海流觀測-課件

海流觀測

海流主要是指海水運(yùn)動空間尺度較大（大于5km）、時間尺度較長（周期超過12小時）的運(yùn)動，其中包括潮流和常流（余流）兩個部分，亂流與波動排除在外。進(jìn)行海流觀測時，要按一定時間間隔持續(xù)觀測一晝夜或多晝夜，所得到的結(jié)果是常流和潮流運(yùn)動的合成。對一晝夜或多晝夜獲得的資料，經(jīng)過計(jì)算，可將這兩部分分離開來。水平方向周期性的流動稱為潮流，其剩余部分稱為常流，也稱余流。海流觀測海流主要是指海水運(yùn)動空間尺度較大（大于5km）、時1海流觀測意義掌握海水流動的規(guī)律非常重要，它可以直接為國防，生產(chǎn)、海運(yùn)交通、漁業(yè)、建港等服務(wù)。海流與漁業(yè)的關(guān)系很密切，在寒流和暖流交匯的地方往往形成良好的漁場；在建港中要計(jì)算海流對泥沙的搬運(yùn)；海上交通中要考慮順流節(jié)約時間等。另外，了解海水的運(yùn)動規(guī)律，對海洋科學(xué)其它領(lǐng)域研究有密切的關(guān)系。如水團(tuán)的形成，海水內(nèi)部及海氣界面之間熱量的交換等均與海流研究有關(guān)。海流觀測意義掌握海水流動的規(guī)律非常重要，它可以直接為國防，生2海流觀測方法海流的觀測包括流向和流速兩項(xiàng)。單位時間內(nèi)海水流動的距離稱為流速，單位為m/s或cm/s，流向指海水流去的方向，單位為度（o），正北為0°，順時針旋轉(zhuǎn)。海流觀測層次參照溫度觀測層次，或根據(jù)需要選定。但海流觀測的表層，規(guī)定為0～3m以內(nèi)的水層。當(dāng)水深H>5.0m時：采用六點(diǎn)法（表層、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底層）進(jìn)行海流觀測，其中表層指水面下1m處，底層指離海底1m處。當(dāng)水深3.0<H<=5.0m時：采用三點(diǎn)法（0.2H、0.6H、0.8H）進(jìn)行海流觀測。當(dāng)水深1.5m<H<=3.0m時：采用兩點(diǎn)法（0.2H、0.8H）進(jìn)行海流觀測。當(dāng)水深H<=1.5m時：采用一點(diǎn)法（0.6H）進(jìn)行海流觀測。海流觀測方法海流的觀測包括流向和流速兩項(xiàng)。單位時間內(nèi)海水流動3海流觀測方法海流連續(xù)觀測的時間長度不少于25小時，至少每小時觀測一次。預(yù)報潮流的測站，一般應(yīng)不少于3次符合良好天文條件的周日連續(xù)觀測。在測量海流的同時，還要同時進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向等氣象要素觀測，以便對海流變化提供客觀分析條件。按所采用的方式和手段，觀測海流的方法大體劃分為隨流運(yùn)動進(jìn)行觀測的拉格朗日方法和定點(diǎn)的歐拉方法。海流觀測方法海流連續(xù)觀測的時間長度不少于25小時，至少每小時4一浮標(biāo)、漂移測流法浮標(biāo)漂移測流方法是根據(jù)自由漂移物隨海水流動的情況來確定海水的流速、流向，主要適用于表層流的觀測。最早的漂移物就是船體本身或偶然遇到的漂浮物，以后逐漸發(fā)展成使用人工特制的浮標(biāo)。浮標(biāo)漂移測流法雖然是一種比較古老的方法，但在表層觀測中有其方便實(shí)用之優(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、無線電定位等工具來測定浮標(biāo)的移動情況，這樣就可以取得較為精確的海流資料。漂浮法測流是使浮子隨海流運(yùn)動，再記錄浮子的空間－時間位置。為此，使用了表面浮標(biāo)，中性浮標(biāo)，帶水下帆的浮標(biāo)，浮游冰塊等。這些方法具有主動和被動性質(zhì)，因此，可以借助于岸邊，船上，飛機(jī)或者衛(wèi)星上的無線電測向和定位系統(tǒng)跟蹤浮標(biāo)的運(yùn)動。測較大深度的流速和流向則采用中性浮標(biāo)。一浮標(biāo)、漂移測流法浮標(biāo)漂移測流方法是根據(jù)自由漂移物隨海水流5浮標(biāo)法的測點(diǎn)在拉格朗日坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行起始坐標(biāo)，時間間隔：流動坐標(biāo)公式：流速可確定為坐標(biāo)對于時間的導(dǎo)數(shù)：浮標(biāo)法的測點(diǎn)在拉格朗日坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行起始坐標(biāo)，時間間隔：6漂流瓶測表層流漂流瓶(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間就可以大致地確定流速和流向。雙聯(lián)浮筒測表層流雙聯(lián)浮筒是浮標(biāo)測流中常用的一種工具，船只錨定后或在海上平臺等相對穩(wěn)定的載體上，在船尾放出雙聯(lián)浮筒，根據(jù)它的移動情況測定表層流的平均流速和流向。跟蹤浮標(biāo)法(1)船體跟蹤：將一個浮體(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，觀測者乘小船始終尾隨浮體移動并按特定的時間間隔從船上定位或從岸邊確定船位，這樣連續(xù)觀測，一般要延續(xù)一個半日潮周期，并畫出浮體在此時間段內(nèi)的運(yùn)行軌跡，進(jìn)而得出該海區(qū)相應(yīng)時間段內(nèi)的海水運(yùn)動的基本狀態(tài)。這種方式必須在良好的天氣狀況下才能進(jìn)行。我們于1980年在石臼所外海用這種方法研究流體運(yùn)動軌跡取得良好效果。漂流瓶測表層流7(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)的觀測方式相繼產(chǎn)生，并開始應(yīng)用于海流實(shí)測之中，有的使用人工特制的隨海水自由流動的浮標(biāo)，在岸上用雷達(dá)跟蹤定位；有的浮標(biāo)本身就可定時地發(fā)射無線電訊號，送入天空運(yùn)行的衛(wèi)星中再返回地面接收系統(tǒng)。還有的使用航空攝影的方式來測定浮標(biāo)的移動情況，從而觀測相應(yīng)的海區(qū)海水流動的狀況等。中性浮子測流深海中下層海流的觀測相對而言是比較困難的，通常的觀測方法都難以實(shí)施。而中性浮子由于其本身可調(diào)節(jié)性，可適用于這種深海海流的觀測，如美國Bcnthous公司生產(chǎn)的中性浮子，可適用于0～6000m深范圍內(nèi)的海流測量。實(shí)測中，首先根據(jù)溫鹽觀測值，確定出待測海流層的海水密度，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，在這個預(yù)定水層上隨海水一同漂流，觀測船上利用聲納跟蹤中性浮子的漂移，消除掉因船體漂移產(chǎn)生的相對運(yùn)動，即可測出相應(yīng)水層的流動速度和方向。(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8定點(diǎn)觀測海流

以錨定的船只或浮標(biāo)、海上平臺或特制固定架等為承載工具，懸掛海流計(jì)進(jìn)行海流觀測，通常有以下三種方法：定點(diǎn)臺架方式測流錨定浮標(biāo)錨定船測流

定點(diǎn)觀測海流以錨定的船只或浮標(biāo)、海上平臺或特制固定架等為承9定點(diǎn)臺架方式測流在淺海海流觀測中，用固定臺架懸掛儀器，使海流計(jì)處于穩(wěn)定狀態(tài)可測得比較準(zhǔn)確的海流資料并能進(jìn)行長時間的連續(xù)觀測。水面臺架：在觀測海區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)與測流點(diǎn)吻合的海上平臺或其他可借用的固定臺架，用以懸掛海流計(jì)，實(shí)測時，盡可能地避免臺架等對流場產(chǎn)生的影響，否則，測得的海流資料誤差過大，甚至不能使用。海底臺架：按一定尺寸制作棱錐形臺架放置于海底，將海流計(jì)固定于框架中部的適當(dāng)位置，進(jìn)行長時間連續(xù)觀測淺海底層流。但必須保證儀器安全并能確保臺架不會在風(fēng)浪作用下翻倒或出現(xiàn)其他意外事件。定點(diǎn)臺架方式測流在淺海海流觀測中，用固定臺架懸掛儀器，使海流10錨定浮標(biāo)

