海洋探测技术

第五节　海洋探测技术

困难只能吓倒懦夫懒汉，而胜利永远属于敢于攀登科学高峰的人。

——茅以升（中国）

人类用科学方法进行海洋科学考察已有100余年的历史，而大规模、系统地对世界海洋进行考察则仅有30年左右。现代海洋探测着重于海洋资源的应用和开发，探测石油资源的储量、分布和利用前景，监测海洋环境的变化过程及其规律。在海洋探测技术中，包括在海洋表面进行调查的科学考察船、在空中进行监测的卫星、飞机，以及在水下进行探测的各种潜水器。

（一）科学考察船

建造专用科学调查船始于1872年的英国“挑战者”号。该船长226英尺，排水量2300吨，使用风力和蒸汽作为动力。从1872年起，历经4年时间环绕航行，观测资料包括洋流、水温、天气、海水成分，发现了4700多种海洋生物，并首次从太平洋上捞取了锰结核。

图11-14　中国的“大洋一号”海洋科学考察船

1888～1920年，美国的“信天翁”号探测东太平洋。1927年德国的“流星”号探测船首次使用电子探测仪测量海洋深度，校正了“挑战者”号绘制的不够准确的海底地形图。

海洋科学调查船担负着调查海洋、研究海洋的责任，是利用和开发海洋资源的先锋。它调查的主要内容有海面与高空气象、海洋水深与地貌、地球磁场、海流与潮汐、海水物理性质与海底矿物资源（石油、天然气、矿藏等）、海水的化学成分、生物资源（水产品等）、海底地震等，如中国的“大洋一号”海洋科学考察船。其中极地考察和大洋调查等活动，为世界各国科学家所瞩目。大型海洋调查船可对全球海洋进行综合调查，它的稳定性和适航性很好，能够经受住大风大浪的袭击。船上的机电设备、导航设备、通讯系统等十分先进，燃料及各种生活用品的装载量大，能够长时间坚持在海上进行调查研究。同时，这类船还具有优良的操纵性能和定位性能，以适应各种海洋调查作业的需要。

图11-15　海洋卫星

（二）海洋卫星

卫星技术在海洋开发中的应用十分广泛。海洋卫星在几百千米高空能对海洋里许多现象进行观测。这是因为它有一些特殊的本领。比如测量海水的温度，用的就是遥感技术。当太阳发出的电磁波到达海面时，能量的分布是不均匀的。利用遥感技术就可以帮助我们测量海面的温度及其特征。数据经电脑分析后，就可得到海面温度的情况，最后打印成一张海面温度分布图。由于几乎是同步观测后得到的数据，所以观测结果很真实。

如果让海洋卫星来测量海浪的高度，就要用主动遥感技术。它就好像照相机使用闪光灯一样。雷达成像系统就是一种主动微波遥感，它可以用来测量海浪的高度。它是利用海面“粗糙度”不同的原理来进行的。光波射到海面，如果海面没有浪，就会呈现海平如镜的状态，即为光滑面。这时，从卫星上发出的雷达波就会产生镜反射，雷达接收不到回波。如果海面有波浪，就会变得“粗糙”，波浪越大，海面越“粗糙”，这时，雷达波就会向各个方向散射，产生漫反射，于是，雷达就会收到一部分回波。因此，波平如镜的海面，在雷达正片上就显得比较亮。根据回波信号的强弱以及雷达波的角度，通过电脑就可以算出海面的粗糙度，从而得知海浪的高度。

目前，海洋地质调查和技术手段主要有：利用人造卫星导航和全球定位系统（GPS），以及无线电导航系统来确定调查船或观测点在海上的位置；利用回声测深仪，多波束回声测深仪及旁测声呐测量水深和探测海底地形地貌；用拖网、抓斗、箱式采样器、自返式抓斗、柱状采样器和钻探等手段采取海底沉积物、岩石和锰结核等样品；用浅地层剖面仪测海底未固结浅地层的分布、厚度和结构特征。用地震、重力、磁力及地热等地球物理办法，探测海底各种地球物理场特征、地质构造和矿产资源，有的还利用放射性探测技术探查海底砂矿。

（三）潜水器

在人类征服海洋深处的征程中，潜艇立下了汗马功劳。然而，即使是核潜艇，一般也只能在300～400米的海洋深处活动，面对占地表77%以上的深于3000米的海洋，人类创造了潜水器征服了深海。潜水器既是深海探测的工具，又是进行水下工程的重要设备。潜水器可分为载人潜水器和无人潜水器。

图11-16　法国深水作业载人潜水器

1953年，法国人奥古斯特·皮卡德设计建成“的里雅斯特”号自航式潜水器，1960年1月23日由奥古斯特·皮卡德的儿子雅克·皮卡德以及另一名潜水员美国海军上尉唐纳唐·维尔什共同乘坐，闯荡万米深渊——马里亚纳海沟。创下了10916米的世界纪录。深潜器到达万米深的马利亚纳海沟，说明海洋已经不再是人类的禁地。如果说20世纪70年代以前人们热衷于深潜器去深海底探险，追求下潜的深度探险，追求下潜的深度，那么，20世纪70年代以后，人们便热衷于把深潜水器作科学研究和为海洋开发服务，因而，深潜器的商业和科学应用掀起了一个高潮。

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【思考题】

1.海洋探测技术手段主要包括哪些？

2.海洋地质调查和技术手段主要有哪些？