海洋調查分類,方法及內容

海洋調查分類，方法及內容海洋調查是對某一特定海區(qū)的水文、氣象、物理、化學、生物、底質分布情況和變化規(guī)律進行的調查。調查觀測方式有大調查、斷面調查，分連續(xù)觀測和輔助觀測；采用方法有觀測、衛(wèi)星觀測、船舶觀測、水下觀測、定置浮標自動觀測、漂浮站自動觀測等；普查工程有水溫、水色、透明度、水深、海流、波浪、海冰、鹽度、溶解氧、pH值、磷酸鹽、硅酸鹽、硝酸鹽等，以及該海區(qū)的水文氣象要素，如氣溫、氣壓、濕度、能見度、風、云、各種天氣現(xiàn)象等，還測定水中懸浮物、游泳動物、浮游生物、底棲生物、海水發(fā)光、海水導電率、聲速傳播、稀有元素、海底底質等。海洋調查方法是利用測試手段獲取海洋要素資料及信息的方法，海洋調查的內容豐富，可以進行多學科的綜合性調查，也可以進行單學科的。隨著現(xiàn)代科學技術的高度開展，從20世紀60年代起，海洋調查的觀測技術有了很大提高，使調查的觀測方式發(fā)生了根本性的變革。從過去使用調查船在水面上進行海洋觀測，開展至用飛機和衛(wèi)星在高空和太空中進行海洋觀測；用浮標進行的海洋觀測；利用潛水器和海底居住室在海洋內部、海底和深海溝中進行種種觀測和實驗；由人造衛(wèi)星、飛機、浮標系統(tǒng)、調查船和潛水器組成了理想的海洋調查觀測體系。假設將海洋調查工作視為一個完整的體系，那么包含對象、傳感器、平臺、施測方法和數(shù)據(jù)信息處理等五個主要方面。類一、調查對象分類海洋調查中的被測對象是指各種海洋學過程以及決定于它們的各種特征量的場，所有的被測對象可以分為以下五類：：⑴根本穩(wěn)定變化：這類對象隨著時間推移變化極為緩慢，以至可以看成是根本不變的，例如各種岸線、海底地形和底質分布。它們在幾年或十幾年的時間里通常不發(fā)生顯著的變化，當然在局部河口地區(qū)（如長江口），海底地形的變化要快一些。⑵緩慢變化：這類對象一般對應海洋中的大尺度過程，它們在空間上可以跨越幾千千米，在時間上可以有季節(jié)性的變化。典型的有著名的團“灣流”、“黑潮”以及其他一些大洋水團等。⑶變化:這類對象對應海洋中的中尺度過程，其空間跨度可以長達幾百千米，周期約幾個月。典型的如大洋的中尺度渦，淺、近海的區(qū)域性水團（如我國的黃海冷水團）以及大尺度過程的中尺度振動（如灣流、黑潮的蛇曲等）。⑷迅速變化：對應于海洋中的小尺度過程。其空間尺度在十幾到幾十千米之間，而周期那么在幾天到十幾天之間。典型的如海洋中的羽狀擴散現(xiàn)象，水團邊界（（鋒鋒））的運動等。⑸瞬間變化:對應于海洋中的微細過程，其空間尺度在米級以下，時間尺度在幾天到幾小時，甚至分、秒的范圍內，常規(guī)的海洋調查手段很難反映。典型的如海洋中的程湍流運動和對流過程等。中尺度渦對被測對象進行分類，有助于人們合理地方案海洋調查工作和有目的地開展海洋調查技術。歷史證明，人類對海洋過程的認識，從時空尺度上來說，主要是由慢而快、由大到小的。目前，研究已由氣候模型轉向天氣模型，逐步加強了中尺度海洋現(xiàn)象的研究，許多現(xiàn)場試驗已經(jīng)或正在進行，如POLYGON（1970）、MODE（1973）和POLYMODE等，以期盡早從理論上和實用上解決與中尺度過程密切相關的海洋學問題（如各種海洋預報）?？梢哉J為，解決中尺度的變動的海洋過程的監(jiān)測問題，是當前海洋學的重要問題。二、海洋傳感器器海洋傳感器是指能獲取各海洋數(shù)據(jù)信息的儀器設備和裝置。大體可分為以下三種：：⑴點式：點式傳感器感應空間某一點被測量的對象，如溫度、鹽度（（電導率））、壓力、流速、浮游生物量、化學要素的濃度等。