以錨定浮標(biāo)或潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流計(jì)進(jìn)行海流觀測，稱為錨定浮標(biāo)測流。有的僅用于觀測表層海流，有的則用于同時觀測多層海流。前者通常布放在進(jìn)行周日連續(xù)觀測的調(diào)查船附近，以取得海流周日連續(xù)觀測資料，后者一般是單獨(dú)或多個聯(lián)合使用，以取得長時間海流資料。錨定浮標(biāo)以錨定浮標(biāo)或潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流計(jì)進(jìn)行海11海流觀測-課件12海流觀測-課件13錨定船測流

以船只為承載工具，利用絞車和鋼絲繩懸掛海流計(jì)觀測海流仍是常用的和最主要的測流方式。首先根據(jù)水深確定觀測層次，然后將海流計(jì)沉放至預(yù)定水層，測量流速和流向并記下觀測時間。當(dāng)鋼絲或電纜傾角大于10°時，須作深度的傾角訂正。如用自記海流計(jì)，采用三角架和平衡浮標(biāo)，在鋼絲繩上懸掛多臺海流計(jì)同時觀測多層海流。錨定船測流以船只為承載工具，利用絞車和鋼絲繩懸掛海流計(jì)觀測14走航測流在船只航行的同時觀測海流，不僅可以節(jié)省時間，提高效益，而且可以同時觀測多層海流。此外，可使用常規(guī)方法很難測流的海區(qū)（如深海）的海流觀測得以實(shí)現(xiàn)。新近發(fā)展和應(yīng)用的一些走航式海流觀測儀器（如ADCP），為海流觀測開辟了新的途徑，測流方式也提高到了新的水平。其測流原理多是，測出船對海底的絕對運(yùn)動速度和方向或利用高精度GPS求出船的絕對運(yùn)動速度和方向，同時測出船對水的相對運(yùn)動速度和方向，再經(jīng)矢量合成得出海水對海底的運(yùn)動速度和方向，即可得出海流的流速、流向。走航測流在船只航行的同時觀測海流，不僅可以節(jié)省時間，提高效益15海流觀測-課件16海流連續(xù)觀測的準(zhǔn)確度要求流速不大于100cm/s時、水深在200m以淺海區(qū)流速測量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±5cm/s；水深在200m以深的海區(qū)，流速測量的準(zhǔn)確度為±3cm/s，流向測量的準(zhǔn)確度為±10°。流速超過100cm/s時，水深在200m以淺的海區(qū)，流速測量準(zhǔn)確度為±5％；水深在200m以深的海區(qū)，流速測量的準(zhǔn)確度為±3％，流向測量的準(zhǔn)確度均為±10°。海流連續(xù)觀測的準(zhǔn)確度要求流速不大于100cm/s時、水深在17海流觀測的注意事項(xiàng)

觀測淺層海流時，應(yīng)借助小型錨定浮標(biāo)或施放小艇進(jìn)行觀測，以消除船體的影響。利用調(diào)查船為承載工具測淺層以下各層海流時，若使用非自記海流計(jì)，待海流計(jì)沉放至預(yù)定觀測水層后即可進(jìn)行觀測；使用自記海流計(jì)，可根據(jù)絞車和鋼絲繩的負(fù)載，串掛多臺海流計(jì)同時觀測多層海流。測流時，必須記錄觀測開始時間和結(jié)束時間。如果用自記海流計(jì)懸掛于浮標(biāo)或潛標(biāo)上進(jìn)行海流觀測時，投放與回收浮標(biāo)（或潛標(biāo)）的船只必須具備專用提吊設(shè)備，浮標(biāo)（或潛標(biāo)）錨定后記錄觀測開始時間和浮標(biāo)（或潛標(biāo)）準(zhǔn)確位置。海流觀測的注意事項(xiàng)觀測淺層海流時，應(yīng)借助小型錨定浮標(biāo)或施放18浮標(biāo)或潛標(biāo)上的閃光裝置須切實(shí)水密，保證正常連續(xù)閃光。在深海測流時，如船只拋錨困難且深層流速確實(shí)很小，可用“雙機(jī)法”觀測，即在漂移船只上，將一臺海流計(jì)置于預(yù)定觀測水層，而將另一臺海流計(jì)沉放至“無流層”，兩層海流計(jì)觀測結(jié)果的矢量差，便是預(yù)定水層的海流觀測值。當(dāng)施放海流計(jì)的鋼絲繩或電纜的傾角超過10°，應(yīng)進(jìn)行傾角訂正。以船只為承載工具進(jìn)行海流連續(xù)觀測時，應(yīng)至少每3小時觀測一次船位。如發(fā)現(xiàn)船只嚴(yán)重走錨（超過定位準(zhǔn)確度要求），應(yīng)移至原位，重新開始觀測。周日連續(xù)觀測一般不得缺測，凡中斷觀測2小時以上者，最好重新觀測。浮標(biāo)或潛標(biāo)上的閃光裝置須切實(shí)水密，保證正常連續(xù)閃光。19海流計(jì)簡介機(jī)械旋漿式海流計(jì)：厄克曼海流計(jì)印刷型海流計(jì)照相型海流計(jì)直讀式海流計(jì)磁錄式海流計(jì)電磁海流計(jì)聲學(xué)多普勒海流計(jì)海流計(jì)簡介機(jī)械旋漿式海流計(jì)：厄克曼海流計(jì)電磁海流計(jì)20厄克曼海流計(jì)

它是瑞典海洋學(xué)家厄克曼在1905年首先設(shè)計(jì)制造的一種觀測海流儀器。主要由軛架、旋槳、離合器、計(jì)數(shù)器、流向盒及尾舵等部件構(gòu)成。在使錘的作用下，離合器使計(jì)數(shù)器的齒輪和旋槳軸的蝸桿接觸或分離。當(dāng)時，只是設(shè)計(jì)了雛形，后來又稍加改進(jìn)，以至于70多年來一直保持其最初的形式，目前正在向電子化方向發(fā)展，儀器的測量深度不受限制。但是，它不能測低速流，因?yàn)樾凉{起動速度一般為3cm/s，測量準(zhǔn)確度一般為流速±5cm/s，流向±（10～15°）。厄克曼海流計(jì)它是瑞典海洋學(xué)家厄克曼在1905年首先設(shè)計(jì)制造21印刷型海流計(jì)這是一種船用或浮標(biāo)用的定點(diǎn)自記測流儀器，最大使用深度為6000m，連續(xù)記錄時間長達(dá)2個月之久。記錄裝置由彈簧帶動，自記工作時間由時鐘控制盤決定，流速流向記錄在紙帶或錫箱上。印刷的時間間隔有5，10，15，20，30，60min六種，相應(yīng)的自記工作天數(shù)分別是5，10，15，20，30，60，但實(shí)際上最長連續(xù)工作時間為57天。通常使用深度有250m和1200m兩種。工作中水流推動旋杯，藉助于磁同步器和齒輪傳動系統(tǒng)的作用，帶動流速字盤，記錄紙上印刷出來流速字盤上數(shù)字，即為延續(xù)觀測時間內(nèi)的平均流速。流向是根據(jù)海流計(jì)尾舵方向（即記錄中心線）與記錄機(jī)構(gòu)內(nèi)磁針間的夾角測定，并表示在磁針的流向字盤上，由印刷機(jī)構(gòu)印刷下來。印刷型海流計(jì)這是一種船用或浮標(biāo)用的定點(diǎn)自記測流儀器，最大使用22照相型海流計(jì)這是一種浮標(biāo)和船用的定點(diǎn)自記測流儀器。照相型海流計(jì)用一個大直徑導(dǎo)流葉輪測量流速；用隨海流方向轉(zhuǎn)動的度盤示數(shù)測定流向，其測量值經(jīng)照相記錄在耐壓殼內(nèi)的膠卷上。膠卷一般寬16mm、長15m，可記錄6000幅照片。該儀器的測量深度為150m，自記工作時間達(dá)30天。直讀式海流計(jì)

