海洋調(diào)查分類,方法及內(nèi)容

海洋調(diào)查分類，方法及內(nèi)容海洋調(diào)查是對(duì)某一特定海區(qū)的水文、氣象、物理、化學(xué)、生物、底質(zhì)分布情況和變化規(guī)律進(jìn)行的調(diào)查。調(diào)查觀測(cè)方式有大調(diào)查、斷面調(diào)查，分連續(xù)觀測(cè)和輔助觀測(cè)；采用方法有觀測(cè)、衛(wèi)星觀測(cè)、船舶觀測(cè)、水下觀測(cè)、定置浮標(biāo)自動(dòng)觀測(cè)、漂浮站自動(dòng)觀測(cè)等；普查工程有水溫、水色、透明度、水深、海流、波浪、海冰、鹽度、溶解氧、pH值、磷酸鹽、硅酸鹽、硝酸鹽等，以及該海區(qū)的水文氣象要素，如氣溫、氣壓、濕度、能見度、風(fēng)、云、各種天氣現(xiàn)象等，還測(cè)定水中懸浮物、游泳動(dòng)物、浮游生物、底棲生物、海水發(fā)光、海水導(dǎo)電率、聲速傳播、稀有元素、海底底質(zhì)等。海洋調(diào)查方法是利用測(cè)試手段獲取海洋要素資料及信息的方法，海洋調(diào)查的內(nèi)容豐富，可以進(jìn)行多學(xué)科的綜合性調(diào)查，也可以進(jìn)行單學(xué)科的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高度開展，從20世紀(jì)60年代起，海洋調(diào)查的觀測(cè)技術(shù)有了很大提高，使調(diào)查的觀測(cè)方式發(fā)生了根本性的變革。從過去使用調(diào)查船在水面上進(jìn)行海洋觀測(cè)，開展至用飛機(jī)和衛(wèi)星在高空和太空中進(jìn)行海洋觀測(cè)；用浮標(biāo)進(jìn)行的海洋觀測(cè)；利用潛水器和海底居住室在海洋內(nèi)部、海底和深海溝中進(jìn)行種種觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)；由人造衛(wèi)星、飛機(jī)、浮標(biāo)系統(tǒng)、調(diào)查船和潛水器組成了理想的海洋調(diào)查觀測(cè)體系。假設(shè)將海洋調(diào)查工作視為一個(gè)完整的體系，那么包含對(duì)象、傳感器、平臺(tái)、施測(cè)方法和數(shù)據(jù)信息處理等五個(gè)主要方面。類一、調(diào)查對(duì)象分類海洋調(diào)查中的被測(cè)對(duì)象是指各種海洋學(xué)過程以及決定于它們的各種特征量的場(chǎng)，所有的被測(cè)對(duì)象可以分為以下五類：：⑴根本穩(wěn)定變化：這類對(duì)象隨著時(shí)間推移變化極為緩慢，以至可以看成是根本不變的，例如各種岸線、海底地形和底質(zhì)分布。它們?cè)趲啄昊蚴畮啄甑臅r(shí)間里通常不發(fā)生顯著的變化，當(dāng)然在局部河口地區(qū)（如長(zhǎng)江口），海底地形的變化要快一些。⑵緩慢變化：這類對(duì)象一般對(duì)應(yīng)海洋中的大尺度過程，它們?cè)诳臻g上可以跨越幾千千米，在時(shí)間上可以有季節(jié)性的變化。典型的有著名的團(tuán)“灣流”、“黑潮”以及其他一些大洋水團(tuán)等。⑶變化:這類對(duì)象對(duì)應(yīng)海洋中的中尺度過程，其空間跨度可以長(zhǎng)達(dá)幾百千米，周期約幾個(gè)月。典型的如大洋的中尺度渦，淺、近海的區(qū)域性水團(tuán)（如我國(guó)的黃海冷水團(tuán)）以及大尺度過程的中尺度振動(dòng)（如灣流、黑潮的蛇曲等）。⑷迅速變化：對(duì)應(yīng)于海洋中的小尺度過程。其空間尺度在十幾到幾十千米之間，而周期那么在幾天到十幾天之間。典型的如海洋中的羽狀擴(kuò)散現(xiàn)象，水團(tuán)邊界（（鋒鋒））的運(yùn)動(dòng)等。⑸瞬間變化:對(duì)應(yīng)于海洋中的微細(xì)過程，其空間尺度在米級(jí)以下，時(shí)間尺度在幾天到幾小時(shí)，甚至分、秒的范圍內(nèi)，常規(guī)的海洋調(diào)查手段很難反映。