國(guó)內(nèi)外海流觀測(cè)的方法總結(jié)

海流觀測(cè)方法總結(jié)伴隨著科學(xué)技術(shù)和海洋學(xué)科本身的不斷發(fā)展，海流的觀測(cè)方法也在不斷改善和提高。按所采用的方式和手段，海流的觀測(cè)方法大體分為隨流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)的拉格朗日法和定點(diǎn)的歐拉法。拉格朗日法是將每個(gè)流體粒子的運(yùn)動(dòng)表示為時(shí)間的函數(shù)。歐拉法給出的是流場(chǎng)中每一點(diǎn)的速度（速率和方向）。在這兩種方法中，所有的討論都是就相對(duì)于固體地球固定的坐標(biāo)系而言的。在理論研究中用歐拉法較方便，但在描述大洋環(huán)流時(shí)，拉格朗日法則更常用。拉格朗日法又稱隨體法，追蹤流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，記錄該質(zhì)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)過程中物理量隨時(shí)間變化規(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）和t的函數(shù)。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。將單個(gè)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。1.浮標(biāo)漂移測(cè)流法浮標(biāo)漂移測(cè)流法是根據(jù)自由漂浮物隨海水流動(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)。最早的漂浮物就是船體本身或偶然遇到的漂浮物，而后逐漸發(fā)展成使用人工特制的浮標(biāo)。浮標(biāo)漂移測(cè)流方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)用的優(yōu)點(diǎn)，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已開始應(yīng)用雷達(dá)定位、航空攝影、無線電定位、GPS衛(wèi)星定位等工具來測(cè)定浮標(biāo)的移動(dòng)情況，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)，再記錄浮子的空間一一時(shí)間位置。為此，使用了表面浮標(biāo)（如漂流瓶、雙聯(lián)浮筒）、中性浮子、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)是艮蹤浮標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。測(cè)較大深度的流速和流向則采用聲學(xué)追蹤中性浮子方法。1）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。2）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，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。.洌繩工上索環(huán).上浮筒上F索環(huán)5,聯(lián)結(jié)索6.下浮筒圖雙聯(lián)浮筒3）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)者乘船始終尾隨浮體移動(dòng)并按特定的時(shí)間間隔從船上采用GPS定位，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)本身加裝有GPS接收機(jī)和信號(hào)發(fā)射裝置，可以定時(shí)地發(fā)射無線電訊號(hào)，通過衛(wèi)星通訊等無線方式傳送回地面接收系統(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。

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具有可調(diào)節(jié)性，可適用于這種深海海流的觀測(cè)，如美國(guó)Benthos公司生產(chǎn)的中性浮子，可適用于0?6000m深度范圍內(nèi)的海流測(cè)量。實(shí)測(cè)中，首先根據(jù)溫鹽觀測(cè)值，確定出待測(cè)海流層的海水密度，按此等效密度調(diào)節(jié)中性浮子，施放的中性浮子在預(yù)定的水層上處于重力和海水浮力相平衡的狀態(tài)下，在這個(gè)預(yù)定水層上隨周圍海水一起漂流，該浮子中裝有儀器，不時(shí)向外發(fā)出聲脈沖，在觀測(cè)船上利用聲吶監(jiān)聽這種聲脈沖，即可跟蹤中性浮子的漂移，消除掉因船體漂移產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即可測(cè)出相應(yīng)水層的流動(dòng)速度和方向。.定點(diǎn)測(cè)流法定點(diǎn)測(cè)流法是目前海流測(cè)量中最常用的一種技術(shù)方法，它是以錨定的船只或浮標(biāo)、海上平臺(tái)或特制固定架等為承載工具，安裝海流測(cè)量設(shè)備進(jìn)行海流觀測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋中某一位置的海流進(jìn)行長(zhǎng)期測(cè)量。