主要海流觀測(cè)方法

1、主要海流觀測(cè)方法海流(ocean current )海水在大范圍里相對(duì)穩(wěn)定的流動(dòng)。既有水平，又有鉛直的三維流動(dòng)，是海水運(yùn)動(dòng)的普 遍形式之一?！按蠓秶笔侵负Ａ鞯目臻g尺度大，可在幾 千千米甚至全球范圍內(nèi)流動(dòng)；“相對(duì)穩(wěn)定”是指海流的路徑、速率和方向，在數(shù)月、一年甚至多年的較長(zhǎng)時(shí)間里保 持一致。一般將發(fā)生在大洋里的海流稱為洋流。一、海流概況(一) 海流成因及觀測(cè)意義海流形成的原因很多，但歸結(jié)起來主要有兩種：一種是受海面風(fēng)力的作用，稱風(fēng)生海流，所涉及的深度只有幾 百米；另一種是由于海面受冷熱卻不均，蒸發(fā)降水不均所 產(chǎn)生的溫度、鹽度引起的密度分布不均勻，導(dǎo)致海洋中的 壓力場(chǎng)產(chǎn)生斜壓， 在水平方向上產(chǎn)生一

2、種引起海水流動(dòng)的 力，產(chǎn)生海流。如墨西哥暖流。海流形成之后，由于海水 的連續(xù)性，必然在某些海域發(fā)生海水輻聚與幅散，導(dǎo)致升 降流的發(fā)生。掌握海水運(yùn)動(dòng)的規(guī)律非常重要，它可以直接為國(guó)防、 生產(chǎn)、海運(yùn)交通、漁業(yè)、建港等服務(wù)。海流與漁業(yè)的關(guān)系 密切，在寒施和暖流交匯的地方往往形成良好的漁場(chǎng)。如:北海道漁場(chǎng)-位于日本北海道， 形成條件為日本暖流 與千島寒流交匯，是世界第一大漁場(chǎng)。紐芬蘭漁場(chǎng)-北美洲東岸，加拿大境內(nèi)，紐芬蘭島附近，形成條件為墨西哥灣暖流與拉布拉多寒流交匯，“踏著水中雪魚脊背就可以走上岸”。北海漁場(chǎng)-位于歐洲西部北海，形成條件為北上的北 大西洋暖流與南下的東格陵蘭寒流在北海交匯。秘魯漁場(chǎng)-秘魯

3、沿岸在東南信風(fēng)帶內(nèi)，東南信風(fēng)從南美大陸吹向太平洋，使沿岸表層水離岸而去，底層海水上 升補(bǔ)充，而形成上升補(bǔ)償流，把海底營(yíng)養(yǎng)鹽帶至表層。（二）海流的分類根據(jù)海流的成因及受力情況等，為了討論方便起見，可從不同角度對(duì)其分類和命名。例如由風(fēng)引起的海流稱為風(fēng)海流或漂流，由熱鹽作用引起的稱為熱鹽環(huán)流；從海水 受力情況分又有梯度流、地轉(zhuǎn)流、慣性流等；從發(fā)生的區(qū) 域不同又分為，表層流、深層流、底層流、沿岸流、赤道 流、東西邊界流等。 下面將簡(jiǎn)要地分節(jié)對(duì)地轉(zhuǎn)流、風(fēng)海流、慣性流、洋流的特性進(jìn)行描述。（三）海水的運(yùn)動(dòng)形式海水運(yùn)動(dòng)是亂流、波動(dòng)、周期特性潮流與穩(wěn)定的“常流”綜合作用結(jié)果。這些流動(dòng)具有不同尺度、速度與周期，

4、并且隨風(fēng)、季節(jié)和年份而變。其強(qiáng)度一般由海表面向深層 遞減。海水運(yùn)動(dòng)是亂流、波動(dòng)、周期特性潮流與穩(wěn)定的“常 流”綜合作用結(jié)果。這些流動(dòng)具有不同尺度、速度與周期，并且隨風(fēng)、季節(jié)和年份而變。其強(qiáng)度一般由海表面向深層 遞減。潮流是伴隨著潮汐漲落現(xiàn)象所作的周期性變化的海 水流動(dòng)。它是由月亮與太陽(yáng)的引潮力引起的。在一晝夜時(shí) 間內(nèi)，其變化周期有半日（半日潮）和全日（全日潮）兩 種。海水還有沿一定路徑、 方向基本朝向一個(gè)方向的大規(guī) 模的運(yùn)動(dòng)，這種準(zhǔn)定常運(yùn)動(dòng)稱為常流（余流）。它是由各 種原因，例如風(fēng)的作用，海洋受熱不均勻，地形的影響等 產(chǎn)生的。常流有點(diǎn)象陸地上的江河，它可以把一個(gè)區(qū)域的 海水輸運(yùn)到另一個(gè)區(qū)域，但