典型的如海洋中的程湍流運(yùn)動(dòng)和對(duì)流過程等。中尺度渦對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行分類，有助于人們合理地方案海洋調(diào)查工作和有目的地開展海洋調(diào)查技術(shù)。歷史證明，人類對(duì)海洋過程的認(rèn)識(shí)，從時(shí)空尺度上來(lái)說(shuō)，主要是由慢而快、由大到小的。目前，研究已由氣候模型轉(zhuǎn)向天氣模型，逐步加強(qiáng)了中尺度海洋現(xiàn)象的研究，許多現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)已經(jīng)或正在進(jìn)行，如POLYGON（1970）、MODE（1973）和POLYMODE等，以期盡早從理論上和實(shí)用上解決與中尺度過程密切相關(guān)的海洋學(xué)問題（如各種海洋預(yù)報(bào)）。可以認(rèn)為，解決中尺度的變動(dòng)的海洋過程的監(jiān)測(cè)問題，是當(dāng)前海洋學(xué)的重要問題。二、海洋傳感器器海洋傳感器是指能獲取各海洋數(shù)據(jù)信息的儀器設(shè)備和裝置。大體可分為以下三種：：⑴點(diǎn)式：點(diǎn)式傳感器感應(yīng)空間某一點(diǎn)被測(cè)量的對(duì)象，如溫度、鹽度（（電導(dǎo)率））、壓力、流速、浮游生物量、化學(xué)要素的濃度等。通過點(diǎn)式傳感器可獲取離散的觀測(cè)數(shù)據(jù)，典型的如南森采水器，一條銅纜上按一定間隔懸掛著的采水瓶和顛倒溫度表，可以采得不同深度點(diǎn)上的水樣和測(cè)得各點(diǎn)的水溫。⑵線式：線式傳感器可以連續(xù)地感應(yīng)被測(cè)量的對(duì)象。當(dāng)傳感器沿某一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以獲得某種海洋特征變量沿這一方向的分布。例如，常用的投棄式溫鹽深儀和投棄擲式深溫計(jì)(XBT)以及溫鹽深自動(dòng)記錄儀(CTD)。這些儀器可以提供溫度隨深度變化的分布曲線，其他各種走航拖曳式儀器那么可給出溫度、鹽度等海洋特征變量沿航行方向上的分布。如果傳感器固定在某一測(cè)點(diǎn)，還可提供該點(diǎn)海洋特征量隨時(shí)間變化的曲線，即一條過程曲線，如自計(jì)水位和測(cè)波儀就是典型的例子?？瓶缄?duì)員在布放溫鹽深自動(dòng)記錄儀(CTD):⑶面式:面式傳感器可以提供二維空間洋特征變量的分布信息，也就是可以直接提供某海洋特征變量的二維場(chǎng)。如20世紀(jì)60年代開展的測(cè)溫鏈（拖曳式熱電阻鏈）可以給出垂直剖面（X，Z）或（Y，Z）上的水溫等值線分布，而近代和遙感器那么能提供某些海洋特征量在一定范圍內(nèi)海面（X，Y）分布，典型的如經(jīng)過處理的紅外照相可以顯示等溫線的平面分布。臺(tái)三、調(diào)查平臺(tái)平臺(tái)是觀測(cè)儀器的載體和支撐，也是海洋調(diào)查工作的根底，在海洋調(diào)查系統(tǒng)中平臺(tái)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。平臺(tái)一般分為兩類：：⑴固定式：固定式平臺(tái)是指空間位置固定的觀測(cè)工作臺(tái)。在這種平臺(tái)上，傳感器可以連續(xù)工作以獲取固定測(cè)站（或測(cè)點(diǎn)）上不同時(shí)刻的海洋過程有關(guān)的數(shù)據(jù)和信息。常用的固定平臺(tái)有沿海海洋觀測(cè)站、海上定點(diǎn)水文氣象觀測(cè)浮標(biāo)、海上固定平臺(tái)等。布放海一氣界面二氧化碳通量觀測(cè)浮標(biāo)：⑵活動(dòng)式:活動(dòng)平臺(tái)是指空間位置可以不斷改變的觀測(cè)工作臺(tái)或載體活動(dòng)平臺(tái)，還可細(xì)分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。