书城科普读物海洋知识小百科-水文篇
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第18章 神奇的海洋探秘(1)

大海里的变化怎样才能观测得到呢?

人们在岸边建立的观测点,观察的只是近岸的海洋变化。那么,大海之中的变化怎样去观察呢?我国的海洋科技工作者已研制出一种无人操作的海洋观测工具——海洋自动观测浮标。浮标是一种新型现代化的海洋观测工具,它几乎可以观测所有的海洋水文气象要素,它具有无人现场管理,长期、定点连续观测,实时传输,资料快速处理,所获资料质量可靠等特点,可直接为海上的交通、油气勘探开发、军事活动、沿海工农业生产、防灾减灾等服务。因此,海洋浮标观测对我国的海洋经济持续稳定发展具有十分重要的意义。

海洋常规观测是怎么回事呢?

大海是那样变化莫测,那么,怎样才能了解海洋的秘密,又怎样才能掌握海洋的变化规律呢?那就要对海洋进行常规观测。可以这样说,海洋常规观测就是观察大海变化的最基本的手段。海洋常规观测就是海洋工作者们利用各种海洋仪器,把大海每天的微小变化记录下来,形成宝贵的海洋观测资料,这些资料就是从事海洋预报和科学研究的重要科学根据。平时人们常说的潮汐现象、海平面升降、海水表层温度、盐度的变化等,都是通过观测资料经过分析得出来的。海洋常规观测是每天都不能间断的,无论严寒酷暑,海洋工作者们总是要认真地履行他们观察、记录海洋现象的职责。目前我国已具有几十年的系统海洋观测资料,这些资料已经在我国的海洋科学研究、海岸工程建设、海洋交通运输等方面发挥了重要作用。

进行海洋常规观测,首先是必须选择合适的常规观测点。中国的海岸线有18000千米长,海域面积有300万平方千米,怎样才能把海洋的各种变化都观测下来呢?我国的海洋科技工作者经过周密的考察,在每个海域的沿岸都选择出适宜的地点,这些点就是通常所说的观测点了。海洋观测点的选择不是随意的,而是选择在有代表性的海滨,以便于在岸边进行水温、盐度、潮汐、海浪、海冰、气象等观测。通过在这些点观测的资料,基本能如实地反映出周围海域的水文气象状况。我国在三大海区如北海、东海、南海均建立了多个常规观测点。但是,岸滨常规观测点的位置不是永恒的,它要根据周围环境的变化而不断调整,海洋观测点的迁移、增设与取消都是常有的事。为了使观测点选择更合理,海洋科技工作者们还要经常对观测点进行考察与论证。

海滨观测是怎么回事呢?

海滨观测是为了获得某些准确的海洋数据的重要来源,在海滨的固定地点所进行的水文观测。海滨观测是海洋环境调查、监测的一个组成部分,是海洋环境研究和海洋开发的基础工作。开展海滨观测工作,进行长期定点连续观测,是了解和掌握海滨水文、气象状况及其变化规律的基本手段。我国已有60多个海洋站的各种观测项目均属海滨观测。海滨观测是一种不用船只,在一年365天都要连续观测的一种方式。这种观测所获得的资料是我国的重要海洋观测资料之一。

利用海洋观测站进行海洋观测是获取海洋资料的最直接途径。我国在沿海及岛屿设有海洋站、验潮站、水位站、测冰雷达站200多个。其中,海洋站65个,永久性验潮站70多个,监测海上台风的雷达站6个,测冰雷达站1个。这些台站是我国海洋环境监测网的主要组成部分。其中,一些台站正按照现代沿岸海洋观测系统的建设要求进行改建和扩建,实现从网上实时发布数据。现在,国际上的自动化站正在逐步取代历史上的常规观测站,我国第一个无人自动化观测站也于1989年5月在吕泗平台建成。我国最早的潮汐观测站是设在青岛港,于1900年开始观测。后来,根据需要,青岛港的潮汐观测站迁移到小麦岛,改建成我国海洋站中第一批自动观测站。

祖国版图上最南端的海洋观测站是哪里呢?

南沙群岛是我国南海诸岛中位置最南端,岛礁最多,分布海区最广的一个群岛,南沙群岛的特点是岛、礁、滩和沙洲多。有些暗礁在涨潮时淹没,退潮时露出,我国最南端的海洋观测站,就建在其中一个露出水面只有一张桌面大的暗礁上,这个暗礁就叫永暑礁。你知道南沙海洋站距离祖国大陆有多远吗?它约有740海里,离西沙群岛的永兴岛还有440海里。它在太平岛至南威岛之间,位于南海中央航线和南华水道交汇处,西北距越南金兰湾约250海里。可以说,南沙海洋站是我国最现代化的海洋观测站,也是祖国版图上最南端的海洋观测站。

