第七章海流观测

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一：海流观测方法
2 定点观测海流
目前，海洋水文观测中，通常采用定点方法测流， 以锚定的船只或浮标，海上平台或特制固定架等为承 载工具，悬挂海流计进行海流观测 （1）定点台架方式测流 在浅海海流观测中，若能用固定台架悬挂仪器，使海 流计处于稳定状态，则可测得比较准确的海流资料并能 进行长时间的连续观测。 （A）水面台架：若在观测海区内已有与测流点比较吻合 的海上平台或其它可借用的固定台架，用以悬挂海流计， 将是既节省又有效的测流方式。实测时，要尽可能地避免 台架等对流场产生的影响，否则，测得的海流资料误差过 大，甚至不能使用。
4 海流连续观测的精度要求
流速不大于100cm/s时，水深在200m以浅的海区，流速测 量的准确度应为± 5cm/s。 水深在200m以深的海区，流速测量的准确度为± 3cm/s， 流向测量的准确度为10°。 流速超过100cm/s时，水深在200m以浅的海区，流速测量 的准确度为± 3%，流向测量的准确度均为10°。
一：海流观测方法
2 定点观测海流
(B)海底台架：按一定尺寸制作等三角形或正棱锥形台架 放置于海底，将海流计固定于框架中部的适当位置，就 能长时间连续观测浅海底层流。当然，首先必须能够保 证仪器安全并能确保台架不会在风浪作用下翻倒或出现 其它意外事件。 我国曾用这个方式将三架海流计悬挂于正棱锥铁架 上，放于石臼大港水深10m的海底上，测量距底0.3m、 1m、2m的海流长达1年以上，以研究海底粗糙度，计算 泥沙起动流速。这也是我国第一次用这种方法测流。
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1 浮标、漂移测流法
实测中，首先根据温盐观测值，确定出待测海流层
的海水密度，按此等效密度调节中性浮子，施放的中性 浮子在预定的水层上处于重力和海水浮力相平衡的状态 下，在这个预定水层上随海水一同漂流，观测船上利用 声纳跟踪中性浮子的漂移，消除掉因船体漂移产生的相 对运动，即可测出相应水层的流动速度和方向。
随着海流仪器的发展，这些精度要求也在逐渐提高。
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5 海流观测的注意事项
(1) 观测浅层(船吃水深度三倍以内的水层)海流时， 应借助小型锚定浮标或施放小艇进行观测，以消除船体
的影响；利用调查船为承载工具测浅层以下各层海流时，
若使用非自记海流计，待海流计沉放至预定观测水层后 即可进行观测；使用自记海流计，可根据绞车和钢丝绳
2 定点观测海流 （2）锚定浮标
最新发展的大、中型多要素水文气象观测浮标一般都有 测流探头，可进行长时间的连续的海流观测。
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2 定点观测海流
（3）锚定船测流 以船只为承载工具，利用绞车和钢丝绳悬挂海流计观测海 流仍是常用的和最主要的测流方式。 首先根据水深确定观测层次，然后将海流计沉放至预定水 层，测量流速和流向并记下观测时间。当钢丝或电缆倾角大于 10° 时，需作深度的倾角订正。如用自记海流计，可根据绞 车和钢丝绳的负载，采用三角架和平衡浮标，在绞车的钢丝绳 上悬挂多台海流计同时观测多层海流。
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1 浮标、漂移测流法
浮标漂移测流方法是根据自由漂移物随海水流动的 情况来确定海水的流速、流向，主要适用于表层流的 观测。最早的漂移物就是船体本身或偶然遇到的漂浮 物，以后逐渐发展成使用人工特制的浮标。
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1 浮标、漂移测流法
浮标漂移测流法虽然是一种比较古老的方法，但在 表层观测中有其方便实用之优点。随着科学技术的发 展，漂移物移动情况的跟踪，已开始应用雷达定位、 航空摄影、无线电定位等工具来测定，这样就可以取 得较为精确的海流资料。
动坐标由下式确定：
x x( x0 ,t - t 0 ), x0 ( x0 ,t 0 )
流速可确定为坐标对于时间的导数：
v ( x, t - t 0 ) x ( x 0 ,t - t 0 ) t
x - x0 v( x0 ,t - t 0 )dt
t0
t
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1 浮标、漂移测流法
