书城科普读物海洋知识小百科-水文篇
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第22章 神奇的海洋探秘(5)

卫星遥感主要是利用卫星进行海洋观测。以人造卫星和航天器为观测手段的航天海洋遥感是20世纪60年代以后发展起来的一门新技术。它源于航空海洋遥感,又高于航空海洋遥感,是海洋遥感中的后起之秀。目前的航天海洋遥感主要是结合在气象卫星上进行的。气象卫星有两类:一类是太阳同步极轨卫星,它围绕地球运转,飞行高度一般在1000千米左右,周期约115分钟,卫星轨道平面与地球赤道平面夹角为98度左右,每天经过同一地区上空两次。另一类为地球同步轨道气象卫星,它的飞行高度约为36000千米,轨道平面与地球赤道平面基本重合,运行周期和地球自转周期相等。因此,从地面看来它好像总是悬挂在赤道某一点的上空,成为静止卫星。这种卫星通常每隔20分钟左右观测地球一次,视野为南、北50个纬距,经距100度左右。如果在赤道上空均匀分布5颗静止气象卫星,就可以形成一个跨南北50个纬距的全球观测带,这是监测气象和海洋的最现代和最有效的手段。

“帕尔默”号极地考察船是怎样的呢?

极地考察船也有许多种类型,我国就有“极地”号和“雪龙”号两艘船。而美国建造了一艘专门适用于南极科研工作的破冰船,船名为“帕尔默”号。这是为了纪念19世纪美国从事南极研究的帕尔默而取名。这艘破冰船长87米,宽18米,吃水6米,舷高7米,排水量5820吨,有6台总功率为11070马力的发动机。它能一年四季工作在南极水域,可以连续独立航行75昼夜,能在厚度为70厘米的冰层中以3海里/小时速度破冰前进。它的全部船员为22人,科学工作者为37人。在它的甲板上还设置直升机场和可停放两架直升机的机库,每架直升机可载4名乘客。在船上还装备有科学实验室,其主要任务是研究冰层、研究冰层上大气层并估计这些大气复杂的物理化学作用,观察高纬度气象和高纬度地球物理以及进行海洋生物调查和海洋地质调查作业等等。“帕尔默”号是美国第一艘专门用于科研目的的破冰船,已于1992年1月下水。第一次考察工作是在南极威德尔海西部展开,美苏(前苏联)联合小组的专家们首先在该地区漂流的浮冰上登陆,开展了对该处海水循环和大气现象的研究。“帕尔默”号船价值838亿美元,仅每年的使用费用就达1000万美元。

海洋水深测量是怎么回事呢?

人类要认识海洋,全面地了解海洋,首先是从它的外貌着手研究,然后再研究它的内在规律。水深测量就是研究其外貌的一种手段。从海洋的表面看,整个世界大洋是一望无际的“平面”,而它下面的海底却到处是高低不平的隆起或凹地。其中,有面积广阔、地形平坦、坡度较小的“大平原”,也有高深莫测的海沟和山峦起伏的海脊。要了解这些复杂多端的海底地貌的分布状况,就必须进行水深测量。水深测量的意义是非常重大的,不知道海洋的深度,就可能使海面航行的船只搁浅、触礁。另外,潜艇在海底活动时,还可以利用海底地形作屏障以避免被搜索,并使对方的讯号接收仪器收不到捕捉目标。所以说,借助于水深测量来了解海底地形的分布状况,对国防和国民经济建设都具有很重要的意义。

海洋水深测量与陆地测量的测量方法截然不同,海洋水深测量不仅要掌握海洋的一般规律,而且在测量技术上有其特殊的要求。首先,水深测量对时间的要求是连续站每小时测一次,大面(或断面)调查在船到站后即测量。传统的深度测量要求准确度为±2%,100米以浅记录取一位小数,超过100米记录取整数。现代的水深测量通常采用回声测深仪测量技术,这种方法使用方便,测量起来既快捷,又准确。

海底测量使用哪些设备?

海底测深常用的方法有钢丝绳测深及回声测深仪测深。钢丝绳测深是一种调查船上使用的传统的测深方法,常用的测深设备有绞车和绳索计数器。绞车是供升降各种海洋仪器和采样工具以及水深测量用的,绳索计数器是用于计量放出或回收钢丝绳长度的仪器,由滑轮和滑轮轴组合的若干齿轮构成。而回声测深仪则是利用声波在海水中以一定的速度(平均声速1500米/秒)直线传播,并能由海底反射回来的特性制造的。目前,我国使用回声测深仪的海洋调查船只较为广泛,它不仅记录迅速,而且在停航和航行中均可进行测量,并能把连续测得的结果记录下来,使人们能得到整个航线上的深度、地形分布轮廓等。

立体海洋环境观测是怎样的?