通過點式傳感器可獲取離散的觀測數(shù)據(jù)，典型的如南森采水器，一條銅纜上按一定間隔懸掛著的采水瓶和顛倒溫度表，可以采得不同深度點上的水樣和測得各點的水溫。⑵線式：線式傳感器可以連續(xù)地感應被測量的對象。當傳感器沿某一方向運動時，可以獲得某種海洋特征變量沿這一方向的分布。例如，常用的投棄式溫鹽深儀和投棄擲式深溫計(XBT)以及溫鹽深自動記錄儀(CTD)。這些儀器可以提供溫度隨深度變化的分布曲線，其他各種走航拖曳式儀器那么可給出溫度、鹽度等海洋特征變量沿航行方向上的分布。如果傳感器固定在某一測點，還可提供該點海洋特征量隨時間變化的曲線，即一條過程曲線，如自計水位和測波儀就是典型的例子?？瓶缄爢T在布放溫鹽深自動記錄儀(CTD):⑶面式:面式傳感器可以提供二維空間洋特征變量的分布信息，也就是可以直接提供某海洋特征變量的二維場。如20世紀60年代開展的測溫鏈（拖曳式熱電阻鏈）可以給出垂直剖面（X，Z）或（Y，Z）上的水溫等值線分布，而近代和遙感器那么能提供某些海洋特征量在一定范圍內海面（X，Y）分布，典型的如經(jīng)過處理的紅外照相可以顯示等溫線的平面分布。臺三、調查平臺平臺是觀測儀器的載體和支撐，也是海洋調查工作的根底，在海洋調查系統(tǒng)中平臺是一個重要的環(huán)節(jié)。平臺一般分為兩類：：⑴固定式：固定式平臺是指空間位置固定的觀測工作臺。在這種平臺上，傳感器可以連續(xù)工作以獲取固定測站（或測點）上不同時刻的海洋過程有關的數(shù)據(jù)和信息。常用的固定平臺有沿海海洋觀測站、海上定點水文氣象觀測浮標、海上固定平臺等。布放海一氣界面二氧化碳通量觀測浮標：⑵活動式:活動平臺是指空間位置可以不斷改變的觀測工作臺或載體活動平臺，還可細分為主動式和被動式兩種。主動式可以根據(jù)人的意志主觀地改變位置，例如水面的海洋調查船、水下滑翔機、水下的潛水裝置、水下載人潛水器等；被動式如自由漂浮觀測浮標、按固定軌道運行的觀測衛(wèi)星等?！昂Ｑ唷彼禄铏C的作業(yè)過程法四、施測方法對于一定的被測對象，以所掌握的傳感器和平臺來選定合理的施測方式，是海洋調查工作關鍵的一步，施測方法一般有四種：⑴隨機方法：隨機調查是早期的一種調查方式，組成隨機調查的測站（站點）是不固定的。這種調查大多是一次完成的，如著名的“挑戰(zhàn)者”號1872?1876年的探險考察；或者各航次之間并無確定的，如現(xiàn)在由商船進行的大量隨機輔助觀測。雖然一次隨機調查很難提供關于海洋中各種尺度過程的正確認識，但是大量的隨機觀測數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計地給出大尺度（甚至中尺度過程）的有用信息。⑵定點方法:測站固定的定點觀測是至今仍大量采用的海洋調查方式。除了岸站的定點連續(xù)觀測之外，早在20世紀30年代便有固定的斷面調查（如人在近海和黃海、東海進行的長達數(shù)十年的斷面觀測）。定點調查通常采取測站陣列或固定斷面的形式，或者每月一次或者根據(jù)特殊需要的時間施測，或進行一日一次的、多日的甚至常年的連續(xù)觀測。定點海洋調查使得觀測數(shù)據(jù)在時空上分布比擬合理，從而有利于提供各種尺度過程的認識，特別是多點同步觀測和觀測浮標陣列可以提供同一種時刻的海況分布，但由于海況險惡，采用定點調查的本錢是相當昂貴的。⑶走航方法：隨著傳感器和數(shù)據(jù)信息處理技術的現(xiàn)代化，走航施測成為廣泛采用的方式。