海洋光学浮标教材

第五章海洋光学浮标

1.前言

目前建设海洋强国已经是我国的一项基本国策,我国海洋监测高新技术发展的总体目标:

一是提高台风风暴潮和巨浪等海洋灾害的预报和警报能力,最大限度地减少由灾害造成的人民生命财产的损失;

二是提高对海洋生态环境污染和生态环境的监测能力,保护海洋健康;

三是提高海洋资源开发的环境保障能力,支持沿海和海洋经济发展及科技兴海战略;

四是提高国家海上安全防务的海洋监测和环境保障能力,加强国防建设;

五是提高对海洋环境的立体监测和时序数据获取能力,推进中国近海海洋科学的发展。

这五个方面是相互关联的,而当前最主要的是预警海洋灾害和保护海洋健康,即监测技术,其载体就是海洋仪器。

现代海洋监测技术总体上向高技术、高集成度、高时效、多平台、长时间序列、数字化方向发展。

典型海洋监测仪器：

遥感卫星

大面积、同步、近实时、全天候、全天时的对海观测,3 个月飞行获得的数据绘制的全球海面温度场相当于用传统的测温方法花50 年时间才能取得的效果。

机载海洋激光雷达

是一种主动式传感器，灵活性和抗干扰能力较强；

与船载仪器相比，由于飞机能够快速地飞过较长的海水带，因而它能够对探测海域进行大面积的测量；

由于飞机飞行的速度较快，因而它测量海域的结果在时间上变化小，能够真实地反映出临近海域的状况，不易受到较迅速变化的气候条件的影响；

飞行高度一般在几百米左右，因而在有云的天气条件下仍然能够进行测量，而这是星载传感器所不具备的；对于具有较高发射重复频率的激光雷达，其探测海面的水平分辨率远大于星载传感器；时间分辨激光雷达能够实现对海洋剖面信息的探测

船载仪器：

调查船载荷量和机舱空间较大，其携带的仪器设备较多，可对海洋进行全方位的相互印证探测。

海洋浮标

资料浮标的出现实现了长期、定点、连续、多参数的现场实时自动观测,这是调查船不可能做到的;

漂流浮标的出现,实现了大尺度的连续观测,尤其是可以在人或船舶、飞机都不可能到达的海域进行环境参数的观测;

声学多普勒海流剖面测量技术(ADCP) 的出现,把单点测流变为测剖面流,一次可测128 层,且最大剖面深度已达1200m。

全球海洋观测系统

全球海洋观测系统(GOOS)是海洋高技术的大规模集成。

包括海洋遥感遥测、自动观测、水声探测和探查技术，以及卫星、飞机、船舶、潜器、浮标、岸站等制造技术，相互连接形成立体、实时的海洋环境观测及监测系统。

以下4个国际机构发起并组织实施：政府间海洋学委员会(IOC)、世界气象组织、国际科学联合会理事会和联合国环境规划署。GOOS项目办公室设在巴黎IOC总部。

5.1 海洋光学浮标

1、海洋浮标

海洋浮标是一种现代化的海洋观测设施。它具有全天候、全天时稳定可靠的收集海洋环境资料的能力，并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。海洋浮标与卫星、飞机、调查船、潜水器及声波探测设备一起，组成了探测海洋奥秘的主体监测系统。海洋浮标技术是在传统技术的基础上发展起来的海洋监测新技术。

海洋浮标，一般分为水上和水下两部分。

水上部分装有多种气象要素传感器，分别测量辐照度、风速、风向、气温、气压和温度等气象要素；

水下部分有多种水文要素传感器，分别测量波浪、海流、潮位、海温和盐度等海洋水文要素。

各种传感器将采集到的信号，通过仪器自动处理，由发射机定时发出。地面接收站将收到的信号经过处理后，就得到了人们所需要的资料。通过对这些资料的掌握，会给人们的生产和生活带来极大的便利。如知道了海流流向，航海时便尽可能顺流而行；知道了风暴区域，航海时则可避开绕行；知道了潮位的异常升高，便可及时防备突发事件。