系船用定點(diǎn)測流儀器。流速流向測量的電信號均經(jīng)電纜傳遞到顯示器，測量數(shù)據(jù)直觀、資料整理方便，測量速度快，有的可以兼測深度。儀器最大使用深度為150～660m，流速測量范圍為5～700cm/s。這種儀器，美國、前蘇聯(lián)、日本都有生產(chǎn)，青島海洋大學(xué)海洋儀器廠也進(jìn)行批量生產(chǎn)。照相型海流計(jì)23磁錄式海流計(jì)它是浮標(biāo)用定點(diǎn)自記測流儀器，其工作原理多數(shù)將測量數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼方式記錄在磁帶上，也有用其他方式記錄在磁帶上的。最大使用深度為1000～6000m，大致測量流速范圍為3～400cm/s，準(zhǔn)確度為3～5cm/s，流向準(zhǔn)確度上±5°。如挪威產(chǎn)的安德拉海流計(jì)，它是目前全世界使用最廣泛的海流計(jì)。磁錄式海流計(jì)它是浮標(biāo)用定點(diǎn)自記測流儀器，其工作原理多數(shù)將測量24電磁海流計(jì)該類儀器是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定理，通過測量海水流過磁場時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測定海流的。根據(jù)磁場的來源不同，可分為地磁場電磁海流計(jì)和人造磁場電磁海流計(jì)兩種。地磁場電磁海流計(jì)又可細(xì)分為深海型和表層型。深海型不適用于表層測流，在水深小于100m的海區(qū)不宜使用；表面層型只適用于測表面層的海流。地磁場電磁海流的優(yōu)點(diǎn)是可以走航自記，水下部件結(jié)構(gòu)簡易、可靠性高；缺點(diǎn)是由于它與地球垂直磁場強(qiáng)度有關(guān)，不能在赤道附近使用，只適用于地磁垂直強(qiáng)度大于0.1A／m2的海區(qū)。同時，它受船磁的影響也較大，其測流范圍在3～300cm/s，流速測量準(zhǔn)確度為±2cm/s，流向測量準(zhǔn)確度為±5°。電磁海流計(jì)該類儀器是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定理，通過測量海水流過25人造磁場電磁海流計(jì)的使用受深度和緯度的限制不大。它適于船用或錨定水下測量，和通常使用的直讀式海流計(jì)差不多，只是水下傳感器不同。如法國海洋鑒定設(shè)備公司生產(chǎn)的MKⅢ型電磁海流計(jì)，它的水下傳感器呈流線型，底部垂直地安裝兩對電級，內(nèi)裝有電磁線圈，把30Hz的正弦交流電作用在線圈上，線圈便產(chǎn)生一交流磁場；當(dāng)海水流過磁場時，電極產(chǎn)生一個輸出信號，根據(jù)輸出信號的相位和振幅，最后換算得出流速值。該儀器流速測量范圍為15.4～257cm/s，測量準(zhǔn)確度為±0.26cm/s。目前，世界上廣泛使用的是美國Interocean公司生產(chǎn)的S4型的電磁海流計(jì)，其外形是球形，很好地解決了儀器傾斜對測流的影響。其主要優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，測量值可靠，體積小，操作簡便，無活動部件，對流場影響小。其測量范圍為流速0～350cm/s，流速準(zhǔn)確度為±1cm／s或±2％滿量程，流向準(zhǔn)確度為±2°。人造磁場電磁海流計(jì)的使用受深度和緯度的限制不大。它適于船用或26聲學(xué)多普勒海流計(jì)

該類儀器是以聲波在流動液體中的多普勒頻移來測流速的。其優(yōu)點(diǎn)是聲速可以自動較準(zhǔn)，能連續(xù)記錄，儀器無活動部件，無摩擦和滯后現(xiàn)象，測量時感應(yīng)時間快，測量準(zhǔn)確度高，可測弱流等。其缺點(diǎn)是存在儀器的本身發(fā)射功率、電池壽命和聲波衰減等問題，因此限制了該類儀器的使用。該類儀器的流速準(zhǔn)確度為±2cm/s，流向準(zhǔn)確度為±5°，工作最大深度為50～6000m。廣泛使用的有美國的UCM－60、EG&G公司的SACM－3聲學(xué)海流計(jì)和挪威安德拉公司生產(chǎn)的RCM9多普勒海流計(jì)。嚴(yán)格地說，ADCP也應(yīng)該是此類海流計(jì)，不過其發(fā)聲頻率、功率和接收回聲以及處理的方式有所不同。聲學(xué)多普勒海流計(jì)該類儀器是以聲波在流動液體中的多普勒頻移來27海流觀測的持續(xù)時間選擇流速場的描述

