浮标海洋调查

1.1.2　浮标海洋调查

为在现场读取海洋调查数据，需把大量测量设备装到船上，在海上收集样品而在船上或在岸上的实验室进行分析。船只速度慢，即使不停顿地航行，一天也只能航行几百米至上千米，而且只能得出一条线上的资料。实际上，船只要不断地停留观测，因此，每天前进速度要慢得多。这种“经典的”(或常规的)海洋调查方法提供的是离散的、非同步的、有限的海洋数据。这些数据在构造海洋中大尺度过程的概念上、在建立经典的海洋动力学模型中曾经起过作用，但是要较精确地研究海洋的各种中、小尺度过程就显得无能为力了。用船只观测费用很高，并且要受到恶劣天气的限制。海洋浮标技术是伴随着海洋科学的发展，在传统技术的基础上发展起来的海洋监测新技术。海洋浮标是一种现代化的海洋观测设施(如图1-4所示)，它具有全天候、全天时稳定可靠地收集海洋环境资料的能力，并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。海洋浮标与卫星、飞机、调查船、潜水器及声波探测设备一起，组成了现代海洋环境主体监测系统，为探测海洋的奥秘，立下了不朽功勋。

海洋浮标一般分为水上和水下两部分。水上部分装有多种气象要素传感器，分别测量风速、风向、气温、气压和温度等气象要素;水下部分有多种水文要素传感器，分别测量波浪、海流、潮位、海温和盐度等海洋水文要素。各种传感器将采集到的信号，通过仪器自动处理，由发射机定时发出。地面接收站将收到的信号经过处理，就得到了人们所需要的资料。

图1-4　海洋浮标

海洋浮标的种类比较多，有锚定类型浮标和漂流类型浮标。前者包括气象资料浮标、海水水质监测浮标、波浪浮标等;后者有表面漂流浮标、中性浮标、各种小型漂流器等。

海岸浮标是一种比较常用的锚定浮标，很适合于短期科学实验及一般环境监控计算，也适合于某些海底的测量工作。海岸浮标能将测得的数据传给卫星，再由卫星将信号传送到地面接收站，同时传送给国家气象服务网。

无人浮标观测站不论在什么样的天气情况下，都可以终年在海上获取连续资料。现在无人浮标观测站有固定式、自由漂浮式、水下自动升降式等多种，可以适应不同目的的需要。

(1)固定浮标

固定浮标是用锚将观测浮标固定在一定的海域内，用水上、水下仪器监视天气的变化和水体内温度、盐度、海流及水面波浪的变化。在中等水深海区建造的海洋观测塔也属于这个范畴。自由漂移浮标(包括冰上漂流浮标)，能随波逐流地自由运动，可以测量不同位置的天气、温度和海浪，它漂移的轨迹可以描述海流空间的变化。

(2)自动升沉浮标

自动升沉浮标可以在水体内自动升降，测量不同深度，测量海流、温度、盐度等，可大大减少仪器的数量。竖立浮标，又叫竖立船，“环球挑战者”号就是其典型代表。它具有先进的导航设备，能定位和防摇，吃水深达几十米甚至100 m。浮标上部有若干层建筑物，底部离水面20～30 m，避免了波浪的强烈拍击。浮标中间和下部为固体和液体压载舱。浮标建成后，以平浮状态用拖轮拖到预定海面，灌进压载海水，保持垂直。20世纪60年代末和70年代初，很多新技术(诸如电子技术、声控技术、雷达、红外技术、激光技术、计算机技术等)已开始应用于海洋观测，与此同时，在大洋里施放深海资料探测浮标也获得巨大成功。

1970年，前苏联应用几十个资料探测浮标和五六艘以最新仪器装备的调查船，在北大西洋东部，进行以海流观测为主要目标的代号为“多边形”的大洋实验，从而获得了大量的海流资料。资料研究表明，在这个弱流海域内(平均流速仅为1 cm/s左右)，存在着速度达10 cm/s、相关尺度约为100km、时间尺度为几个月的中尺度涡旋。1973年3月到6月，美国也在北大西洋西部的弱流海域内，进行了一次代号为MODE(大洋动力学实验)的大规模的海洋调查，参加这次实验的有美、英、法等三个国家的15个研究所的50名海洋学家。

这些实验从根本上改变了海洋学家们对过去的大洋环流结构的概念，认识到大洋里并不只存在着一个风生流涡，还存在着大量的中尺度涡旋，海洋里的很多自然现象均与这些中尺度涡旋相关，该发现在整个海洋科学上是一件大事，标志着海洋水文物理学已由过去研究平均水文情况的“气候学时代”，向研究水文情况逐日变化规律的“天气学时代”转变迈进了一大步。