随着现代科技的发展和海洋观测中高新技术的应用,现代的海洋观测已从孤立、单一的海洋调查、台站观测逐步发展成为立体的海洋综合观测。而这种立体的海洋观测通常包括海洋站、船舶观测、海洋浮标观测、平台观测、飞机及卫星(遥感监测)几种方式组成。

目前,我国已经具备了实行海洋立体观测的能力,并已经获得了大量的完整、翔实的资料,在我国海洋科学研究、海洋资源开发,海洋工程建设、海洋管理和环境保护中都充分发挥出了重要作用。

海洋监测是保护海洋环境的基础吗?

海洋监测就是对海洋进行监察和探测。要保护蓝色的海洋,海洋监测是必不可少的。大家都知道,随着人类活动的增多,海洋污染也随之而加大,怎样才能防止和清除海洋污染呢?海洋监测就是发现污染、清除污染的重要手段。我国已经在三个海域,即北海、东海、南海均建立了海洋环境监测中心。这三个海洋环境监测中心肩负着水质分析的监测任务,它们可以定期采样进行分析,及时发现和监视污染的演变情况。所以说海洋监测是环境保护的基础性工作。

海洋监测网是怎么回事呢?

随着科技的发展,当代海洋环境调查监测已初步形成一个由水面调查船、海洋平台、深潜器、海洋浮标系统、高空气球、飞机和卫星组成的海洋立体监测网。在海洋上空有卫星、飞机、高空气球等组成的海洋遥测系统;在海空界面上有海洋调查船、水文气象浮标站、海洋专用平台,以及沿海的海洋气象观测站等海空界面水文气象观测系统;而在海面以下有深潜器、各种类型的潜标系统,各种深海拖戈体等组成的水下监测系统,构成了立体的海洋监测网络。

多波束测深系统是怎样的呢?

人类要开发海洋,首先要了解某个海区的水深和海底地形地貌的状况。多波束测深系统就是一种测量更精密、更准确的仪器。其主要特点是,它的发射换能器朝向与航线垂直的一个向下的扇面连续发射声脉冲。船上接收器把每个波束回波时间记录下来,计算机按所给的换算公式,很快就可以得出在那个波束接触海底处的水深数据。每一条船航线上多波束所覆盖的海底宽度的水深数据,都可以由电子计算机算出结果并用宽行打印机打在纸带上。利用多波束测深系统获得的数据还可以通过计算机自动地绘出测量海区范围内的等深线图,即海图。也就是说,使用多波束测深系统可以由计算机直接绘出海图来。

航空海洋遥感是怎么回事呢?

航空观测与航天观测是完全不同的。航空海洋遥感是利用飞机进行海上气象观测和海岸带摄影测量。从20世纪50年代开始,航空遥感技术就已经直接用于海洋水文研究了。当时,美国海军水文局在一次系统的、大规模的湾流考察中,首次使用飞机和多艘调查船进行协同调查。这次考察促使美国海洋研究机构进一步制订了发展航空海洋学的计划。从那以后,世界海洋学界便出现了“航空海洋学”这个新概念,各国利用飞机从事海洋调查研究者也日益增多,观测方法和仪器也不断得到改进。就海洋探测来说,飞机可以使用一些遥测仪器,也可以进行直接的海洋测量。航空海洋遥感有许多长处。例如,可以用空投AXBT测量海温垂直剖面,用专门的浮标装置直接测量海流和海浪,用投弃式声学浮标探测海水声学特性和进行水下声学监测等;机载气象传感器还可直接测量大气参数等,这些是卫星遥感技术目前做不到的。同时,飞机上的海洋遥感器受大气和环境因素影响小,测量结果比航天遥感器准确可靠,是卫星遥感器试验和确定地面标准所必不可少的。

怎样理解印刷海流计和照相型海流计?

印刷海流计是一种船用或浮标用的定点自记式测流仪器,最大使用深度为6000米,连续记录时间可长达2个月之久。它的记录装置由弹簧带动,自记工作时间是由时钟控制盘决定,流速、流向是被记录在纸带或锡箔上。我国于20世纪60年代研制的HLJl型印刷海流计用于锚定船只或浮标上可以自记平均流速和瞬时流向。HLJl型印刷海流计的测量范围:流速为3厘米/秒~148厘米/秒,流向为0度~360度,启动流速为2厘米/秒。自记工作天数的时间间隔分别是5,10,15,20,30,60,但实际上最长连续工作时间为57天。它在工作中是在水流推动下,借助于磁同步器和齿轮传动系统的作用,带动流速字盘旋转,在记录纸上就会自动印刷出流速的数据来。流向是根据海流计尾舵方向与记录机构内磁针间的夹角测定,并表示在磁针的流向字盘上,由印刷机构印刷下来。

照相型海流计是一种浮标和船用的定点自记测流仪器。照相型海流计是用一个大直径导流叶轮测量流速,用随海流方向转动的度盘显示出数字来测定流向,并把这些测量值用照相的办法记录在耐压壳内的胶卷上。胶卷一般宽16毫米,长15米,可记录6000幅照片。该仪器的测量深度为150米,自记工作时间可达30天。

投弃式探温计是怎样的呢?