海水中各種可能運(yùn)動的尺度譜很寬，實(shí)際上不可能用流體動力學(xué)方程同時獨(dú)立地描述所有這些運(yùn)動。海洋中的運(yùn)動可以分成三類：規(guī)律性的大尺度運(yùn)動，可以獨(dú)立描述；極其無規(guī)則的小尺度渦旋運(yùn)動（湍流），必須予以統(tǒng)計(jì)描述；各類波動（波浪、潮流）。它們都具有某些周期性，這類運(yùn)動也可以用獨(dú)立的理論描述。海流觀測的持續(xù)時間選擇流速場的描述28海流觀測結(jié)果，要求其脈動“累加”平均值等于零。這就要求對一定時間間隔求平均值（函數(shù)時間平滑）。在海洋條件下，函數(shù)時間平滑所得值與所取的時間尺度有關(guān)。由于海洋可表征為各種尺度運(yùn)動都包括的寬頻譜，所以很難說什么樣的平滑尺度能滿足。如果平均周期取得不夠大測平均值是不穩(wěn)定的，每次測量的平均值會有顯著的不同。海流觀測-課件29觀測持續(xù)時間長短的選擇厄克曼海流計(jì)（機(jī)械式）20世紀(jì)50年代，中國使用最多的厄克曼海流計(jì)是機(jī)械傳動計(jì)數(shù)、旋漿海流計(jì)，旋漿周圍有圓環(huán)式防護(hù)罩，從理論上講，可以將波浪影響全部去掉。由于厄克曼是機(jī)械傳動式的，其速度以下落小球和旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器上指針讀數(shù)聯(lián)合計(jì)算的，其方向是以小球落入流向盒36個小格子所在角度計(jì)算的。方向計(jì)算不應(yīng)少于3個小球，即轉(zhuǎn)速不小于100轉(zhuǎn)。其計(jì)算公式如下：觀測持續(xù)時間長短的選擇厄克曼海流計(jì)（機(jī)械式）30這里n為轉(zhuǎn)速，它由計(jì)數(shù)器上的終了與開始記數(shù)差與觀測時間求得。因此，100轉(zhuǎn)就是標(biāo)準(zhǔn)。如果是低流速區(qū)，最大需時限500s；超過500s，仍然得不到3個小球，也就停止觀測了。這種情況轉(zhuǎn)速不到0.2轉(zhuǎn)／秒，相當(dāng)于流速低于6.9cm/s；最少的延續(xù)時間是50s，即轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)／秒，流速大于62cm/s，即可用50秒時間觀測。因此，厄克曼海流計(jì)讀取一個數(shù)據(jù)的延續(xù)時間是不固定的。它決定于流速與小球的關(guān)系，實(shí)際上是決定于這種機(jī)械裝置的靈敏度。這里n為轉(zhuǎn)速，它由計(jì)數(shù)器上的終了與開始記數(shù)差與觀測時間求得。31印刷海流計(jì)（機(jī)械自容式）印刷海流計(jì)的流速記錄延續(xù)時間一律規(guī)定3分鐘，即用3分鐘內(nèi)流速積分平均值來代替中間時刻流速。這是由于齒輪的結(jié)構(gòu)決定的。由于印刷海流計(jì)是全機(jī)械式，變換持續(xù)時間使時間控制輪設(shè)計(jì)變得異常復(fù)雜。少于3分鐘，時間控制輪轉(zhuǎn)動誤差無法克服，大于3分鐘又難以測到高流速。在3分鐘時間內(nèi)，測量流速可以從0到148cm/s。由于我國從1960年起就開始應(yīng)用印刷海流計(jì)，因此，3分鐘的概念就深入人心，以致海洋規(guī)范也明確規(guī)定3分鐘。這樣規(guī)定有一個好處，就是其他儀器測得的資料可以與印刷海流計(jì)的記錄相比，資料有連續(xù)性。但是，這3分鐘的硬性規(guī)定，既缺乏理論根據(jù)，也會延緩電子式海流計(jì)觀測速度。印刷海流計(jì)（機(jī)械自容式）32直讀式海流計(jì)（電子式）直讀式海流計(jì)是目前國內(nèi)最常用的海流計(jì)之一，是電子式結(jié)構(gòu)，主要由人工實(shí)施觀測（也可自容）。它的優(yōu)點(diǎn)是一臺海流計(jì)可以觀測多層海流，直接顯示，易于檢驗(yàn)儀器工作與否，適合我國國情。其流速觀測延續(xù)時間有0.5分鐘、3分鐘、10分鐘，15分鐘四種時段；其流向記錄是瞬時的。由于直讀海流計(jì)是在船上由觀測員直接讀取，時間縮短，會減輕觀測人員工作強(qiáng)度，在短時間內(nèi)取得近似同步的觀測資料，有助于資料分析。直讀式海流計(jì)（電子式）33安德拉海流計(jì)（電子自容式）安德拉海流計(jì)是20世紀(jì)80年代以來應(yīng)用最廣泛的一種自容式海流計(jì)。它以穩(wěn)定、可靠、記錄時段較長而為用戶所喜歡。它的流速感應(yīng)時間有不同檔次，最低感應(yīng)時間為30秒，通常使用時段為3分鐘和5分鐘。根據(jù)以上所述的海流計(jì)流速感應(yīng)時間可以看出，流速感應(yīng)時間以30秒為最少，通常使用3分鐘。對于大洋中潮流速度較小、常流速度較強(qiáng)的海區(qū)來說，記錄時間可以加長。其理由如下：從噪聲產(chǎn)生來看，近海區(qū)短頻噪聲主要來自熱噪聲和波浪噪聲。熱噪聲就是由于熱量分布不均勻而導(dǎo)致密度分布不均勻，從而產(chǎn)生局部對流和湍流擴(kuò)散，其時間尺度一般在10秒左右，波浪噪音周期在大洋中不超過30秒鐘，在淺海中很少超過10秒。在直讀海流計(jì)問世的20世紀(jì)60年代，曾有一檔是測量“瞬時”的流速。從理論上講，30秒鐘的積分時間是可以消除這些噪聲的。安德拉海流計(jì)（電子自容式）34安德拉海流計(jì)適用范圍RCM9型海流計(jì)是自記式儀器，主要用于大洋、近海、河流湖泊水流測量并記錄水流平均的流速、流向和水體溫度的測量，特殊的北極溫度變化范圍使之在極區(qū)能很適合使用。如配上即插即用的各類傳感器，可同時測量壓力、密度、電導(dǎo)率（鹽度），濁度和溶解氧以及儀器工作的深度。傳導(dǎo)單元的一個特色是它的量程是0-2ms，使之也能夠測量淡水的電導(dǎo)率。安德拉海流計(jì)適用范圍35安德拉海流計(jì)RCM9型海流計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是儀器操作簡單，聲速可以自動校準(zhǔn)，能連續(xù)記錄，儀器無活動部件、無摩擦和滯后現(xiàn)象，測量時感應(yīng)時間快，測量準(zhǔn)確度高，可測弱流。離儀器0.4米到2.2米的范圍內(nèi)儀器能測量到水流，這樣將水下污垢和當(dāng)?shù)厮w紊亂的影響減至最低。儀器配備有水密插座使之能接受外界的觸發(fā)和來自組合完好的儀器的檢測，也能通過電纜獲得實(shí)時數(shù)據(jù)。安德拉海流計(jì)RCM9型海流計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是儀器操作簡單，聲速36工作原理RCM9型海流計(jì)測流原理是測定聲波入射在流動液體中微顆粒后向散射產(chǎn)生的多普勒頻移，從而得到不同深度水層流體的運(yùn)動速度。如果超聲源發(fā)射的超聲波能量射入非均勻的液體介質(zhì)時，液體的非均勻體把部分能量散射回接收器，反向散射聲波信號的頻率與發(fā)射頻率將不同，產(chǎn)生一定的多普勒頻移，它與發(fā)射/接收器和反向散射體的相對運(yùn)動速度成比例：若f0、cosθ已知，測出聲速和頻移，即可求得流速并轉(zhuǎn)換為地球坐標(biāo)下的東分量、北分量，從而獲得實(shí)測的流速、流向數(shù)據(jù)。儀器內(nèi)部使用一個可移動可重復(fù)使用的固態(tài)數(shù)據(jù)存儲單元DSU2990記錄數(shù)據(jù)，這種存儲單元是所有的安德拉記錄儀器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲設(shè)備。工作原理37儀器的組件RCM9型海流計(jì)的組成部件有：濁度、壓力、電導(dǎo)率、溫度、溶解氧、多普勒水流探頭，上緊旋鈕，停泊框，兩個C型卡釘，保護(hù)環(huán)，壓力艙，鋅電極，儀器裝卸專用扳手，探頭出口，橡皮底座，電池，讀碼器（接數(shù)據(jù)傳輸電纜），數(shù)據(jù)存儲單元（DSU）等。儀器的主要參數(shù)指標(biāo)速度傳感器類型：多普勒流速探頭3820測速范圍：0-300cm/s分辨率：0.3cm/s流速準(zhǔn)確度：±0.15cm/s或±1%滿量程流向：0-360°流向傳感器：磁羅盤分辨率：0.35°準(zhǔn)確度：±5°每傾斜0-15°，±7.5°每傾斜15°-35°儀器的組件38Sentinel型自容式聲學(xué)多普勒測流儀（ACDP）使用范圍Sentinel型自容式聲學(xué)多普勒測流儀亦稱駿馬牌哨兵型ADCP。該儀器適用于水深200m以淺的上層海洋或淺海海域的海流測量作業(yè)。如裝上電纜，也可用于直讀式海流測量。該儀器體積小，重量輕，攜帶和布放方便，用于海流剖面測量既可自容，又可直讀，具有底跟蹤功能，還可進(jìn)行走航測量，使用靈活，是目前海洋常規(guī)測流比較理想的工具。Sentinel型自容式聲學(xué)多普勒測流儀（ACDP）使用范圍39海流觀測-課件40海流觀測-課件41工作原理本機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是自容式測流，主機(jī)為輕便小型化，配置完善的控制軟件及相關(guān)錨系附件。主要結(jié)構(gòu)組成為換能器和三塊印刷電路板所構(gòu)成的電子控制線路。主機(jī)殼體及換能器殼體均采用高強(qiáng)度塑料，耐壓，耐腐蝕，不易老化，外表面涂有防污漆保護(hù)。電子線路設(shè)計(jì)采用的是RDI美國公司寬帶產(chǎn)品中久經(jīng)考驗(yàn)的信號處理技術(shù)專利，使其具備最佳的測流性能。合理的電子線路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了主機(jī)小型化，成本降低。采用DOS兼容格式可將數(shù)據(jù)記錄在可拆卸式的PC固體存儲卡上，當(dāng)將存儲卡從ADCP上取下裝人計(jì)算機(jī)時它就像裝有數(shù)據(jù)文件的硬盤一樣。標(biāo)準(zhǔn)存儲容量為10MB，根據(jù)需要可擴(kuò)展到80MB，使用十分方便。完善的控制軟件能幫助用戶對儀器進(jìn)行測試、組織和準(zhǔn)備儀器的布放，讀取數(shù)據(jù)、列表或顯示數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換成ASCII碼格式，以便進(jìn)一步處理。為了自容作業(yè)和布放工作時間的需要，提供三種電池組的選擇，靈活的工作方式。標(biāo)準(zhǔn)型電池是已焊好的高可靠堿性電池組，該電池組已去磁，減小干擾，使羅盤誤差保證在小于l°；若選擇已焊好的非磁性理電池組，儀器內(nèi)可裝三個理電池組，使電池容量增至4倍，從而可適用于長期布放。工作原理42技術(shù)指標(biāo)流速剖面：深度單元長度：1～8m深度單元個數(shù)：1～128量程：±5m/s發(fā)射速度：>2Hz（典型情況）回波強(qiáng)度：采樣：選用與測速一樣的深度單元和時間間隔不確定度：±1.5dB換能器與硬件：頻率300kHZ帶寬75kHZ波束角20°結(jié)構(gòu)四波束、凸型最大傾角20°殼體與換能器材料合成塑料外接插件七芯四型插座電池：標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)量：28節(jié)1號堿性電池；結(jié)構(gòu)：焊接，去磁；容量：250Wh電源：直流輸入：20～60V功耗：發(fā)射：115W，35V處理：2.2W休眠：1mW技術(shù)指標(biāo)流速剖面：殼體與換能器材料合成塑料43安德拉海流計(jì)觀測方法