根據(jù)安裝載體的不同，通?？蓜澐譃橐韵?種定點(diǎn)測(cè)流方法:1）定點(diǎn)臺(tái)架方式測(cè)流在淺海海流觀測(cè)中，若能用固定臺(tái)架懸掛儀器，使海流計(jì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，則可測(cè)得比較準(zhǔn)確的海流資料并能進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)。（1）水面臺(tái)架：若在觀測(cè)海區(qū)內(nèi)已有與測(cè)流點(diǎn)比較吻合的海上平臺(tái)或其它可借用的固定臺(tái)架，用以懸掛海流計(jì)，將是既經(jīng)濟(jì)又有效的測(cè)流方式。實(shí)測(cè)時(shí)，要盡可能地避免臺(tái)架等對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生的影響，否則，測(cè)得的海流資料誤差過大，甚至不能使用。（2）海底臺(tái)架：按一定尺寸制作譬如等三角形、正棱錐形或圓臺(tái)形臺(tái)架放置于海底，將海流計(jì)或聲學(xué)多普勒海流剖面儀固定于框架中部的適當(dāng)位置，就能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)淺海底層流和剖面流。當(dāng)然，首先必須能夠保證儀器安全并能確保臺(tái)架不會(huì)在風(fēng)浪作用下傾斜、翻倒或出現(xiàn)其它意外事件。2）錨定浮標(biāo)測(cè)流以錨定浮標(biāo)潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流計(jì)進(jìn)行海流觀測(cè)，稱為錨定浮標(biāo)測(cè)流。有的僅觀測(cè)表層海流，有的則用于同時(shí)觀測(cè)多層海流。后者需要懸掛多臺(tái)海流計(jì)方可實(shí)現(xiàn)海流的多層同步觀測(cè)。目前發(fā)展的大、中型多要素水文氣象觀測(cè)浮標(biāo)一般都配有聲學(xué)多普勒海流剖面儀（ADCP），一臺(tái)ADCP即可進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)多層海流剖面觀測(cè)，提高了觀測(cè)效率。圖多要素海洋水文氣象觀測(cè)浮標(biāo)中間滸」??CTD*IjFIS中間滸」??CTD*IjFIS壽咕FC虬圖海洋水文觀測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng)示意圖3）錨定船測(cè)流以錨定船只為承載工具，利用絞車和鋼絲繩懸掛海流計(jì)觀測(cè)海流仍是常用的測(cè)流方式。首先根據(jù)水深確定觀測(cè)層次，然后將海流計(jì)沉放至預(yù)定水層，測(cè)量流速和流向并記下觀測(cè)時(shí)間。當(dāng)施放海流計(jì)的鋼絲繩或電纜的傾角大于10°時(shí)，須作深度的傾角訂正。如用自記海流計(jì)，可根據(jù)絞車和鋼絲繩的負(fù)載，采用三角架和平衡浮標(biāo)，在絞車的鋼絲繩上懸掛多臺(tái)海流計(jì)同時(shí)觀測(cè)多層海流。在錨定船只上搭載ADCP觀測(cè)海流是近年來最主要和最常用的測(cè)流方式。.走航測(cè)流法走航測(cè)流法，顧名思義就是在船只航行的同時(shí)測(cè)量海流的一種技術(shù)方法。它不僅可以節(jié)省時(shí)間，提高效益，而且可以同時(shí)觀測(cè)多層海流。此外，走航測(cè)流法可以實(shí)現(xiàn)采用常規(guī)方法很難測(cè)流的海區(qū)（如深海）的海流觀測(cè)。聲學(xué)多普勒海流剖面儀（ADCP）的問世和發(fā)展，使這種測(cè)流方法得以實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用推廣，為海流觀測(cè)開辟了新的途徑，測(cè)流方式也提高到了新的水平。其測(cè)流原理是：ADCP首先測(cè)出海水相對(duì)于船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和方向，同時(shí)利用聲學(xué)底跟蹤技術(shù)測(cè)出船相對(duì)于海底的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和方向或利用高精度GPS求出船的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和方向，再經(jīng)矢量合成得出海水對(duì)海底的運(yùn)動(dòng)速度和方向，即可得出海流的流速、流向。.河口海岸海流觀測(cè)方法目前，近岸海區(qū)或海港工程的海流觀測(cè)方法主要有以下四種類型：1）單站定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)：采用一艘船（或其他觀測(cè)載體）在給定的位置上進(jìn)行海流連續(xù)觀測(cè)，取得該處的實(shí)測(cè)海流資料，以了解海流的分布及變化狀況。2）多站同步連續(xù)觀測(cè)：采用幾艘船（或其他觀測(cè)載體）在幾個(gè)給定的位置上同時(shí)進(jìn)行海流連續(xù)觀測(cè)，取得這幾處的實(shí)測(cè)海流資料，以了解施測(cè)海區(qū)海流的分布及變化狀況。3）走航斷面觀測(cè)：用一艘船（或其他載體）在給