（1）漂流瓶测表层流 漂流瓶(又称邮瓶)通常被用来研究海流的大致情况，根据漂流 瓶的漂移路径及所花时间就可以大致地确定流速和流向。
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2 定点观测海流
（2）锚定浮标 以锚定浮标或潜标为承载工具，悬挂自记式海流计进 行海流观测，称为锚定浮标测流。有的仅用于观测表层 海流，有的则用于同时观测多层海流。前者通常设放在 进行周日连续观测的调查船附近，以取得海流周日连续 观测资料。观测结束时将浮标收回。后者一般是单独或 多个联合使用，以取得长时间海流资料，观测结束时将 浮标收回。
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进行海流观测时，要按一定时间间隔持续观测一昼夜 或多昼夜，所得到的结果是常流和潮流运动的合成。对
一昼夜或多昼夜获得的资料，经过计算，可将这两部份
分离开来。水平方向周期性的流动称为潮流，其剩余部 分称为常流、余流或通称海流。
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掌握海水运动的规律非常重要，它可以直接为国防、生
产、海运交通、渔业、建港等服务。海流与渔业的关系密 切，在寒施和暖流交汇的地方往往形成良好的渔场。 如：
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5 海流观测的注意事项
当施放海流计的钢丝绳或电缆的倾角超过10° ，应进 行倾角订正。
以船只为承载工具进行海流连续观测时，应每三小时 观测一次船位。如发现船只严重走锚(超过定位准确度要 求)，应移至原位，重新开始观测。
周日连续观测一般不得缺测，凡中断观测两小时以上 者，最好重新观测。
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二：海流计简介
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欧拉法
欧拉法是以流体质点流经流场中各空间点的运动 即以流场作为描述对象研究流动的方法。
它不直接追究质点的运动过程，而是以充满运动 液体质点的空间——流场为对象。研究各时刻质点在 流场中的变化规律。将个别流体质点运动过程置之不 理，而固守于流场各空间点。通过观察在流动空间中 的每一个空间点上运动要素随时间的变化，把足够多 的空间点综合起来而得出的整个流体的运动情况。
7.1 海流观测方法
7.2 海流计简介
7.3 海流时间及误差分析 7.4 直读式海流计使用 7.5 声学多普勒海流剖面仪使用 7.6 海流观测资料处理
7.7 余流分析
海流概况：
海水运动是乱流、波动、周期特性潮流与稳定的“常流” 综合作用结果。这些流动具有不同尺度、速度与周期，并且 随风、季节和年份而变。其强度一般由海表面向深层递减。 海流观测主要是指海水运动空间尺度较大（大于5km）、 时间尺度较长（周期超过12h）的运动，其中包括潮流和常 流（余流）两个部分。因此，乱流与波动排除在外。 潮流是伴随着潮汐涨落现象所作的周期性变化的海水 流动。它是由月亮与太阳的引潮力引起的。在一昼夜时 间内，其变化周期有半日（半日潮）和全日（全日潮） 两种。
海流观测是水文观测最重要而又是困难的观测项目，
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拉格朗日法
拉格朗日法又称随体法：跟随流体质点运动，记录 该质点在运动过程中物理量随时间变化规。 拉格朗日法是以研究单个流体质点运动过程作为 基础，综合所有质点的运动，构成整个流体的运动。 以某一起始时刻每个质点的坐标位置（a、b、c）， 作为该质点的标志。 任何时刻任意质点在空间的位置 (x、y、z)都可以看成是（a、b、c）和t的函数。 拉格朗日法基本特点: 追踪流体质点的运动。 优点: 可直接运用固体力学中质点动力学进行分析
漂浮法测流是使浮子随海流运动，再记录浮子的空 间－时间位置。为此，使用了表面浮标，中性浮标， 带水下帆的浮标，浮游冰块等。这些方法具有主动和 被动性质，因此，可以借助于岸边，船上，飞机或者 卫星上的无线电测向和定位系统跟踪浮标的运动。测 5 较大深度的流速和流向则采用中性浮标。
1 浮标、漂移测流法 浮标法的测点是在拉格朗日坐标系统中进行的，取起始 坐标 X0 和从开始时间起所经过的时间t-t0 为独立变量。流
北海道渔场 位于日本北海道 形成条件：日本暖流 与千岛寒流交汇。世界第一大渔场。
纽芬兰渔场 北美洲东岸，加拿大境内，纽芬兰岛附近
形成条件：墨西哥湾暖流与拉布拉多寒流交汇，“踏着水中