儀器的布放和測量可根據(jù)測量需要布放在各種深度，只要不超過釋放裝備或海流計(jì)的測深范圍。利用錨碇系統(tǒng)通過鐵鏈固定在一定的水深層次，用于定層測量，錨碇系統(tǒng)可使儀器能更容易地從水下升起回收。也可以固定在一個坐底的自平衡保護(hù)架上進(jìn)行水底測量。同時由于儀器緊密的設(shè)計(jì)，低拖曳力和簡單操作，也能被用于作斷面測量。通過固定在調(diào)查船上的水文絞車，將儀器放到水下，根據(jù)測量規(guī)范要求獲得各個深度水層的實(shí)測數(shù)據(jù)。安德拉海流計(jì)觀測方法儀器的布放和測量44當(dāng)用于斷面測量時，安裝上附加的保護(hù)桿。將儀器固接在水文絞車的鋼絲繩上，儀器下端連接鉛魚錘，鉛魚錘與儀器之間的間距不超過10厘米然后放入水面。以鉛魚錘沒入水中設(shè)為絞車水深計(jì)數(shù)器的零點(diǎn)，以鉛魚錘觸到水底絞車水深計(jì)數(shù)作為水深的測量值，回轉(zhuǎn)絞車鋼絲繩一圈作為測量底層，以整個儀器沒入水中作為測量的表層，其它層次絞車下放深度為所設(shè)測量水深加上0.6米，從底層至表層根據(jù)所選的采樣時間間隔，在各測量層次停留一定的時間，獲取測量數(shù)據(jù)。當(dāng)用于斷面測量時，安裝上附加的保護(hù)桿。將儀器固接在水文絞車的45ACDP的觀測方法

環(huán)境條件最大深度200m工作溫度-5～＋45℃（200m時為35℃）貯存溫度-3～75℃振動MIL—STD—167—1，1類沖擊靜態(tài)20gACDP的觀測方法環(huán)境條件46海流觀測

海流主要是指海水運(yùn)動空間尺度較大（大于5km）、時間尺度較長（周期超過12小時）的運(yùn)動，其中包括潮流和常流（余流）兩個部分，亂流與波動排除在外。進(jìn)行海流觀測時，要按一定時間間隔持續(xù)觀測一晝夜或多晝夜，所得到的結(jié)果是常流和潮流運(yùn)動的合成。對一晝夜或多晝夜獲得的資料，經(jīng)過計(jì)算，可將這兩部分分離開來。水平方向周期性的流動稱為潮流，其剩余部分稱為常流，也稱余流。海流觀測海流主要是指海水運(yùn)動空間尺度較大（大于5km）、時47海流觀測意義掌握海水流動的規(guī)律非常重要，它可以直接為國防，生產(chǎn)、海運(yùn)交通、漁業(yè)、建港等服務(wù)。海流與漁業(yè)的關(guān)系很密切，在寒流和暖流交匯的地方往往形成良好的漁場；在建港中要計(jì)算海流對泥沙的搬運(yùn)；海上交通中要考慮順流節(jié)約時間等。另外，了解海水的運(yùn)動規(guī)律，對海洋科學(xué)其它領(lǐng)域研究有密切的關(guān)系。如水團(tuán)的形成，海水內(nèi)部及海氣界面之間熱量的交換等均與海流研究有關(guān)。海流觀測意義掌握海水流動的規(guī)律非常重要，它可以直接為國防，生48海流觀測方法海流的觀測包括流向和流速兩項(xiàng)。單位時間內(nèi)海水流動的距離稱為流速，單位為m/s或cm/s，流向指海水流去的方向，單位為度（o），正北為0°，順時針旋轉(zhuǎn)。海流觀測層次參照溫度觀測層次，或根據(jù)需要選定。但海流觀測的表層，規(guī)定為0～3m以內(nèi)的水層。當(dāng)水深H>5.0m時：采用六點(diǎn)法（表層、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、底層）進(jìn)行海流觀測，其中表層指水面下1m處，底層指離海底1m處。當(dāng)水深3.0<H<=5.0m時：采用三點(diǎn)法（0.2H、0.6H、0.8H）進(jìn)行海流觀測。當(dāng)水深1.5m<H<=3.0m時：采用兩點(diǎn)法（0.2H、0.8H）進(jìn)行海流觀測。當(dāng)水深H<=1.5m時：采用一點(diǎn)法（0.6H）進(jìn)行海流觀測。海流觀測方法海流的觀測包括流向和流速兩項(xiàng)。單位時間內(nèi)海水流動49海流觀測方法海流連續(xù)觀測的時間長度不少于25小時，至少每小時觀測一次。預(yù)報潮流的測站，一般應(yīng)不少于3次符合良好天文條件的周日連續(xù)觀測。在測量海流的同時，還要同時進(jìn)行風(fēng)速、風(fēng)向等氣象要素觀測，以便對海流變化提供客觀分析條件。按所采用的方式和手段，觀測海流的方法大體劃分為隨流運(yùn)動進(jìn)行觀測的拉格朗日方法和定點(diǎn)的歐拉方法。海流觀測方法海流連續(xù)觀測的時間長度不少于25小時，至少每小時50一浮標(biāo)、漂移測流法浮標(biāo)漂移測流方法是根據(jù)自由漂移物隨海水流動的情況來確定海水的流速、流向，主要適用于表層流的觀測。最早的漂移物就是船體本身或偶然遇到的漂浮物，以后逐漸發(fā)展成使用人工特制的浮標(biāo)。浮標(biāo)漂移測流法雖然是一種比較古老的方法，但在表層觀測中有其方便實(shí)用之優(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、無線電定位等工具來測定浮標(biāo)的移動情況，這樣就可以取得較為精確的海流資料。漂浮法測流是使浮子隨海流運(yùn)動，再記錄浮子的空間－時間位置。為此，使用了表面浮標(biāo)，中性浮標(biāo)，帶水下帆的浮標(biāo)，浮游冰塊等。這些方法具有主動和被動性質(zhì)，因此，可以借助于岸邊，船上，飛機(jī)或者衛(wèi)星上的無線電測向和定位系統(tǒng)跟蹤浮標(biāo)的運(yùn)動。測較大深度的流速和流向則采用中性浮標(biāo)。一浮標(biāo)、漂移測流法浮標(biāo)漂移測流方法是根據(jù)自由漂移物隨海水流51浮標(biāo)法的測點(diǎn)在拉格朗日坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行起始坐標(biāo)，時間間隔：流動坐標(biāo)公式：流速可確定為坐標(biāo)對于時間的導(dǎo)數(shù)：浮標(biāo)法的測點(diǎn)在拉格朗日坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行起始坐標(biāo)，時間間隔：52漂流瓶測表層流漂流瓶(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間就可以大致地確定流速和流向。雙聯(lián)浮筒測表層流雙聯(lián)浮筒是浮標(biāo)測流中常用的一種工具，船只錨定后或在海上平臺等相對穩(wěn)定的載體上，在船尾放出雙聯(lián)浮筒，根據(jù)它的移動情況測定表層流的平均流速和流向。跟蹤浮標(biāo)法(1)船體跟蹤：將一個浮體(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，觀測者乘小船始終尾隨浮體移動并按特定的時間間隔從船上定位或從岸邊確定船位，這樣連續(xù)觀測，一般要延續(xù)一個半日潮周期，并畫出浮體在此時間段內(nèi)的運(yùn)行軌跡，進(jìn)而得出該海區(qū)相應(yīng)時間段內(nèi)的海水運(yùn)動的基本狀態(tài)。這種方式必須在良好的天氣狀況下才能進(jìn)行。我們于1980年在石臼所外海用這種方法研究流體運(yùn)動軌跡取得良好效果。漂流瓶測表層流53(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)的觀測方式相繼產(chǎn)生，并開始應(yīng)用于海流實(shí)測之中，有的使用人工特制的隨海水自由流動的浮標(biāo)，在岸上用雷達(dá)跟蹤定位；有的浮標(biāo)本身就可定時地發(fā)射無線電訊號，送入天空運(yùn)行的衛(wèi)星中再返回地面接收系統(tǒng)。還有的使用航空攝影的方式來測定浮標(biāo)的移動情況，從而觀測相應(yīng)的海區(qū)海水流動的狀況等。中性浮子測流深海中下層海流的觀測相對而言是比較困難的，通常的觀測方法都難以實(shí)施。而中性浮子由于其本身可調(diào)節(jié)性，可適用于這種深海海流的觀測，如美國Bcnthous公司生產(chǎn)的中性浮子，可適用于0～6000m深范圍內(nèi)的海流測量。實(shí)測中，首先根據(jù)溫鹽觀測值，確定出待測海流層的海水密度，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，在這個預(yù)定水層上隨海水一同漂流，觀測船上利用聲納跟蹤中性浮子的漂移，消除掉因船體漂移產(chǎn)生的相對運(yùn)動，即可測出相應(yīng)水層的流動速度和方向。(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54定點(diǎn)觀測海流

