表层漂流浮标及其跟踪技术

第16卷　第2期1997年6月

海　洋　技　术

OCEAN T ECHNOLOGY

Vol.16,No.2

June,1997表层漂流浮标及其跟踪技术

余立中 山广林

(国家海洋局海洋技术研究所,天津,300111)

摘　要

漂流浮标是一种小型海洋资料浮标,具有自动采集海洋水文气象数据、自动定位与数据传输

的功能。它可以在海洋中对表层海流进行大尺度测量与描绘,属一次性使用仪器。其体积小,便于

投放,按照不同的使用目的可连续在海上工作几个月到两年。

FZ S3-1型表层漂流浮标在海上进行漂流及跟踪实验,自1995年5月至1996年1月在海上漂流并把采集的数据送回地面接收站。用从A RG OS服务中心索取的资料,描绘了一条连续完整

的流迹曲线。文章详细地论述了试验结果。

A RG OS卫星定位与数据传输系统的建立使漂流浮标有了更大的发展,文章简要地介绍了国

外表层漂流浮标的典型产品,并介绍了漂流浮标的跟踪技术,尤其是利用A RGO S系统定位和传

输数据的技术。

关键词　漂流浮标　跟踪　传输技术

漂流浮标是依照海洋调查、环境监测、气象预报和科学实验的需要而逐步发展起来的一种小型海洋资料浮标。可自动连续采集海洋水文气象数据,有定位和传输数据的功能。浮标布放后随被测层海流自由漂移,同时对已设定的各项测量参数连续不停地采集。它依靠固定的卫星通讯网定位并将观测到的各种参数数据传输到地面接收站,数据经计算机处理后提供给用户。因此,该浮标可在各种海洋调查中对海流走向、流径进行大尺度测量。有体积小、重量轻、便于投放、不易遭破坏、不受人为限制等特点,可在海洋中连续工作几个月至两年,适用于大面积海域调查、海气相互作用研究、自然灾害和突发性环境污染调查等诸多方面。历年国际大型海洋科学实验表明:漂流浮标对那些缺乏数据海域的气象水文分析和预测非常重要,在海流数值及其变化量的分布,对大洋环流研究则起着更为重要作用。

地球极轨卫星和同步卫星的发射为全球海洋环境监测和发展奠定了基础。漂流浮标真正成为海洋水文观测工具是在70年代以后,它利用ARGOS(卫星定位与数据传输)系统定位及传输数据,有较高的可靠性、数据接收率和定位精度。观测项目包揽海表面气象参数、表层水文要素、定深分层水温测量等。

西方经济发达国家早就将漂流浮标用于海洋大尺度测量上,70年代后期ARGOS系统的收稿日期:1997-03-26

建立使漂流浮标有了更大的发展。仅海面型观测项目就包揽了气象参数、表层水文要素及用测

温链进行水温分层测量等等。

图1　ECOM AR 型

ARGOS 系统的多项目应用中,海洋环境

监测是较重要的一项。而漂流浮标与A RGOS

的关系最为密切,后者使前者进入实用化阶

段。历年来,全世界投入使用的PTT 中,大约

有一半以上安装在漂流浮标上。据1991年11

月出版的《ARGOS 简讯》报导:1990～1995年

有关国家计划在太平洋布放1369个漂流

浮图2　M A R ISON DE G T 型

标。日本、韩国等国家和我国台湾地区每年有相当数量的漂流浮标布放。日本海上安全局用单参数漂流浮标监测黑潮的流径、流速,可测表层水温。其外形呈纺锤形,高1.72m ,最大直径处为0.7m 。美国国家浮标数据中心(NDBG)在T OGA 中使用了一种气象型漂流浮标,水面以上呈桅杆状,水文要素包括了波高和波周期,在海上可连续采集18个月的数据。法国漂流浮标产品也较齐全,有只设置PT T 用来测流的特轻型漂流浮标,仅26kg ,还有较大的气象型漂流浮标,均可带有100m 测温链,用微机控制数据采集和数据处理。(图1、图2)。

表1测量参数

范　围分辨率采样时间周　期系统精度气　压

900～1050hpa 0.15hpa 4s 1～10min ±1hpa 气　温

-40～+50℃0.1℃可变可变±1℃水表层次表层

-5～+35℃0.16℃可变可变±0.5℃风　速0～40m /s 1m /s 1s 10min ±1m /s 风　向

360°10°1s 10min ±15°有效波高

0～20m 0.1m 0.67s 20min ±0.5m 波周期2～20s 1s 0.67s 20min ±1s

2 海　洋　技　术 第16卷

从现已收集到的资料看,国外漂流浮标产

品是根据用途而有不同类型。世界气象组织曾

公布过标准型气象漂流浮标的观测指标(表

1)。

FZS 3-1型表层漂流浮标是国家海洋局

海洋技术研究所于1994年在国内首次研制成

功的。它可连续采集水深约2.5m 处的温度,

由ARGOS 系统定位和传输数据。1995年5

月该漂标在海上进行漂流及跟踪实验,直至

1996年1月它仍在海上工作并把采集的数据

送回地面接收站。

FXS 3-1型漂流浮标系统主要由标体和

水帆组成(图3),标体为圆柱形,呈直立状态

浮在水中,内部装有ARGOS 发射机、天线、水

温传感器、电源等。水帆是中空长圆筒形,

布放图3　浮标系统

展开后它处在被测流层位置,有缆绳与标体连接,标体由水帆拖曳,随被测海流自由漂移,在海中的FZS 3-1型漂流浮标,保持着ARGOS 天线部位经常露在水面以上,布放的浮标经受住八个月风浪考验,始终可靠的不间断的工作,传送回大量的连续采集数据。从ARGOS 服务中心得到了上万组水温、定位和电路工作情况资料,为我国海表面漂流浮标研究提供了较为可靠的依据。

1　总体方案

漂流浮标属拉格朗日法测流,它的基本出发点是让浮标自由漂流和随被测海流同步漂移。设计时要使被测流层的推动力起主要作用,其它因素的影响愈小愈好。从此目的出发,浮标系统选用圆柱形标体与定深系缆连结水帆组成。标体内包容了全部电子仪器,其上端是ARGOS 发射天线,正常情况应露出水面,温度传感器装置在标体下部。标体还是系统的浮体,用来保持浮标在海上漂流时的正常姿态。系统正常工作状态应尽量使标体呈直立状,天线部分在水面以上约60cm 左右。标体下端用柔软钢缆系住圆筒形水帆,系缆使水帆处在被测海流层中。为使水帆在流中尽量展开,其下端装有配重。浮标是一次性使用设备,一般都在布放前进行标体水密封装。此刻,电子仪器已进入正常工作状态,即连续测温及发射数据信号。为确定浮标在投放前PT T (平台发射终端)是否工作正常,工作人员须备有ARGOS 上行信号检测器,迅速检查PT T 工作与否以便妥善处理。

浮标的结构

浮标结构可分成标体、水帆及系缆三部分。

浮标体　用ABS 工程塑料管密封而成,它即是载体又是浮体。故要求其本身具有较高的机械强度,耐海水浸泡,较好的化学稳定性及最小的吸水率及不渗漏。标体内自上而下装有天线、发射机、电池组和水温传感器(图4)

内部仪器由金属支架牢固固定,空余部分用泡沫塑料填充。壳体及内部件应稳固的组成一3　第2期 表层漂流浮标及其跟踪技术