主動(dòng)式可以根據(jù)人的意志主觀地改變位置，例如水面的海洋調(diào)查船、水下滑翔機(jī)、水下的潛水裝置、水下載人潛水器等；被動(dòng)式如自由漂浮觀測(cè)浮標(biāo)、按固定軌道運(yùn)行的觀測(cè)衛(wèi)星等?！昂Ｑ唷彼禄铏C(jī)的作業(yè)過程法四、施測(cè)方法對(duì)于一定的被測(cè)對(duì)象，以所掌握的傳感器和平臺(tái)來(lái)選定合理的施測(cè)方式，是海洋調(diào)查工作關(guān)鍵的一步，施測(cè)方法一般有四種：⑴隨機(jī)方法：隨機(jī)調(diào)查是早期的一種調(diào)查方式，組成隨機(jī)調(diào)查的測(cè)站（站點(diǎn)）是不固定的。這種調(diào)查大多是一次完成的，如著名的“挑戰(zhàn)者”號(hào)1872?1876年的探險(xiǎn)考察；或者各航次之間并無(wú)確定的，如現(xiàn)在由商船進(jìn)行的大量隨機(jī)輔助觀測(cè)。雖然一次隨機(jī)調(diào)查很難提供關(guān)于海洋中各種尺度過程的正確認(rèn)識(shí)，但是大量的隨機(jī)觀測(cè)數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計(jì)地給出大尺度（甚至中尺度過程）的有用信息。⑵定點(diǎn)方法:測(cè)站固定的定點(diǎn)觀測(cè)是至今仍大量采用的海洋調(diào)查方式。除了岸站的定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)之外，早在20世紀(jì)30年代便有固定的斷面調(diào)查（如人在近海和黃海、東海進(jìn)行的長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年的斷面觀測(cè)）。定點(diǎn)調(diào)查通常采取測(cè)站陣列或固定斷面的形式，或者每月一次或者根據(jù)特殊需要的時(shí)間施測(cè)，或進(jìn)行一日一次的、多日的甚至常年的連續(xù)觀測(cè)。定點(diǎn)海洋調(diào)查使得觀測(cè)數(shù)據(jù)在時(shí)空上分布比擬合理，從而有利于提供各種尺度過程的認(rèn)識(shí)，特別是多點(diǎn)同步觀測(cè)和觀測(cè)浮標(biāo)陣列可以提供同一種時(shí)刻的海況分布，但由于海況險(xiǎn)惡，采用定點(diǎn)調(diào)查的本錢是相當(dāng)昂貴的。⑶走航方法：隨著傳感器和數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)的現(xiàn)代化，走航施測(cè)成為廣泛采用的方式。根據(jù)預(yù)先合理方案的航線，使用單船或多船攜帶走航式傳感器（如XBT、走航式溫鹽自記儀、ADCP等）采集海洋學(xué)數(shù)據(jù)，然后用現(xiàn)代數(shù)據(jù)信息處理方法，可以獲得被測(cè)海區(qū)的海洋信息。走航施測(cè)方式耗資少、時(shí)間短、數(shù)據(jù)量大，是一種值得開展的低本錢的調(diào)查方法，但技術(shù)水平要求較高。側(cè)掃聲吶探測(cè)疑似珊瑚分布區(qū)：⑷軌道掃描方法：和遙感技術(shù)的開展，現(xiàn)在已為海洋調(diào)查提供了一種嶄新的施測(cè)方式一一軌道掃描，利用海洋業(yè)務(wù)衛(wèi)星或資源衛(wèi)星上的海洋遙感設(shè)備（面式傳感器）對(duì)全球海洋進(jìn)行軌道掃描，大監(jiān)測(cè)海洋中各種尺度過程的分布變化。該方法幾乎可以全天候地提供局部海區(qū)的良好的天氣式數(shù)據(jù)信息，但是遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)工程、觀測(cè)準(zhǔn)確度和空間分布等方面還有待進(jìn)一步拓展和提高?？?