以錨定的船只或浮標(biāo)、海上平臺或特制固定架等為承載工具，懸掛海流計(jì)進(jìn)行海流觀測，通常有以下三種方法：定點(diǎn)臺架方式測流錨定浮標(biāo)錨定船測流

定點(diǎn)觀測海流以錨定的船只或浮標(biāo)、海上平臺或特制固定架等為承55定點(diǎn)臺架方式測流在淺海海流觀測中，用固定臺架懸掛儀器，使海流計(jì)處于穩(wěn)定狀態(tài)可測得比較準(zhǔn)確的海流資料并能進(jìn)行長時間的連續(xù)觀測。水面臺架：在觀測海區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)與測流點(diǎn)吻合的海上平臺或其他可借用的固定臺架，用以懸掛海流計(jì)，實(shí)測時，盡可能地避免臺架等對流場產(chǎn)生的影響，否則，測得的海流資料誤差過大，甚至不能使用。海底臺架：按一定尺寸制作棱錐形臺架放置于海底，將海流計(jì)固定于框架中部的適當(dāng)位置，進(jìn)行長時間連續(xù)觀測淺海底層流。但必須保證儀器安全并能確保臺架不會在風(fēng)浪作用下翻倒或出現(xiàn)其他意外事件。定點(diǎn)臺架方式測流在淺海海流觀測中，用固定臺架懸掛儀器，使海流56錨定浮標(biāo)

以錨定浮標(biāo)或潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流計(jì)進(jìn)行海流觀測，稱為錨定浮標(biāo)測流。有的僅用于觀測表層海流，有的則用于同時觀測多層海流。前者通常布放在進(jìn)行周日連續(xù)觀測的調(diào)查船附近，以取得海流周日連續(xù)觀測資料，后者一般是單獨(dú)或多個聯(lián)合使用，以取得長時間海流資料。錨定浮標(biāo)以錨定浮標(biāo)或潛標(biāo)為承載工具，懸掛自記式海流計(jì)進(jìn)行海57海流觀測-課件58海流觀測-課件59錨定船測流

以船只為承載工具，利用絞車和鋼絲繩懸掛海流計(jì)觀測海流仍是常用的和最主要的測流方式。首先根據(jù)水深確定觀測層次，然后將海流計(jì)沉放至預(yù)定水層，測量流速和流向并記下觀測時間。當(dāng)鋼絲或電纜傾角大于10°時，須作深度的傾角訂正。如用自記海流計(jì)，采用三角架和平衡浮標(biāo)，在鋼絲繩上懸掛多臺海流計(jì)同時觀測多層海流。錨定船測流以船只為承載工具，利用絞車和鋼絲繩懸掛海流計(jì)觀測60走航測流在船只航行的同時觀測海流，不僅可以節(jié)省時間，提高效益，而且可以同時觀測多層海流。此外，可使用常規(guī)方法很難測流的海區(qū)（如深海）的海流觀測得以實(shí)現(xiàn)。新近發(fā)展和應(yīng)用的一些走航式海流觀測儀器（如ADCP），為海流觀測開辟了新的途徑，測流方式也提高到了新的水平。其測流原理多是，測出船對海底的絕對運(yùn)動速度和方向或利用高精度GPS求出船的絕對運(yùn)動速度和方向，同時測出船對水的相對運(yùn)動速度和方向，再經(jīng)矢量合成得出海水對海底的運(yùn)動速度和方向，即可得出海流的流速、流向。走航測流在船只航行的同時觀測海流，不僅可以節(jié)省時間，提高效益61海流觀測-課件62海流連續(xù)觀測的準(zhǔn)確度要求流速不大于100cm/s時、水深在200m以淺海區(qū)流速測量的準(zhǔn)確度應(yīng)為±5cm/s；水深在200m以深的海區(qū)，流速測量的準(zhǔn)確度為±3cm/s，流向測量的準(zhǔn)確度為±10°。流速超過100cm/s時，水深在200m以淺的海區(qū)，流速測量準(zhǔn)確度為±5％；水深在200m以深的海區(qū)，流速測量的準(zhǔn)確度為±3％，流向測量的準(zhǔn)確度均為±10°。海流連續(xù)觀測的準(zhǔn)確度要求流速不大于100cm/s時、水深在63海流觀測的注意事項(xiàng)

觀測淺層海流時，應(yīng)借助小型錨定浮標(biāo)或施放小艇進(jìn)行觀測，以消除船體的影響。利用調(diào)查船為承載工具測淺層以下各層海流時，若使用非自記海流計(jì)，待海流計(jì)沉放至預(yù)定觀測水層后即可進(jìn)行觀測；使用自記海流計(jì)，可根據(jù)絞車和鋼絲繩的負(fù)載，串掛多臺海流計(jì)同時觀測多層海流。測流時，必須記錄觀測開始時間和結(jié)束時間。如果用自記海流計(jì)懸掛于浮標(biāo)或潛標(biāo)上進(jìn)行海流觀測時，投放與回收浮標(biāo)（或潛標(biāo)）的船只必須具備專用提吊設(shè)備，浮標(biāo)（或潛標(biāo)）錨定后記錄觀測開始時間和浮標(biāo)（或潛標(biāo)）準(zhǔn)確位置。海流觀測的注意事項(xiàng)觀測淺層海流時，應(yīng)借助小型錨定浮標(biāo)或施放64浮標(biāo)或潛標(biāo)上的閃光裝置須切實(shí)水密，保證正常連續(xù)閃光。在深海測流時，如船只拋錨困難且深層流速確實(shí)很小，可用“雙機(jī)法”觀測，即在漂移船只上，將一臺海流計(jì)置于預(yù)定觀測水層，而將另一臺海流計(jì)沉放至“無流層”，兩層海流計(jì)觀測結(jié)果的矢量差，便是預(yù)定水層的海流觀測值。當(dāng)施放海流計(jì)的鋼絲繩或電纜的傾角超過10°，應(yīng)進(jìn)行傾角訂正。以船只為承載工具進(jìn)行海流連續(xù)觀測時，應(yīng)至少每3小時觀測一次船位。如發(fā)現(xiàn)船只嚴(yán)重走錨（超過定位準(zhǔn)確度要求），應(yīng)移至原位，重新開始觀測。周日連續(xù)觀測一般不得缺測，凡中斷觀測2小時以上者，最好重新觀測。浮標(biāo)或潛標(biāo)上的閃光裝置須切實(shí)水密，保證正常連續(xù)閃光。65海流計(jì)簡介機(jī)械旋漿式海流計(jì)：厄克曼海流計(jì)印刷型海流計(jì)照相型海流計(jì)直讀式海流計(jì)磁錄式海流計(jì)電磁海流計(jì)聲學(xué)多普勒海流計(jì)海流計(jì)簡介機(jī)械旋漿式海流計(jì)：厄克曼海流計(jì)電磁海流計(jì)66厄克曼海流計(jì)