南沙海洋站是在一张仅有桌面大的暗礁上建立起来的,可是,在一个只有一张桌面大的暗礁上要建立一个海洋站该是多么不容易啊!为了建这个海洋站,中国专门派了44名海洋专业技术人员组成了南沙群岛考察队,乘“向阳红5”号海洋科学调查船赴南沙海域进行海洋站选点勘察,最后根据勘察分析,得出了永暑礁适合建站的结论。1987年年底,经国务院、中央军委批准,在南沙群岛永暑礁建设有人驻守的海洋观测站,并配备必要的观通器材和海洋观测仪器,从事海洋观测。建设南沙海洋站的工程于1988年2月正式动工,1988年7月全部结束,并于7月10日成功地发射了南沙站海洋水文气象观测资料讯号,为我国海洋事业写下了新的篇章。1988年8月2日,在南沙永暑礁上还举行了海洋站落成典礼。

考察站可以建在浮冰上吗?

一般地说,建立考察站不是在沿岸就是在岛屿上,而浮冰是流动的,上面怎么能建立考察站呢?实际上,世界上一些发达国家的极地工作者们,早在20世纪30年代就在极地的浮冰上建立考察站了。由于浮冰是流动的,所以在浮冰上建站的困难很多,第一个困难就是冰雪融化问题。即使在北冰洋,夏季也会遇到冰雪融化,雪水会流入考察队员住的房屋和帐篷;第二个困难是北冰洋处于北极,一到冬季,严寒、暴风雪以及漫长而又昏暗的极地之夜又给考察队员带来新的麻烦;第三个困难也就是最大的困难,由于冰块是在运动的,冰块之间的挤压会造成冰原破裂,若冰裂之处正好是建站的地方,裂缝又恰好穿过帐篷,那么不仅会使帐篷倒塌,里面的全部设备会沉入大海,连考察队员的生命也将受到威胁。总之,无论是在浮冰上建站,还是在浮冰上工作都是非常危险的。尽管如此,为了科考工作的需要,科考队员们还是要冒着生命危险,把站建在浮冰上。

海冰观测包括哪些内容?

每到冬季,我国都要派出观测人员对海冰进行观测考察。海冰观测的主要内容包括浮冰观测、固定冰观测和冰山观测。海冰观测项目有冰量、密集度、冰型、表面特征、冰状、浮冰块大小,浮冰飘移方向和速度、冰原及冰区边缘线。对于固定冰观测项目还有冰型和冰界等。具体来说,就是有堆积量、堆积高度、固定冰宽度和厚度。冰山观测项目有位置、大小、形状及漂流方向和速度。海冰的辅助观测项目还有海面能见度、气温、风速、风向及天气现象。通过这些海冰观测记录的结果,分析人员就可以作出准确的分析预报了。

实际上,海冰监测系统就是利用各种可能的手段对海冰的分布、类型、生成、发展以及消融等过程进行全天候的监测的综合系统。它的主要监测手段包括沿岸海洋站海冰观测、破冰船海冰观测、雷达测冰、飞机航空遥测,卫星遥感和各种规模的联合海冰试验。过去常采用的是目测与器测相结合,自从20世纪60年代以后,开始采用卫星海冰观测和航空遥测。卫星海冰观测是通过可见光照相、微波辐射计、多孔径雷达、红外辐射仪等一起对出现在海面上海冰的厚度、密集度、冰类型等进行遥测。航空遥测海冰的优点是不受云的影响,分辨率高,所获资料丰富;不足的是飞行频率较低,天气恶劣的情况下不能飞行。而卫星遥感测冰的优点是监测时间长,可同时进行大面积的监测。在中国首次北极科学考察中就采用了卫星红外合成孔径雷达遥感监测手段,配以飞机和现场冰雷达、冰钻进行综合海冰观测调查。

海冰的冰期是怎么规定的?

海冰的结冰期是不同的,有的结冰时间长,有的结冰时间短。海冰冰期的长短与气温和其他因素都有关系,因此,冰期是在变化的。那什么叫冰期呢?冰期就是指冰可以维持的时间,自出现海冰之日起至冰消失之日止的这一时段。最早出现海冰的日期叫初冰日,而终冰目是指冰最后消失之日,在一个冰期内结冰日只能有一个。如果气候变暖,冰化了一段时期后又出现结冰,则终冰日以最后终了的日期为准。我国海区的终冰日一般在2月下旬至3月上旬之间。冰期是用初冰日起至终冰日止的一个时段的天数来表示的。这与实际有冰的天数不一样,也不能表达实际有冰的程度,但是它能说明气候冷暖和变化特征。冰期与海冰的生成、发展、持续时间、分布及其活动变化规律有关。海冰本身各要素还随着有关的水文、气象、地形等因素而发生各种变化呢。

海浪观测是怎么回事?