5、是，它比江河的能量大得多。 強(qiáng)大者其寬度有時(shí)可達(dá)200km，深度可達(dá) 2000m左右。它們所能輸運(yùn)的水量，要比陸地上所有大小江河輸送水量的總和還要大幾十倍。（四）海流表示方法 拉法。通常用兩種方法描述海水的運(yùn)動(dòng)，即拉格朗日法和歐1. 拉格朗日法拉格朗日法是跟蹤水質(zhì)點(diǎn)以描述它的時(shí)空變化，這種方法實(shí)現(xiàn)起來比較困難，但近代用漂流瓶以及中性浮子等追蹤流跡，可近似地了解流場(chǎng)的變化規(guī)律。拉格朗日法是以研究單個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程作為基礎(chǔ)，綜合所有質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)。以某一起始時(shí)刻每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)位置（a、b、c），作為該質(zhì)點(diǎn)的標(biāo)志。任何時(shí)刻任意質(zhì)點(diǎn)在空間的位置（x、y、z）都可以看成是（a、b、c）

6、和t的函數(shù)。拉格朗日法基本特點(diǎn)：追蹤流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是可直接運(yùn)用固體力學(xué)中質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析。2. 歐拉法歐拉法是以流體質(zhì)點(diǎn)流經(jīng)流場(chǎng)中各空間點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)即以流場(chǎng)作為描述對(duì)象研究流動(dòng)的方法。它不直接追究質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過程，而是以充滿運(yùn)動(dòng)液體質(zhì)點(diǎn)的空間-流場(chǎng)為對(duì)象。研究各時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)在流場(chǎng)中的變化規(guī)律。將個(gè)別流體質(zhì) 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過程置之不理，而固守于流場(chǎng)各空間點(diǎn)。通過觀察 在流動(dòng)空間中的每一個(gè)空間點(diǎn)上運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間的變化， 把足夠多的空間點(diǎn)綜合起來而得出的整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)情 況?，F(xiàn)在通常用歐拉方法來測(cè)量和描述海流，即在海洋中某些固定點(diǎn)同時(shí)對(duì)海流進(jìn)行觀測(cè)，確定其速率和方向，用 矢量來表示它們，據(jù)此繪制流線圖來描述

7、流場(chǎng)的分布。3.海流標(biāo)示形式如果流場(chǎng)不隨時(shí)間而變化，那么流線也就代表了水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。海流流速以米每秒為單位，記為XXX m/s，流向指流去的地理方位角表示，以度為單位，記為 XXX°,注意從磁羅經(jīng)上讀取的磁羅經(jīng)讀數(shù)要轉(zhuǎn)化為地 理方位角。繪圖時(shí)常用矢量箭頭表示，其長(zhǎng)度表示流速量值，箭 頭表示流向。流向指海水流去的方向，單位為度，正北為 0,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，正東為90，正南為 180，正西為 270海流觀測(cè)層次參照溫度觀測(cè)層次，根據(jù)需要選定。但海流 觀測(cè)的表層，規(guī)定為 03m以內(nèi)的水層。由于船體的影響（流線改變或船磁影響），使得流速、流向測(cè)量不準(zhǔn)。二、海流的觀測(cè)技術(shù)進(jìn)行海流觀測(cè)時(shí)， 要按