雪鱼脊背就可以走上岸” 北wk.baidu.com渔场 位于欧洲西部北海 形成条件：北上的北大
西洋暖流与南下的东格陵兰寒流在北海交汇。
秘鲁渔场 秘鲁沿岸在东南信风带内，东南信风从 南美大陆吹向太平洋，使沿岸表层水离岸而去，底层海水上 升补充，而形成上升补偿流，把海底营养盐带至表层。
（流线改变或船磁影响），使得流速、流向测量不准。
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一：海流观测方法
海流连续观测的时间长度不少于25h，至少每小时 观测一次，预报潮流的测站，一般应不少于三次符合良 好天文条件的周日连续观测。在测量海流的同时，还要 同时进行风速、风向等气象要素观测。以便对海流变化 提供客观分析条件。 观测海流的方式一般划分为：随流观测的拉格朗日 法和定点的欧拉法 。
的负载，串挂多台海流计同时测多层海流。测流时必须
记录观测开始时间和结束时间。
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5 海流观测的注意事项
(2) 如果用自记海流计悬挂于浮标或潜标上进行海流观测时，
投入与回收浮标(或潜标)的船只必须具备专用提吊设备，浮标(或
潜标)锚定后记录观测开始时间和浮标（或潜标)准确位置。观测 结束回收浮标(或潜标)前记录观测结束时间。 浮标或潜标上的 闪光装置须切实水密，保证正常连续闪光，在深海测流时，如船 只抛锚困难且深层流速确实很小，可用“双机法”观测，即在漂 移船只上，将一台海流计置于预定观测水层，而将另一台海流计 沉放至“无流层”。两层海流计观测结果的矢量差，便是预定水 层的海流观测值。
一：海流观测方法
海流的观测包括流向和流速两项。 单位时间内海水流动的距离称为流速，单位为cm/s 。 流向指海水流去的方向，单位为度，正北为0，顺时针旋转， 正东为90，正南为180，正西为270。 海流观测层次参照温度观测层次，根据需要选定。但海流 观测的表层，规定为0~3m以内的水层。由于船体的影响
海水还有沿一定路径、方向基本朝向一个方向的大规 模的运动，这种准定常运动称为常流（余流）。 它是由各种原因，例如风的作用，海洋受热不均匀， 地形的影响等产生的。常流有点象陆地上的江河，它可
以把一个区域的海水输运到另一个区域，但是，它比江 河的能量大得多。强大者其宽度有时可达200km，深度 可达2000m左右。它们所能输运的水量，要比陆地上所 有大小江河输送水量的总和还要大几十倍。
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1 浮标、漂移测流法
（2）双联浮筒测表层流 双联浮筒是浮标测流中常用的一 种工具，船只锚定后或在海上平 台等相对稳定的载体上，在船尾 放出双联浮筒，根据它的移动情 况测定表层流的平均流速和流向。
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1 浮标、漂移测流法
（3）跟踪浮标法 (A)船体跟踪：将一个浮体(或双联浮筒)施放于一选定的海
面上，使之自由地随海水流动，观测者乘小船始终尾随浮
一：海流观测方法
3 走航测流
在船只行走的同时观测海流，不仅可以节省时间，提高
效益，而且可以同时测多层海流。此外，使常规方法很难测 流的海区(如深海)的海流观测得以实现。 新近发展和应用的一些走航式海流观测仪器(如ADCP)， 为海流观测开辟了新的途径，测流方式提高到了新的水平， 其测流原理大多是，测出船对海底的绝对速度，同时测出船 对水的相对速度，再矢量合成得水对海底的速度即海水的流 速、流向。
的随海水自由流动的浮标，在岸上用雷达跟踪定位；
有的浮标本身就可定时地发射无线电讯号，送入天空 运行的卫星中再返回地面接收系统。还有的使用航空
摄影的方式来测定浮标的移动情况，从而观测相应的
海区海水流动的状况，等。 8
1 浮标、漂移测流法
（4）中性浮子测流
深海中下层海流的观测相对而言是比较困难的，通常 的观测方法都难以实施。而中性浮子由于其本身可调节 性，可适用于这种深海海流的观测，如美国Bcnthous公 司生产的中性浮子(1958年英国的 Swallow 发明），可 适用于0~6000m深范围内的海流测量。
体移动并按特定的时间间隔从船上定位或从岸边确定船位， 这样连续观测，一般要延续一个半日潮周期，并画出浮体
在此时间段内的运行轨迹，进而得出该海区相应时间段内
的海水运动的基本状态。 这种方式必须在良好的天气状况下才能进行。
1 浮标、漂移测流法 （3）跟踪浮标法 (B)仪器跟踪：随着高科技技术的发展和应用，新的更 准确更方便的仪器跟踪浮标及相应的观测方式相继产 生，并开始应用于海流实测之中，有的使用人工特制