天-地-海-潛立體監(jiān)測(cè)理五、數(shù)據(jù)信息處理隨著海洋技術(shù)的開展，海洋數(shù)據(jù)和信息的數(shù)量、種類的猛增，如何科學(xué)地處理這些數(shù)據(jù)和信息已成為一個(gè)重要課題。數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)的開展，反過來(lái)也促進(jìn)了傳感器和施測(cè)方式的改良。例如，良好的數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)可以補(bǔ)償觀測(cè)手段的缺乏或者向新的觀測(cè)手段提出各種要求。數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)大致可分為四種：：⑴初級(jí)數(shù)據(jù)處理：海洋調(diào)查的初級(jí)信息處理是將最初始的觀測(cè)讀數(shù)訂正為正確數(shù)值，例如顛倒溫度炭和海流的讀數(shù)訂正，等等。另外，某些傳感器提供的某些海洋特征連續(xù)模擬量，也應(yīng)將它們按需要轉(zhuǎn)化為數(shù)字資料。初級(jí)數(shù)據(jù)處理是對(duì)第一手資料的處理，因此也是最根底的工作。科研人員在查看和清理樣本：⑵進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理：是指對(duì)初級(jí)處理完畢的數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理，如空缺數(shù)據(jù)的填補(bǔ)、各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算、延伸的資料的求取（例如，從水溫、鹽度計(jì)算密度、比容、聲速，從特征量的垂直分布來(lái)求取躍層的各項(xiàng)特征值等）。最后，要求將各種海洋調(diào)查數(shù)據(jù)到能直接提供用戶使用的程度，進(jìn)一步還將要求使之文件化，以便存放在海洋數(shù)據(jù)信息中心的數(shù)據(jù)庫(kù)中，供用戶隨時(shí)查詢索取。⑶初級(jí)信息的處理:初級(jí)信息的處理是從觀測(cè)值或進(jìn)行計(jì)算出來(lái)的延伸資料中提取初步的海洋學(xué)信息。初級(jí)信息的處理一般是將有關(guān)的海洋學(xué)特征變量樣本以恰當(dāng)?shù)姆绞綐?gòu)成該特征變量直觀的時(shí)空分布，即給出對(duì)海洋特征場(chǎng)的描述，如根據(jù)水溫、鹽度等的離散使用空間插值方法繪制水溫和鹽度的大面、斷面分布團(tuán)或過程曲線等。在海洋遙感系統(tǒng)中，將傳感器發(fā)送回來(lái)的代碼復(fù)原成圖像而不作進(jìn)一步處理，也屬于初級(jí)信息處理的范疇。對(duì)海洋聲、光、電、磁等資料進(jìn)行判讀與解譯并成圖。⑷進(jìn)一步的信息處理：其目的是從處理后的數(shù)據(jù)中或經(jīng)初級(jí)信息處理的信息中，提取進(jìn)一步的海洋信息，如根據(jù)水溫、鹽度的實(shí)況分布可以用恰當(dāng)?shù)姆绞焦烙?jì)出水團(tuán)界面的分布（鋒）。對(duì)海流數(shù)據(jù)和上述實(shí)況的恰當(dāng)分析處理還可得出被測(cè)區(qū)的環(huán)流模型。在遙感系統(tǒng)中的電子光學(xué)解譯技術(shù)（如假彩色密度分割等）、計(jì)算機(jī)解譯技術(shù)（如圖像增加，自動(dòng)分類識(shí)別等），也都屬于進(jìn)一步的信息處理。需要特別提出的是，海洋數(shù)據(jù)信息的傳播技術(shù)是現(xiàn)代海洋研究中一個(gè)重要的過程。過去海洋上的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)值是先儲(chǔ)存起來(lái)，待航次結(jié)束后一并處理。這種傳遞方式可稱為延時(shí)方式。較為現(xiàn)代的延時(shí)方式是將觀