测波仪能较真实地测出表面波参数，是远洋深海测波的主要手段。压力测波仪和声学测波仪安装在水下或海底，可避免海面大风浪的破坏，但前者受海水滤波作用的影响，不能准确地测量短周期波；后者又受浪花和气泡的干扰，测量碎波的准确度受到影响。第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测21三、外海海浪观测（一）锚系浮标•一般分为水上和水下两部分，水上部分测量气象要素，水下部分测量海洋要素；•各传感器产生的信号，由地面接收站接收、处理；第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测22直径15米!中科院海洋所在国际上首次研制三锚浮标第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测23三、外海海浪观测（二）GPS波浪浮标测波方法•可提供全天候测量，三维数据精度较高；（三）机载侧视雷达SLAR•SLAR属于真实孔径雷达，不依赖多普勒效应；（四）X波段岸基雷达（五）高频地波雷达第八章海浪与内波观测第四节海浪的观测24三、外海海浪观测（六）航空摄影•对海浪进行拍照，经过处理后得到波面高度的分布；•该手段尚无成熟可使用技术，尤其是图像处理算法方面亟待进一步研究；第八章海浪与内波观测25卫星遥感第五节第八章海浪与内波观测第五节卫星遥感26一、基本原理合成孔径雷达是一种具有高分辨率的成像雷达。•主要仪器：合成孔径雷达、卫星高度计•优点：可观测大面积二维波浪场第八章海浪与内波观测第五节卫星遥感27表面波内波第八章海浪与内波观测第五节卫星遥感28二、实际应用（一）波浪理论研究（二）高度计测波资料（三）波候研究（四）平均值与极值分布（五）内波观测•温跃层抬升驱动的抬升波；•温跃层下潜驱动的下潜波；第八章海浪与内波观测思考题29波浪能是海洋中的可再生清洁能源，可利用其发电。运用所学知识，对秦皇岛近海海域进行波浪观测或文献资料调研，评估该地区利用波浪能发电的可行性。潮位观测第九章Chapter9.Observationoftidelevel30第九章潮位观测31水体的自由表面距离固定基面的高度统称水位。海洋中的水位又称潮位。潮位变化包括在天体引潮力作用下发生的周期性的垂直涨落，以及风、气压、大陆径流等因子所引起的非周期变化。故潮位站观测到的水位是以上各种变化的综合结果。第九章潮位观测32潮位观测的重要性：•船舶进出港口、海洋和海岸工程设计；•海军水雷布设深度、风暴潮和潮汐预报；•海涂围垦、潮汐发电；•确定平均海平面和深度基准面、潮汐表制作；•风暴潮预报、地震预报；•海上作战指挥、海底电缆的敷设……第九章潮位观测33潮汐发电：第九章潮位观测34潮汐表：2009年11月厦门潮汐表第九章潮位观测35潮位观测中的基本知识第一节潮位的水尺观测验潮井的观测自动验潮仪第二节第三节第四节第五节水准联测第六节海平面变化第七节遥感观测第九章潮位观测36潮位观测中的基本知识第一节第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识37一、潮位观测中的一些常用名称（一）潮汐涨落过程中出现的一些概念性名词潮汐的涨落现象以一定时间重复出现。高潮：在一天中，海面上涨到最高的位置。低潮：在一天中，海面下落到最低的位置。涨潮：从低潮到高潮这段时间内，海面的上涨过程。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识38一、潮位观测中的一些常用名称（一）潮汐涨落过程中出现的一些概念性名词平潮：海水的上涨一直到高潮时刻为止，这时，海面在一个短时间内处于不涨不落的平衡状态。平潮的中间时刻取为高潮时；平潮状态时的海面水位作为高潮水位。落潮：从高潮到低潮这段时间内，海面的下落过程。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识39一、潮位观测中的一些常用名称（一）潮汐涨落过程中出现的一些概念性名词停潮：当海面下落到最低位置时，海面也有以短暂的时间处于平衡状态。停潮的中间时刻取为低潮时；停潮状态时的海面水位作为低潮水位。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识40•全日潮•半日潮•混合半日潮第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识41一、潮位观测中的一些常用名称（二）需要数字表述的一些名词第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识42一、潮位观测中的一些常用名称（二）需要数字表述的一些名词潮高：从测站基面到自由水面的垂直距离。高潮高：高潮时海平面高度到超高基准面的距离•大潮平均高潮位（Meanhighwaterspringstide,HWOST）•大潮平均低潮位（Meanlowwaterspringstide,LWOST）潮差：高潮高与低潮高的垂直距离。•平均潮差第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识43一、潮位观测中的一些常用名称（二）需要数字表述的一些名词高潮间隙：从月中天时刻到海面发生第一次高潮的时间间隔。•把长期观测的高潮间隙数值加以平均，其均值就叫“平均高潮间隙”。低潮间隙：从月中天时刻到海面发生第一次低潮的时间间隔。•把长期观测的低潮间隙数值加以平均，其均值就叫“平均低潮间隙”。高潮间隙和低潮间隙两者合称为月际间隙。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识44一、潮位观测中的一些常用名称（二）需要数字表述的一些名词潮龄：满月或新月的中天时（朔望时）与大潮发生的时间差。•潮龄值以天计。•在引潮力作用下，在多数地方，高潮发生的时间比引潮力最大的时间（或理论上朔望时应发生大潮的时间）稍有延后一天或两天的现象。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识45一、潮位观测中的一些常用名称（二）需要数字表述的一些名词平均海平面（meansealevel）：指水位高度等于观测结果平均值的平静的理想海面。•海图深度基准面或陆上高度的计算均根据平均海平面来确定。•观测时间范围不同，有不同概念的平均海平面，如日平均海平面、年平均海平面和多年平均海平面等等。•一些验潮站常用18.6年或19年里每小时的观测值求出平均值，作为该站的平均海平面。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识46二、验潮站站址的选择由于潮汐的变化与地球与月球的运动有关，又与当地的地形、地貌有关，所以进行潮位测量之前必须对验潮站站址进行选择。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识47二、验潮站站址的选择由于潮汐的变化与地球与月球的运动有关，又与当地的地形、地貌有关，所以进行潮位测量之前必须对验潮站站址进行选择。验潮站又称潮位站。验潮站是指在选定的地点，设置自记验潮仪或水尺来记录水位的变化，进而了解海区的潮汐变化规律的观测站。它是为了解当地海水潮汐变化的规律而设置的。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识48二、验潮站站址的选择潮位站的选址应遵循以下原则：1.验潮结果要有充分的代表性潮位站的潮汐情况应具有本海区代表性，这是主要条件。•长期验潮站，多设在海港内水比较深且有防风浪设施的地点；•短期和临时验潮站，可设在受风浪和泾流影响较小、能充分反映测区潮汐情况的地点；•定点验潮站，可设在能反映测区的潮汐特性、测量船可锚泊的海底平坦且风浪和海流较小的海域。第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识49二、验潮站站址的选择潮位站的选址应遵循以下原则：2.地质条件好地质较为稳定，不是裂震区，也不是冲刷区或淤积区。4.要保证观测资料完整、可靠避开易使海岸变形迅速的地方；尽量避风、避浪，有利于提高观测准确度；第九章潮位观测第一节潮位观测中的基本知识