海浪是重要的水文要素,海浪观测的主要对象是风浪和涌浪。风浪是由当地风引起的,并且直到观测时仍处于风力作用下的海面波浪;而涌浪则是风浪离开风的作用区域后,在风力甚小或无风水域中依靠惯性维持的波浪。风浪和涌浪包含有巨大的能量,它能使船舶摇摆颠簸、船速减小、航向偏移,甚至会造成沉船事故,对航海、捕捞和其他海上作业危害性很大;风浪和涌浪的冲击力对海岸防护、港口码头、防波堤等都有很大的破坏作用;风浪和涌浪对泥沙有搬运作用,甚至能使海港淤积、航道变浅、影响船只进出港口。据记载,在一次大风暴中,巨浪曾把1370吨重的混凝土推动了10多米,激起60米~70米的水柱,甚至把万吨级的油轮冲上岸来,折成两段。然而,海浪也有可利用的一面:海浪会促进海水上下层的混合,使混合后的水层中富有氧气,可以满足海水中鱼类和其他动植物的生长需要;海浪的巨大能量又可以进行波浪发电,为人类提供巨大能源。由此可见,观测海浪具有非常重要的意义。

实际上,海浪观测是比较复杂的,它既需要在岸边台站上进行,又要在海上(或船上)实施观测。岸边台站的海浪观测是为了取得沿岸地带(包括港湾)较有代表性的海浪资料。为此,选择的观测地点应面向开阔海面,避免岛屿、暗礁和沙洲等障碍物的影响。海中的观测通常是通过海洋浮标来获取资料数据。安放浮标时要选择适当的水深,其水深应不小于该海区常见浪的波长的一半,而且海底应尽量平坦,并应避开潮流过急地区。海上(或船上)的海浪观测所获得的离岸较远的开阔海域的海浪资料,可广泛用于理论研究、风浪预报、船舶航行及渔业捕捞等。

而海浪观测的主要内容是风浪和涌浪的波面时空分布及其外貌特征。观测项目包括海面状况、波型、波向、周期和波高,并可以利用上述观测数据计算波长、波速、波高和波级。海浪观测还分有目测和仪测两种。目测时要求观测员具有正确估计波浪尺寸和判断海浪外貌特征的能力。而仪测则同时测得波高、波向和周期等。

观测海浪常用的仪器有光学式测波仪及声学式测波仪。光学式测波仪是海浪观测的主要仪器之一,它主要测定波浪的波高、周期、波向和波长,并且还可以测量海面上物体的距离、浮冰的速度及方向。这种测波仪严格地说仍属目测的范畴,它的观测结果受到观测者主观作用的影响。我国常用的光学式测波仪有国产HAB-1型和HAB-2型。HAB-2型测波仪主要由望远镜瞄准、俯仰微调、方位指示、调平等机构组成。光学式测波仪可测波浪的波高、周期、波向、波长、波速,另外还可以测量距离、水流和浮冰的速度与方向。利用此仪器还可以测量出冰山的大小尺寸和冰山的实际高度。声学式测波仪是利用超声波在海水的传播特性及其在不同海水的界面上的反射特性来连续不断地测量超声波发射器到海面的距离,并根据海面随时间变化的情况来计算波高、周期等波浪要素的。根据超声波发射的方式不同,还分为水下声学式和水上声学式测波仪两种。水上声学式测波仪是将超声波发射器安装在海上平台上,发射器从平台上向海面垂直发射超声波脉冲,并接收从海面反射回来的讯号,经电子线路输送到记录系统上。由于水上声学测波仪的发射器位置难以固定(它随平台的振动而变动),测量准确度较差。而声学水下测波仪的发射器设置在海底,既没有被大风浪卷走的危险,而且仪器的水下部分也都是一些简单的坚固构件,只要密封良好,一般不易损坏,因此可以长期工作。但是,它的缺点是对小周期波形观测不好,水深超过一定范围时误差也很大;在风浪影响产生泡沫的情况下,还会出现气泡对声波的反射而造成错误指示。

北极浮冰上的第一个考察站是何时建立的?

北极浮冰上的第一个考察站是在1937年5月由前苏联建立的。这个站的名字叫“北极1”号。在北极浮冰上建立考察站可不是一件容易的事。为了在北极浮冰上建站,前苏联的极地工作人员首先在发现和开拓北方航道上就做了大量的工作,随后他们又研究了那里的气候特点、海流方向和北极中央区海水的运动规律。除此之外,为了能够顺利地把探险使用的物资运往北冰洋,他们还在鲁道夫岛——法兰士约瑟夫地最北部的岛屿上建立了一个航空基地。北极浮冰上的第一个考察站的地址位于北纬80度26分,西经78度的巨大冰块上,这块冰的面积约为4平方千米。建站初期,站上有4位工作人员,他们是“北极1”号的站长伊凡·德米特里耶维奇·帕帕宁、富有经验的极地工作者兼报务员爱伦斯特·捷奥多洛维奇·克林盖尔、水文地质和海洋学家彼得·彼得洛维奇·申尔晓夫和天文地磁学家叶甫盖涅·康斯坦丁洛维奇·费多洛夫。1937年5月21目这一天,世界上第一个北极站正式开始了它的科学研究工作。

检测水温的变化有什么重要的意义?