测量船调查

1.1.1　测量船调查

海洋学的主要研究对象是海洋中各种不同类别和不同尺度的动力和热力过程，研究手段主要是现场观测，最直接的方法是利用船舶出海调查。人类很早就利用船舶进行海洋调查。

海洋调查船是指在特定海域从事海洋现场观测、采集样品和科学研究的船只。全世界第一艘海洋调查船是英国挑战者号，它由军舰改装而成，长68米，排水量2306吨，靠风帆和蒸汽机推进，于1872年12月7日至1876年5月26日进行了世界上第一次环球海洋考察。

海洋调查船具有如下的设备和功能:

①专用的探测仪器装置、起吊设备、工作甲板、实验室、船员长期工作和生活的设施。

②船体坚固，有良好的稳定性和抗浪性。

③操纵灵活，且具稳定的慢速推进性能。

④准确可靠的导航定位系统。

⑤充足和完备的供电能力，对于水声专业调查船，需另设无干扰电源。

海洋调查船按其调查任务可分为综合调查船、专业调查船和特种海洋调查船三种。

综合调查船上的仪器设备系统可同时观测和采集海洋水文、气象、物理、化学、生物和地质基本资料和样品，并进行数据整理分析、样品鉴定和初步综合研究(如图1-1和图1-2所示)。综合调查船必须具有优良的稳定性、操纵性、续航能力、自持能力，防摇防震防噪声干扰以及供电、导航、低速等性能。

图1-1　中国东方红2号调查船

图1-2　日本日南号调查船

专业调查船船体较综合调查船小，任务单一。常见的有海洋测量船、海洋物理调查船、海洋气象调查船、海洋地球物理调查船、海洋渔业调查船和打捞救生船。

特种海洋调查船是按专门任务建造的结构特殊的调查船，常见的有:

①航天用远洋测量船。仪器设备可考察高层大气，接收卫星或宇宙飞船等太空装置发来的信号，并可向太空装置发布指令等。

②极地考察船。船体特别坚固，具有破冰行驶能力和防寒性能。

③深海钻探船。能进行海底钻井、采样、深海调查等。

测量船调查经历了两个主要时期，即单船海洋调查时期和多船协同调查时期。

20世纪60年代以前，海洋水文观测资料的来源除了岸边寥寥可数的验潮站和水文气象台的观测资料外，几乎完全依靠“单船走航”获得，单船走航测量一直延续到了20世纪50年代，是海洋调查的基本工作方式。这种以单船走航方式进行的海洋调查，18世纪仅有8次，19世纪共有133次，20世纪前半叶共有166次。总的来说，这些单船走航海洋调查范围都不大，调查项目有限，调查持续时间不长，观测手段也十分落后，主要集中在几个海区，如欧洲的北海、波罗的海和地中海，北美洲东岸的墨西哥湾流区域、西岸的加利福尼亚流区域，以及亚洲的黑潮区域和日本近海等。

从19世纪到20世纪50年代前期，比较著名的单船走航调查有:

图1-3　英国挑战者号调查船

①1831—1836年英国“贝格尔”号环球探险，历时5年，考察了大西洋、印度洋和太平洋。英国科学家、生物进化论者达尔文参加了此次考察。根据考察所得的资料，达尔文解释了珊瑚礁的成因，提出了有关海底运动的论述。尤为重要的是，他于1859年出版了名著《物种起源》，在生物学界奠定了“达尔文主义”的基础。

②19世纪50年代后期，为铺设海底电缆，英国科学家W.T.开尔文于1856—1860年进行了北大西洋海洋测深调查。到1866年6月，一条永久性的大西洋海底电缆终于铺设成功，为人类通信事业开创了新的前景。

③1872—1875年英国的“挑战者”号的环球科学考察，航程约124000千米，遍及世界三大洋，在492个站位进行了水深测量，在362个站位进行了深海水文观测，采集了各种海洋动植物标本和海底底质样品，编写调查报告50卷。这次考察被誉为“近代海洋学的奠基性调查”。

④1925—1927年及其后的1937—1938年的德国著名的“流星”号的调查，其规模为人们所称道。1925—1927年它主要在大西洋西部(20°N～65°S)进行了14个断面的水文观测;1937—1938年它在大西洋北部(20°N以北)进行了7个断面的补充观测，前后共做了21个断面、310多个水文站位的观测。这次调查以物理海洋学为主，内容包括水文、气象、生物、地质等，以观测准确度高而著称。所获资料被海洋学界认为是“海洋调查的代表性资料”。

⑤1947—1948年瑞典“信天翁”号的调查，被誉为“近代海洋综合调查的典型”。该次调查重点是三大洋赤道无风带的深海调查和深海海底的底质采样，以填补“挑战者”号三桅调查船当时无法在无风带区域进行观测的空白。

⑥1950—1952年英国“挑战者Ⅱ”号的调查，其航线和站位与1873—1876年的第一次“挑战者”号的调查相同，其目的在于用英国当时最新的仪器设备检验七八十年前第一次“挑战者”号调查的结果。

此外，还有从1909年开始到1931年结束，长达20年的美国“卡内基”号调查;从1921年开始到1935年结束，间断进行达15年之久的丹麦“丹纳Ⅰ”号调查和“丹纳Ⅱ”号调查; 1950年丹麦的“加拉蒂亚”号调查等。