海洋浮标，一般分为水上和水下两部分。

水上部分装有多种气象要素传感器，分别测量辐照度、风速、风向、气温、气压和温度等气象要素；

水下部分有多种水文要素传感器，分别测量波浪、海流、潮位、海温和盐度等海洋水文要素。

各种传感器将采集到的信号，通过仪器自动处理，由发射机定时发出。地面接收站将收到的信号经过处理后，就得到了人们所需要的资料。通过对这些资料的掌握，会给人们的生产和生活带来极大的便利。如知道了海流流向，航海时便尽可能顺流而行；知道了风暴区域，航海时则可避开绕行；知道了潮位的异常升高，便可及时防备突发事件。

海洋浮标，一般分为水上和水下两部分。

水上部分装有多种气象要素传感器，分别测量辐照度、风速、风向、气温、气压和温度等气象要素；

水下部分有多种水文要素传感器，分别测量波浪、海流、潮位、海温和盐度等海洋水文要素。

各种传感器将采集到的信号，通过仪器自动处理，由发射机定时发出。地面接收站将收到的信号经过处理后，就得到了人们所需要的资料。通过对这些资料的掌握，会给人们的生产和生活带来极大的便利。如知道了海流流向，航海时便尽可能顺流而行；知道了风暴区域，航海时则可避开绕行；知道了潮位的异常升高，便可及时防备突发事件。

海洋浮标的种类比较多，有锚定类型浮标和漂流类型浮标。其中前者包括气象资料浮标、海水水质监测浮标、波浪浮标等；后者有表面漂流浮标、中性浮标、各种小型漂流器等。

漂流浮标分为两类：

一类称为表层漂流浮标，浮体位于海面，测量的是浮体下面悬挂的水帆所处深度的海流；

另一类称为次表层漂流浮标，浮体位于水下1000~Z000m 之间某一深度(在该深度上浮体所受的浮力呈中性，故又称中性浮标)，测量的是该深度的海流。

表层漂流浮标历史悠久，但一直到1978年Argos卫星定位和数据收集系统建立之后才获得迅速发展。90年代表层漂流浮标在技术上有两个明显的发展：

(1)过去表层漂流浮标主要用于大洋，不予回收，随着全球定位系统(GPS)的建立，精确定位成为可能，开始出现了一批可供或专供近海使用的表层漂流浮标，并且可以回收(否回收则取决于浮标购置费与船时人工费的权衡比较)；

(2)过去表层漂流浮标测量的参数有限，现在增多了，几乎与常规的锚泊资料浮标相差无几。

锚泊浮标

锚泊浮标的研制始于第二次世界大战以后，到70年代后期、8O年代前期趋于成熟。最近十几年来，锚泊浮标的发展在微观方面主要是随着科学技术的进步不断地更新自身的传感器、数据采集器、通讯手段、电源、浮体和锚系，在宏观方面则有两个引人瞩目的动向

(1)从以海洋气象、水文测量为主扩展至水质监测，出现了一系列的气象／水文／水质并重的或专事水质监测的锚泊浮标。

(2)锚泊浮标测量系统和潜标测量系统合二为一，形成绷紧式锚泊浮标测量系统，即在浮标上进行海面气象水文测量，在绷紧式锚索上悬挂一系列仪器测量各个水层的温度、盐度、海流和某些生物化学参数，水下测量数据利用单芯电缆感应耦合传至浮标，与浮标本身测得的数据一起通过卫星传送给陆地接收站。海岸浮标是一种比较常用的锚定浮标，适合于短期科学实验及环境监控计算，也适全于某些海底的测量工作。浮标的底部如钟摆式长臂，固定于附加装置上。海岸浮标能将测得的数据传给卫星，再由卫星将信号传送到地面接收站和海洋环境监测网。

锚泊海洋资料浮标有大型圆盘浮标，主要用于恶劣条件下的海洋科学试验；