8、一定時(shí)間間隔持續(xù)觀測(cè)一晝夜 或多晝夜，所得到的結(jié)果是常流和潮流運(yùn)動(dòng)的合成。對(duì)一 晝夜或多晝夜獲得的資料，經(jīng)過計(jì)算，可將這兩部份分離 開來。水平方向周期性的流動(dòng)稱為潮流，其剩余部分稱為 常流、余流或通稱海流。計(jì)、聲學(xué)海流計(jì)和電磁海流計(jì)。（一）機(jī)械轉(zhuǎn)子式海流計(jì)機(jī)械轉(zhuǎn)子式海流計(jì)是最經(jīng)典、最簡(jiǎn)單而實(shí)用的海流測(cè)量?jī)x器。它通過機(jī)械轉(zhuǎn)子（旋杯、旋槳、轉(zhuǎn)子等）將海流 的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，通過測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來測(cè)量流速。經(jīng)水槽率定（標(biāo)定），事先建立轉(zhuǎn)速與流速的 對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)數(shù)學(xué)處理得到對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系（一般是近似 線性關(guān)系）。被測(cè)海流流速是在被選定時(shí)間段的平均值， 而非瞬時(shí)值。其關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件主要是機(jī)

9、械轉(zhuǎn)子和機(jī) 電轉(zhuǎn)換。啟動(dòng)流速和轉(zhuǎn)速與流速的線性相關(guān)系數(shù)是判斷轉(zhuǎn) 子設(shè)計(jì)性能的主要指標(biāo)。流向測(cè)量是通過磁羅盤直接測(cè)定的。國(guó)內(nèi)在上世紀(jì)的 60年代初至90年代初，主要生產(chǎn)和 使用厄克曼直讀式海流計(jì)、印刷海流計(jì)、薩沃紐斯轉(zhuǎn)子海 流計(jì)、旋槳式直讀海流計(jì)及適用于潛標(biāo)系統(tǒng)中使用的大尾 舵存儲(chǔ)式轉(zhuǎn)子海流計(jì)，上述儀器多數(shù)已不生產(chǎn)。目前國(guó)內(nèi)使用的機(jī)械轉(zhuǎn)子式海流計(jì)主要是青島海洋 大學(xué)生產(chǎn)的 SLC9 2型直讀式海流計(jì)和從挪威進(jìn)口的安 德拉RCM系列轉(zhuǎn)子式海流計(jì)。（二）聲學(xué)海流計(jì)聲學(xué)海流計(jì)有聲學(xué)矢量平均海流計(jì)、聲學(xué)多普勒海流計(jì)、聲學(xué)多普勒海流剖面儀、聲相關(guān)海流剖面儀。聲學(xué)矢 量平均海流計(jì)通常有三個(gè)換能器，用三個(gè)分量

10、的矢量合成得出海流矢量（流速和流向）。聲學(xué)多普勒海流計(jì)利用海 水中運(yùn)動(dòng)散射體的后向散射聲信號(hào)的多普勒頻移原理來 測(cè)量流速。聲學(xué)多普勒海流剖面儀和聲相關(guān)海流剖面儀可 以同時(shí)給出某一深度范圍內(nèi)流速和流向的分層分布，例如一次測(cè)量可以得到 128層的海流，其流速和流向是某一厚 度層水體運(yùn)動(dòng)速度矢量的平均值。聲學(xué)海流計(jì)利用聲波在海水中的傳播特性來測(cè)量海 流。聲波是機(jī)械波，產(chǎn)生的多普勒頻移效應(yīng)來測(cè)定流速的。 其優(yōu)點(diǎn)是能連續(xù)記錄，儀器無機(jī)械活動(dòng)部件，無摩擦，無 滯后現(xiàn)象，測(cè)量感應(yīng)時(shí)間快，不影響流場(chǎng)測(cè)量，可測(cè)微弱 海流，聲速可自動(dòng)校準(zhǔn)，測(cè)量更可靠。許多大型海洋調(diào)查活動(dòng)多有使用，目前應(yīng)用較廣泛， 但造價(jià)相對(duì)高。