前述海洋调查研究有如下发现:

①海水主要成分之间相对含量的恒定性，测量了氯度、盐度及密度的比值，测定了海水中各种元素的含量。

②在海洋生物方面，对较大生物进行了分类，并对生物与环境之间的关系进行了研究。

③在地质学方面，人们对海底地貌、沉积物分布有了初步了解。

④在物理海洋学方面，对潮汐、海浪、海流的研究多有建树，绘制出了世界大洋的海流图轮廓，并于20世纪50年代初，提出了与之相应的世界大洋环流的基本理论——“风生漂流理论”。

多船联合调查时期始于1958年。海洋学家斯瓦罗(J.C.Swallow)用声学追踪的中性浮子的方法测量了湾流区域的底层流。实测结果表明，那里的海流速度比他预期的大10倍以上，而且在几十千米这样短的距离之内，海流的流向可能完全相反。同时，在一个月左右的时间内，海流还显示出相当大的时间变化。次年，“阿里斯”号调查的观测资料又证实了上述发现。以多船合作调查代替单船进行海洋调查的方式应时而起。

比较典型的多船协同海洋调查主要有:

①1955年，由美国加利福尼亚大学斯克里普斯海洋研究所发起并主持的北太平洋联合调查计划(NORPSAC)，美国、日本、前苏联、加拿大等10余艘调查船参加。由于参加的调查船为数较多，大大缩短了对一个海域进行调查所需的时间，并大大增加了调查资料的数量以及调查资料的质量。

②1957—1958年国际地球物理年(IGY)和1959—1962年国际地球物理合作(IGC)的联合海洋调查，其规模之大是空前的。这项联合调查的范围遍及世界大洋，参加调查的国家达17个，调查船达70艘以上。

③20世纪60年代，联合海洋调查的数目越来越多。其中，最主要的有以下几次:

a.1960—1964年由联合国科教文组织发起的国际印度洋调查(IIOE)，13个国家36艘调查船参加，是迄今为止对印度洋的一次规模最大的海洋调查。

b.1963—1965年的国际赤道大西洋调查(ICITA)，是近年来以多船同步和浮标阵观测的先声。这次调查的主要目的在于验证海流理论和海洋环流模式。1965年以后，这一调查计划分别被列入联合国世界气象组织和联合国政府间海洋学委员会的调查计划。

c.1965—1970年的黑潮及其毗邻海区的合作调查(CSKC)，以日本为主，美国、前苏联等共有10～15艘调查船参加，其主要目标是探索海洋水文变化及其对日本南岸的影响。这次黑潮合作调查于1970年夏季完成其第一阶段的计划任务以后，即转入以我国南海为重点的第二阶段调查，于1972年结束。

通过这些大规模的多船联合调查，学者们发现了大洋海流中两种极其重要的现象:一是在太平洋和大西洋赤道海流之下，发现到处都存在赤道潜流;二是在湾流中不但经常出现尺度相当大(几百千米)、寿命相当长(几个月)的弯曲(meander)，而且当它与主流分离后还形成流环(loop)，而在湾流区域的某些位置上，有时竟同时出现好几个涡旋(eddy)，使人对湾流本身难以辨认。

④进入20世纪80年代，海洋调查更趋于多船同步，偏重于专项研究。如1986—1992年中日黑潮合作调查，实施海洋调查的有中国的“向阳红09”号、“实践”号以及日本的“昭洋丸”、“拓洋丸”、“海洋丸”等14艘海洋调查船，通过合作调查研究，对台湾暖流的来源、路径和水文结构等提出了新的见解，对海洋锋、黑潮路径和大弯曲等也有了进一步的认识。

⑤为了研究海气之间的相互作用和地球气候的超长期变化，20世纪90年代后，进行了世界大洋范围内的环流调查，即“WOCE计划”。我国“向阳红05”号承担160°E～141.5°E，23°N～3°S的广阔西太平洋海域多学科综合科学考察。这次中国WOCE海上调查共布设10条断面，其中4条是国际WOCE的整条断面。在这10条断面中设CTD站90个(实测82个)，同时进行二氧化碳(CO₂)、三项营养盐()初级生产力和氧18(¹⁸ O)探测取样。在其全过程中，进行了ADCP测量和每日4次的海面气象观测;在航线中投放了XBT仪147个，漂流浮标6个，化学示踪元素氖(² He)的海水取样28站，碳-14(¹⁴ C)采样10站;对氟里昂(CFN)进行了试采样。与此同时，浮游生物、微生物采样32站，共获得各种水样6100多个。除此之外，还进行了气溶胶、雨水采样，以及在5°N、141.5°E上空48小时的海面通量调查。

热带海洋与全球大气—热带西太平洋海气耦合响应试验，即“TOGA-COARE”，旨在了解热带西太平洋“暖池区”(warm pool)通过海气耦合作用对全球气候变化的影响，从而进一步改进和完善全球海洋和大气系统模式。其强化观测期为1992年11月1日至1993年2月28日，在热带西太平洋“暖池区”进行连续4个月的海上作业调查。有19个国家和地区以不同形式参加了该项活动。此次调查中，由3个卫星系统、7架飞机、14条调查船、31个地面探空站、34个锚系浮标和几十个漂流浮标构成一个立体观测体流进行观测。

目前，世界许多国家在南极建有考察站，并派船进行南大洋的海洋调查研究。