它是瑞典海洋學(xué)家厄克曼在1905年首先設(shè)計(jì)制造的一種觀測海流儀器。主要由軛架、旋槳、離合器、計(jì)數(shù)器、流向盒及尾舵等部件構(gòu)成。在使錘的作用下，離合器使計(jì)數(shù)器的齒輪和旋槳軸的蝸桿接觸或分離。當(dāng)時，只是設(shè)計(jì)了雛形，后來又稍加改進(jìn)，以至于70多年來一直保持其最初的形式，目前正在向電子化方向發(fā)展，儀器的測量深度不受限制。但是，它不能測低速流，因?yàn)樾凉{起動速度一般為3cm/s，測量準(zhǔn)確度一般為流速±5cm/s，流向±（10～15°）。厄克曼海流計(jì)它是瑞典海洋學(xué)家厄克曼在1905年首先設(shè)計(jì)制造67印刷型海流計(jì)這是一種船用或浮標(biāo)用的定點(diǎn)自記測流儀器，最大使用深度為6000m，連續(xù)記錄時間長達(dá)2個月之久。記錄裝置由彈簧帶動，自記工作時間由時鐘控制盤決定，流速流向記錄在紙帶或錫箱上。印刷的時間間隔有5，10，15，20，30，60min六種，相應(yīng)的自記工作天數(shù)分別是5，10，15，20，30，60，但實(shí)際上最長連續(xù)工作時間為57天。通常使用深度有250m和1200m兩種。工作中水流推動旋杯，藉助于磁同步器和齒輪傳動系統(tǒng)的作用，帶動流速字盤，記錄紙上印刷出來流速字盤上數(shù)字，即為延續(xù)觀測時間內(nèi)的平均流速。流向是根據(jù)海流計(jì)尾舵方向（即記錄中心線）與記錄機(jī)構(gòu)內(nèi)磁針間的夾角測定，并表示在磁針的流向字盤上，由印刷機(jī)構(gòu)印刷下來。印刷型海流計(jì)這是一種船用或浮標(biāo)用的定點(diǎn)自記測流儀器，最大使用68照相型海流計(jì)這是一種浮標(biāo)和船用的定點(diǎn)自記測流儀器。照相型海流計(jì)用一個大直徑導(dǎo)流葉輪測量流速；用隨海流方向轉(zhuǎn)動的度盤示數(shù)測定流向，其測量值經(jīng)照相記錄在耐壓殼內(nèi)的膠卷上。膠卷一般寬16mm、長15m，可記錄6000幅照片。該儀器的測量深度為150m，自記工作時間達(dá)30天。直讀式海流計(jì)

系船用定點(diǎn)測流儀器。流速流向測量的電信號均經(jīng)電纜傳遞到顯示器，測量數(shù)據(jù)直觀、資料整理方便，測量速度快，有的可以兼測深度。儀器最大使用深度為150～660m，流速測量范圍為5～700cm/s。這種儀器，美國、前蘇聯(lián)、日本都有生產(chǎn)，青島海洋大學(xué)海洋儀器廠也進(jìn)行批量生產(chǎn)。照相型海流計(jì)69磁錄式海流計(jì)它是浮標(biāo)用定點(diǎn)自記測流儀器，其工作原理多數(shù)將測量數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼方式記錄在磁帶上，也有用其他方式記錄在磁帶上的。最大使用深度為1000～6000m，大致測量流速范圍為3～400cm/s，準(zhǔn)確度為3～5cm/s，流向準(zhǔn)確度上±5°。如挪威產(chǎn)的安德拉海流計(jì)，它是目前全世界使用最廣泛的海流計(jì)。磁錄式海流計(jì)它是浮標(biāo)用定點(diǎn)自記測流儀器，其工作原理多數(shù)將測量70電磁海流計(jì)該類儀器是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定理，通過測量海水流過磁場時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測定海流的。根據(jù)磁場的來源不同，可分為地磁場電磁海流計(jì)和人造磁場電磁海流計(jì)兩種。地磁場電磁海流計(jì)又可細(xì)分為深海型和表層型。深海型不適用于表層測流，在水深小于100m的海區(qū)不宜使用；表面層型只適用于測表面層的海流。地磁場電磁海流的優(yōu)點(diǎn)是可以走航自記，水下部件結(jié)構(gòu)簡易、可靠性高；缺點(diǎn)是由于它與地球垂直磁場強(qiáng)度有關(guān)，不能在赤道附近使用，只適用于地磁垂直強(qiáng)度大于0.1A／m2的海區(qū)。同時，它受船磁的影響也較大，其測流范圍在3～300cm/s，流速測量準(zhǔn)確度為±2cm/s，流向測量準(zhǔn)確度為±5°。電磁海流計(jì)該類儀器是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定理，通過測量海水流過71人造磁場電磁海流計(jì)的使用受深度和緯度的限制不大。它適于船用或錨定水下測量，和通常使用的直讀式海流計(jì)差不多，只是水下傳感器不同。如法國海洋鑒定設(shè)備公司生產(chǎn)的MKⅢ型電磁海流計(jì)，它的水下傳感器呈流線型，底部垂直地安裝兩對電級，內(nèi)裝有電磁線圈，把30Hz的正弦交流電作用在線圈上，線圈便產(chǎn)生一交流磁場；當(dāng)海水流過磁場時，電極產(chǎn)生一個輸出信號，根據(jù)輸出信號的相位和振幅，最后換算得出流速值。該儀器流速測量范圍為15.4～257cm/s，測量準(zhǔn)確度為±0.26cm/s。目前，世界上廣泛使用的是美國Interocean公司生產(chǎn)的S4型的電磁海流計(jì)，其外形是球形，很好地解決了儀器傾斜對測流的影響。其主要優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度高，測量值可靠，體積小，操作簡便，無活動部件，對流場影響小。其測量范圍為流速0～350cm/s，流速準(zhǔn)確度為±1cm／s或±2％滿量程，流向準(zhǔn)確度為±2°。人造磁場電磁海流計(jì)的使用受深度和緯度的限制不大。它適于船用或72聲學(xué)多普勒海流計(jì)

該類儀器是以聲波在流動液體中的多普勒頻移來測流速的。其優(yōu)點(diǎn)是聲速可以自動較準(zhǔn)，能連續(xù)記錄，儀器無活動部件，無摩擦和滯后現(xiàn)象，測量時感應(yīng)時間快，測量準(zhǔn)確度高，可測弱流等。其缺點(diǎn)是存在儀器的本身發(fā)射功率、電池壽命和聲波衰減等問題，因此限制了該類儀器的使用。該類儀器的流速準(zhǔn)確度為±2cm/s，流向準(zhǔn)確度為±5°，工作最大深度為50～6000m。廣泛使用的有美國的UCM－60、EG&G公司的SACM－3聲學(xué)海流計(jì)和挪威安德拉公司生產(chǎn)的RCM9多普勒海流計(jì)。嚴(yán)格地說，ADCP也應(yīng)該是此類海流計(jì)，不過其發(fā)聲頻率、功率和接收回聲以及處理的方式有所不同。聲學(xué)多普勒海流計(jì)該類儀器是以聲波在流動液體中的多普勒頻移來73海流觀測的持續(xù)時間選擇流速場的描述