11、（三）電磁海流計(jì)該類儀器主要是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定理，通過測(cè)量海水流過磁場(chǎng)時(shí)所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小來測(cè)量海流速 度高低。根據(jù)磁場(chǎng)的不同，有地磁場(chǎng)電磁海流計(jì)和提供人 造磁場(chǎng)電磁海流計(jì)。 地磁場(chǎng)電磁海流計(jì)可以進(jìn)行走航式測(cè) 量，水下部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，可靠性高，準(zhǔn)確度高。但是該類 儀器受地球磁場(chǎng)分布和垂直磁場(chǎng)強(qiáng)度以及船體磁性感應(yīng) 等影響，使用深度、緯度范圍受到一定限制。人造磁場(chǎng)電磁海流計(jì)則不受上述因素限制，更適于船用和錨定水下測(cè)量。三、浮標(biāo)漂移觀測(cè)浮標(biāo)漂移測(cè)流方法是根據(jù)自由漂移物隨海水流動(dòng)的 情況來確定海水的流速、流向，主要適用于表層流的觀測(cè)。最早的漂移物就是船體本身或偶然遇到的漂浮物，以后逐漸發(fā)展成使用

12、人工特制的浮標(biāo)。浮標(biāo)漂移測(cè)流法雖然是一種比較古老的方法，但在表層觀測(cè)中有其方便實(shí)用之優(yōu)點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，漂 移物移動(dòng)情況的跟蹤，已開始應(yīng)用雷達(dá)定位、航空攝影、 無線電定位等工具來測(cè)定，這樣就可以取得較為精確的海流資料。漂浮法測(cè)流是使浮子隨海流運(yùn)動(dòng)，再記錄浮子的空間-時(shí)間位置。為此，使用了表面浮標(biāo)，中性浮標(biāo)，帶水下 帆的浮標(biāo)，浮游冰塊等。這些方法具有主動(dòng)和被動(dòng)性質(zhì)， 因此，可以借助于岸邊，船上，飛機(jī)或者衛(wèi)星上的無線電 測(cè)向和定位系統(tǒng)跟蹤浮標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。測(cè)較大深度的流速和流向則采用中性浮標(biāo)。浮標(biāo)法的測(cè)點(diǎn)是在拉格朗日坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行的，取起始坐標(biāo)X0和從開始時(shí)間起所經(jīng)過的時(shí)間 t-to 為獨(dú)立變 量

13、。主要觀測(cè)方法如下：（一）漂流瓶測(cè)表層流漂流瓶（又稱郵瓶）通常被用來研究海流的大致情況， 根據(jù)漂流瓶的漂移路徑及所花時(shí)間就可以大致地確定流 速和流向。（二）雙聯(lián)浮筒測(cè)表層流雙聯(lián)浮筒是浮標(biāo)測(cè)流中常用的一種工具，其制作結(jié)構(gòu)圖如下圖。船只錨定后或在海上平臺(tái)等相對(duì)穩(wěn)定的載體 上，在船尾放出雙聯(lián)浮筒，根據(jù)它的移動(dòng)情況測(cè)定表層流 的平均流速和流向。（三）跟蹤浮標(biāo)法1. 船體跟蹤將一個(gè)浮體（或雙聯(lián)浮筒）施放于一選定的海面上，使之自由地隨海水流動(dòng)，觀測(cè)者乘小船始終尾隨浮體移動(dòng)并按特定的時(shí)間間隔從船上定位或從岸邊確定船位，這樣連續(xù)觀測(cè)，一般要延續(xù)一個(gè)半日潮周期，并畫出浮體在此時(shí) 間段內(nèi)的運(yùn)行軌跡，進(jìn)而得出該海區(qū)相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)的海水運(yùn)動(dòng)的基本狀態(tài)。 這種方式必須在良好的天氣狀況下才能進(jìn)行。2. 儀器跟蹤隨著高科技技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，新的更準(zhǔn)確更方便的儀器跟蹤浮標(biāo)及相應(yīng)的觀測(cè)方式相繼產(chǎn)生，并開始應(yīng)用于海流實(shí)測(cè)之中，有的使用人工特制的隨海水自由流動(dòng)的浮 標(biāo)，在岸上用雷達(dá)跟蹤定位；有的浮標(biāo)本身就可定時(shí)地發(fā) 射無線電訊號(hào)， 送入天空運(yùn)行的衛(wèi)星中再返回地面接收系 統(tǒng)。還有的使用航空攝影的方式來測(cè)定浮標(biāo)的移動(dòng)情況， 從而觀測(cè)相應(yīng)的海區(qū)海水流動(dòng)的狀況，等。（四）中性浮子測(cè)流深海中下層海流的觀測(cè)相對(duì)而言是比較困難的，通常的觀測(cè)方法都難以實(shí)施。而中性浮子由于其本身可調(diào)