“投弃”有“扔掉”的意思,假如真的把测试仪器扔掉了还怎么测量呢?实际上,这种仪器叫投弃式温度计(XBT),它是一种常用的测量温深的系统。它也由探头、信号传输线和接收系统组成,探头是通过发射架投放出去,探头感应的温度通过导线输入接收系统并根据仪器的下沉时间得到深度值。利用XBT进行温深观测时,可以在船舶航行时使用的称船用投弃式深温计;利用飞机投弃的称航空投弃式深温计。这种仪器的最大使用特性就是易投放,并能快速地获得温深资料。

声学多普勒海流计又是怎样的呢?

声学多普勒海流计是以声波在流动液体中的多普勒频移来测定海流速度。它的优点是声速可以自动校准,能连续记录,仪器无活动部件,无摩擦和滞后现象。测量时感应时间快,测量准确度高,还可以测弱流等。其缺点是存在仪器的本身发射功率、电池寿命和声波衰减等问题,因此限制了该类仪器的使用范围。该类仪器的流速准确度为±2厘米/秒,流向准确度为±5度,工作最大深度为50米~6000米。目前广泛使用的以美国和挪威的产品较多。

直读式海流计有什么特点呢?

除了印刷式、照相型等海流计之外,还有一种直读式海流计。顾名思义,直读式海流计的最大特点就是在现场测定时,直接从仪器显示的数据读出被测的数值来。直读式海流计主要用于观测200米以浅不同深度处的水流速度和方向,同时它还可以用浮子把探测器漂离船体测量表层流速度和方向。测量范围为流速3厘米/秒~350厘米/秒,准确度为±1.5%,流向0度~360度,准确度为±4度;仪器可直接显示观测数据手工记录,也可以打印取得记录。仪器的结构主要由水下探测器,水上数据终端等部分组成。水下探测器的工作状态由由微机系统通过三芯电缆控制,由流速和流向传感器采集的信号经转换后,通过三芯电缆送微机系统进行数据处理。

大面观测和断面观测又是怎么回事?

倘若你初涉海洋调查领域,你首先会听到两个常说的词:大面观测和断面观测。大面观测是为了了解某海区的水文等要素分布情况和变化规律,在该海区布设若干个测站,在一定的时间内对各站观测一次,这种调查方式称为大面观测。若大面观测站的站点布设位置一般按直线分布,由此直线所构成的断面叫做水文断面。水文断面的位置一般应垂直于陆岸或主要海流方向。其密集程度和站距,通常的原则是在近海岸线区域密一些,外海深水区域可稍疏一些。

连续观测是怎样的呢?

顾名思义,连续观测就是不间断的观测。为了解水文、气象、生物、化学要素的周日或逐日变化规律,在调查海区内选定具有代表性的测站,连续进行一日以上的观测称为连续观测。连续观测的观测项目,除了大面观测的观测项目外,还需进行海流观测。连续观测又分为周日连续观测和多日连续观测。周日连续观测,是当船只抛锚后连续观测24个小时以上,其中水深每小时观测一次;潮流至少应取25次记录;水温、水色、透明度每两小时观测一次,取13个记录;波浪、气象要求每三个小时观测一次,取7个~8个记录;海发光在夜间观测三次。多日连续观测是指连续两天或两天以上的观测。目前,各国采用的海洋水文气象遥测浮标站、固定式平台等是连续观测站的新发展。

同步观测与辅助观测是怎么回事呢?

同步观测是用两条或两条以上的调查船同时进行的海洋观测。它可以获得海洋要素同步或准同步的分布,对深入了解海洋现象的本质以及诸现象在时间和空间上的相互联系具有重要意义。对于海洋要素的时间变化比较显著的近岸浅海区,这种方法更为重要。

同步观测的方法可以多种多样,可以用一条船进行定点连续观测,另外船只配合进行断面或者大面观测;也可以由很多船同时在各个测站上进行观测。

辅助观测是为了获得较多的同时观测资料,从而补充大面观测和连续观测的不足,更真实地掌握水文气象要素的分布情况,可利用商船、军舰等非专门调查船只在海上活动的机会,定时地进行一些简单的水文气象观测。如船舶测报资料,就是辅助观测所获得的资料。

我国曾经参加过哪些国际海洋合作调查?