根據(jù)預先合理方案的航線，使用單船或多船攜帶走航式傳感器（如XBT、走航式溫鹽自記儀、ADCP等）采集海洋學數(shù)據(jù)，然后用現(xiàn)代數(shù)據(jù)信息處理方法，可以獲得被測海區(qū)的海洋信息。走航施測方式耗資少、時間短、數(shù)據(jù)量大，是一種值得開展的低本錢的調查方法，但技術水平要求較高。側掃聲吶探測疑似珊瑚分布區(qū)：⑷軌道掃描方法：和遙感技術的開展，現(xiàn)在已為海洋調查提供了一種嶄新的施測方式一一軌道掃描，利用海洋業(yè)務衛(wèi)星或資源衛(wèi)星上的海洋遙感設備（面式傳感器）對全球海洋進行軌道掃描，大監(jiān)測海洋中各種尺度過程的分布變化。該方法幾乎可以全天候地提供局部海區(qū)的良好的天氣式數(shù)據(jù)信息，但是遙感技術在監(jiān)測工程、觀測準確度和空間分布等方面還有待進一步拓展和提高?？?天-地-海-潛立體監(jiān)測理五、數(shù)據(jù)信息處理隨著海洋技術的開展，海洋數(shù)據(jù)和信息的數(shù)量、種類的猛增，如何科學地處理這些數(shù)據(jù)和信息已成為一個重要課題。數(shù)據(jù)信息處理技術的開展，反過來也促進了傳感器和施測方式的改良。例如，良好的數(shù)據(jù)信息處理技術可以補償觀測手段的缺乏或者向新的觀測手段提出各種要求。數(shù)據(jù)信息處理技術大致可分為四種：：⑴初級數(shù)據(jù)處理：海洋調查的初級信息處理是將最初始的觀測讀數(shù)訂正為正確數(shù)值，例如顛倒溫度炭和海流的讀數(shù)訂正，等等。另外，某些傳感器提供的某些海洋特征連續(xù)模擬量，也應將它們按需要轉化為數(shù)字資料。初級數(shù)據(jù)處理是對第一手資料的處理，因此也是最根底的工作。科研人員在查看和清理樣本：⑵進一步的數(shù)據(jù)處理：是指對初級處理完畢的數(shù)據(jù)作進一步處理，如空缺數(shù)據(jù)的填補、各種統(tǒng)計參數(shù)的計算、延伸的資料的求?。ɡ?，從水溫、鹽度計算密度、比容、聲速，從特征量的垂直分布來求取躍層的各項特征值等）。最后，要求將各種海洋調查數(shù)據(jù)到能直接提供用戶使用的程度，進一步還將要求使之文件化，以便存放在海洋數(shù)據(jù)信息中心的數(shù)據(jù)庫中，供用戶隨時查詢索取。⑶初級信息的處理:初級信息的處理是從觀測值或進行計算出來的延伸資料中提取初步的海洋學信息。初級信息的處理一般是將有關的海洋學特征變量樣本以恰當?shù)姆绞綐嫵稍撎卣髯兞恐庇^的時空分布，即給出對海洋特征場的描述，如根據(jù)水溫、鹽度等的離散使用空間插值方法繪制水溫和鹽度的大面、斷面分布團或過程曲線等。在海洋遙感系統(tǒng)中，將傳感器發(fā)送回來的代碼復原成圖像而不作進一步處理，也屬于初級信息處理的范疇。對海洋聲、光、電、磁等資料進行判讀與解譯并成圖。⑷進一步的信息處理：其目的是從處理后的數(shù)據(jù)中或經(jīng)初級信息處理的信息中，提取進一步的海洋信息，如根據(jù)水溫、鹽度的實況分布可以用恰當?shù)姆绞焦烙嫵鏊畧F界面的分布（鋒）。對海流數(shù)據(jù)和上述實況的恰當分析處理還可得出被測區(qū)的環(huán)流模型。在遙感系統(tǒng)中的電子光學解譯技術（如假彩色密度分割等）、計算機解譯技術（如圖像增加，自動分類識別等），也都屬于進一步的信息處理。需要特別提出的是，海洋數(shù)據(jù)信息的傳播技術是現(xiàn)代海洋研究中一個重要的過程。過去海洋上的現(xiàn)場測值是先儲存起來，待航次結束后一并處理。這種傳遞方式可稱為延時方式。較為現(xiàn)代的延時方式是將觀