海水中各種可能運(yùn)動的尺度譜很寬，實(shí)際上不可能用流體動力學(xué)方程同時獨(dú)立地描述所有這些運(yùn)動。海洋中的運(yùn)動可以分成三類：規(guī)律性的大尺度運(yùn)動，可以獨(dú)立描述；極其無規(guī)則的小尺度渦旋運(yùn)動（湍流），必須予以統(tǒng)計(jì)描述；各類波動（波浪、潮流）。它們都具有某些周期性，這類運(yùn)動也可以用獨(dú)立的理論描述。海流觀測的持續(xù)時間選擇流速場的描述74海流觀測結(jié)果，要求其脈動“累加”平均值等于零。這就要求對一定時間間隔求平均值（函數(shù)時間平滑）。在海洋條件下，函數(shù)時間平滑所得值與所取的時間尺度有關(guān)。由于海洋可表征為各種尺度運(yùn)動都包括的寬頻譜，所以很難說什么樣的平滑尺度能滿足。如果平均周期取得不夠大測平均值是不穩(wěn)定的，每次測量的平均值會有顯著的不同。海流觀測-課件75觀測持續(xù)時間長短的選擇厄克曼海流計(jì)（機(jī)械式）20世紀(jì)50年代，中國使用最多的厄克曼海流計(jì)是機(jī)械傳動計(jì)數(shù)、旋漿海流計(jì)，旋漿周圍有圓環(huán)式防護(hù)罩，從理論上講，可以將波浪影響全部去掉。由于厄克曼是機(jī)械傳動式的，其速度以下落小球和旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器上指針讀數(shù)聯(lián)合計(jì)算的，其方向是以小球落入流向盒36個小格子所在角度計(jì)算的。方向計(jì)算不應(yīng)少于3個小球，即轉(zhuǎn)速不小于100轉(zhuǎn)。其計(jì)算公式如下：觀測持續(xù)時間長短的選擇厄克曼海流計(jì)（機(jī)械式）76這里n為轉(zhuǎn)速，它由計(jì)數(shù)器上的終了與開始記數(shù)差與觀測時間求得。因此，100轉(zhuǎn)就是標(biāo)準(zhǔn)。如果是低流速區(qū)，最大需時限500s；超過500s，仍然得不到3個小球，也就停止觀測了。這種情況轉(zhuǎn)速不到0.2轉(zhuǎn)／秒，相當(dāng)于流速低于6.9cm/s；最少的延續(xù)時間是50s，即轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)／秒，流速大于62cm/s，即可用50秒時間觀測。因此，厄克曼海流計(jì)讀取一個數(shù)據(jù)的延續(xù)時間是不固定的。它決定于流速與小球的關(guān)系，實(shí)際上是決定于這種機(jī)械裝置的靈敏度。這里n為轉(zhuǎn)速，它由計(jì)數(shù)器上的終了與開始記數(shù)差與觀測時間求得。77印刷海流計(jì)（機(jī)械自容式）印刷海流計(jì)的流速記錄延續(xù)時間一律規(guī)定3分鐘，即用3分鐘內(nèi)流速積分平均值來代替中間時刻流速。這是由于齒輪的結(jié)構(gòu)決定的。由于印刷海流計(jì)是全機(jī)械式，變換持續(xù)時間使時間控制輪設(shè)計(jì)變得異常復(fù)雜。少于3分鐘，時間控制輪轉(zhuǎn)動誤差無法克服，大于3分鐘又難以測到高流速。在3分鐘時間內(nèi)，測量流速可以從0到148cm/s。由于我國從1960年起就開始應(yīng)用印刷海流計(jì)，因此，3分鐘的概念就深入人心，以致海洋規(guī)范也明確規(guī)定3分鐘。這樣規(guī)定有一個好處，就是其他儀器測得的資料可以與印刷海流計(jì)的記錄相比，資料有連續(xù)性。但是，這3分鐘的硬性規(guī)定，既缺乏理論根據(jù)，也會延緩電子式海流計(jì)觀測速度。印刷海流計(jì)（機(jī)械自容式）78直讀式海流計(jì)（電子式）直讀式海流計(jì)是目前國內(nèi)最常用的海流計(jì)之一，是電子式結(jié)構(gòu)，主要由人工實(shí)施觀測（也可自容）。它的優(yōu)點(diǎn)是一臺海流計(jì)可以觀測多層海流，直接顯示，易于檢驗(yàn)儀器工作與否，適合我國國情。其流速觀測延續(xù)時間有0.5分鐘、3分鐘、10分鐘，15分鐘四種時段；其流向記錄是瞬時的。由于直讀海流計(jì)是在船上由觀測員直接讀取，時間縮短，會減輕觀測人員工作強(qiáng)度，在短時間內(nèi)取得近似同步的觀測資料，有助于資料分析。直讀式海流計(jì)（電子式）79安德拉海流計(jì)（電子自容式）安德拉海流計(jì)是20世紀(jì)80年代以來應(yīng)用最廣泛的一種自容式海流計(jì)。它以穩(wěn)定、可靠、記錄時段較長而為用戶所喜歡。它的流速感應(yīng)時間有不同檔次，最低感應(yīng)時間為30秒，通常使用時段為3分鐘和5分鐘。根據(jù)以上所述的海流計(jì)流速感應(yīng)時間可以看出，流速感應(yīng)時間以30秒為最少，通常使用3分鐘。對于大洋中潮流速度較小、常流速度較強(qiáng)的海區(qū)來說，記錄時間可以加長。其理由如下：從噪聲產(chǎn)生來看，近海區(qū)短頻噪聲主要來自熱噪聲和波浪噪聲。熱噪聲就是由于熱量分布不均勻而導(dǎo)致密度分布不均勻，從而產(chǎn)生局部對流和湍流擴(kuò)散，其時間尺度一般在10秒左右，波浪噪音周期在大洋中不超過30秒鐘，在淺海中很少超過10秒。在直讀海流計(jì)問世的20世紀(jì)60年代，曾有一檔是測量“瞬時”的流速。從理論上講，30秒鐘的積分時間是可以消除這些噪聲的。安德拉海流計(jì)（電子自容式）80安德拉海流計(jì)適用范圍RCM9型海流計(jì)是自記式儀器，主要用于大洋、近海、河流湖泊水流測量并記錄水流平均的流速、流向和水體溫度的測量，特殊的北極溫度變化范圍使之在極區(qū)能很適合使用。如配上即插即用的各類傳感器，可同時測量壓力、密度、電導(dǎo)率（鹽度），濁度和溶解氧以及儀器工作的深度。傳導(dǎo)單元的一個特色是它的量程是0-2ms，使之也能夠測量淡水的電導(dǎo)率。安德拉海流計(jì)適用范圍81安德拉海流計(jì)RCM9型海流計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是儀器操作簡單，聲速可以自動校準(zhǔn)，能連續(xù)記錄，儀器無活動部件、無摩擦和滯后現(xiàn)象，測量時感應(yīng)時間快，測量準(zhǔn)確度高，可測弱流。離儀器0.4米到2.2米的范圍內(nèi)儀器能測量到水流，這樣將水下污垢和當(dāng)?shù)厮w紊亂的影響減至最低。儀器配備有水密插座使之能接受外界的觸發(fā)和來自組合完好的儀器的檢測，也能通過電纜獲得實(shí)時數(shù)據(jù)。安德拉海流計(jì)RCM9型海流計(jì)最大的優(yōu)點(diǎn)是儀器操作簡單，聲速82工作原理RCM9型海流計(jì)測流原理是測定聲波入射在流動液體中微顆粒后向散射產(chǎn)生的多普勒頻移，從而得到不同深度水層流體的運(yùn)動速度。如果超聲源發(fā)射的超聲波能量射入非均勻的液體介質(zhì)時，液體的非均勻體把部分能量散射回接收器，反向散射聲波信號的頻率與發(fā)射頻率將不同，產(chǎn)生一定的多普勒頻移，它與發(fā)射/接收器和反向散射體的相對運(yùn)動速度成比例：若f0、cosθ已知，測出聲速和頻移，即可求得流速并轉(zhuǎn)換為地球