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第四章 海洋減災(zāi)防災(zāi) 第四節(jié) 海洋調(diào)查和探測(cè)技術(shù) 海洋調(diào)查和探測(cè)技術(shù)是海洋開(kāi)發(fā)利用和減災(zāi)的先導(dǎo)，而海洋開(kāi)發(fā)和利用也促進(jìn)海洋調(diào)查和探測(cè)技術(shù)的發(fā)展。 分類(lèi) 海面：有調(diào)查船、浮標(biāo)站； 水下：有潛水器、水下試驗(yàn)室和水聲技術(shù)； 空中：技術(shù)裝備有飛機(jī)； 空間：衛(wèi)星。 一、海洋調(diào)查船 鼻祖：英國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)科學(xué)考察船，排水量2300t、由軍艦改裝成，1872年12月至1876年5月間自大西洋，經(jīng)印度洋入太平洋，繞地球一周，航程12.6萬(wàn)公里，完成近代海洋科學(xué)“奠基性調(diào)查”。 海洋調(diào)查船仍是海洋調(diào)查研究主要工具。現(xiàn)代化海洋調(diào)查船裝備有自動(dòng)化的導(dǎo)航定位系統(tǒng)、機(jī)艙操縱控制系統(tǒng)、調(diào)查資料獲取與處理系統(tǒng)。 1.海洋調(diào)查船的類(lèi)型(調(diào)查任務(wù)) ①綜合調(diào)查船： 從事海洋基礎(chǔ)科學(xué)考察，學(xué)術(shù)性較強(qiáng)，多屬海洋科學(xué)研究部門(mén)和院校。 具備觀測(cè)和采集海洋水文、氣象、物理、化學(xué)、生物和地質(zhì)的基本資料和樣品所需要的儀器設(shè)備；具備整理分析資料、鑒定處理標(biāo)本樣品和進(jìn)行初步綜合研究工作所需要的條件和手段；能同時(shí)進(jìn)行多種學(xué)科的綜合考察研究. 排水量大，性能好，儀器設(shè)備先進(jìn)齊全，續(xù)航力大，自持力長(zhǎng)。例如美國(guó)的“海洋學(xué)家”號(hào)、英國(guó)的“發(fā)現(xiàn)”號(hào)等都是世界著名的綜合調(diào)查船。 ②專(zhuān)業(yè)調(diào)查船： 承擔(dān)海洋學(xué)某一分支學(xué)科的調(diào)查任務(wù)、重點(diǎn)突出、工作深入等優(yōu)點(diǎn)，船體也較小。 第一海洋測(cè)量船：主要從事海道測(cè)量和測(cè)繪海圖，通常歸屬各國(guó)海軍和政府部門(mén)。 排水量和續(xù)航力中等，吃水不大，有較好的導(dǎo)航、定位和測(cè)深設(shè)備，有些配備有近岸測(cè)量艇及電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 第二開(kāi)發(fā)研究船：直接服務(wù)海洋開(kāi)發(fā)利用。如地球物理勘探船、地質(zhì)調(diào)查船、漁業(yè)調(diào)查船、氣象觀測(cè)船、水聲考察船等等，都是以特定的海洋開(kāi)發(fā)利用為目標(biāo)而進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的調(diào)查研究。 ③特種海洋調(diào)查船： 第一，宇宙調(diào)查船：考察高層大氣，接收衛(wèi)星或宇宙飛船等發(fā)來(lái)的信號(hào)并發(fā)出指令，解決與宇宙裝置飛行有關(guān)的問(wèn)題。我國(guó)的“遠(yuǎn)望”號(hào)航天測(cè)量船隊(duì)，1997年曾首次成功地應(yīng)用“姿章聯(lián)控” 技術(shù)，使衛(wèi)星的運(yùn)行姿態(tài)和受衛(wèi)星形態(tài)影響所產(chǎn)生的搖擺得到控制。 第二，極地調(diào)查船：考察兩極， 船體堅(jiān)固、續(xù)航力長(zhǎng)、破冰能力強(qiáng)、防寒性能好。我國(guó)極地考察船“雪龍”號(hào)能以1.5節(jié)航速連續(xù)破冰厚度1.1m（含0.2m雪）。 第三，深海采礦鉆探船：為試驗(yàn)開(kāi)采洋底錳結(jié)核礦而建，具有海底采礦、打撈、鋪設(shè)海底管線和海洋調(diào)查多種功能。 2. 調(diào)查船特點(diǎn) ① 低速操縱性：調(diào)查作業(yè)多以低速行進(jìn)，要求船要有靈活的操縱性。 ②導(dǎo)航設(shè)備：應(yīng)用新的無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可進(jìn)行全球、全天候?qū)Ш蕉ㄎ弧?③實(shí)驗(yàn)室、作業(yè)區(qū)布局和調(diào)查設(shè)備：寬大的工作甲板和實(shí)驗(yàn)室空間； ④調(diào)查船新型船殼設(shè)計(jì)：吃水淺、穩(wěn)定性好。 ⑥動(dòng)力定位系統(tǒng)：定位要求高的已用此系統(tǒng)。 ⑤計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化：采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，提高調(diào)查船操縱、動(dòng)力定位、采樣自動(dòng)化、數(shù)據(jù)處理等性能。二、海洋浮標(biāo) 海洋浮標(biāo)載有探測(cè)用的各類(lèi)傳感器在海洋上進(jìn)行定點(diǎn)（或飄流）的長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)，費(fèi)用低，能收集到惡劣天氣及海況的資料。二戰(zhàn)德國(guó)率先使用；20世紀(jì)70年代，技術(shù)成熟。 1.海洋浮標(biāo)的分類(lèi)（所處的位置） ①錨泊浮標(biāo)：用錨把浮標(biāo)系在預(yù)定的地點(diǎn)，可定點(diǎn)、定時(shí)、長(zhǎng)期、連續(xù)、較準(zhǔn)確收集水文氣象資料。 ②漂流浮標(biāo)：在海上隨波逐流地收集大面積有關(guān)海洋資料，簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)之特點(diǎn)。為厄爾尼諾、海氣相互作用等的研究，提供海洋環(huán)境資料。 ③潛標(biāo)則可潛于海中，避開(kāi)表層惡劣‘海況’ 用于深海測(cè)流以及深層的水文要素測(cè)量。 2.海洋浮標(biāo)技術(shù)的組成 ①海上測(cè)報(bào)六部分 浮體、傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)。 漂流浮標(biāo)，它邊觀測(cè)邊發(fā)報(bào)，通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)播所觀測(cè)的資料并確定漂流浮標(biāo)的位置。 對(duì)于潛標(biāo)系統(tǒng)，由水下測(cè)量系統(tǒng)和布放回收潛標(biāo)的船上信號(hào)發(fā)射和接受兩部分組成。 ②岸上接收部分 遙控發(fā)射機(jī)、遙測(cè)接收機(jī)、天線、計(jì)算機(jī)、時(shí)序控制器、解調(diào)譯碼器，電傳打字機(jī)和數(shù)字磁帶機(jī)等 。三、海洋遙感技術(shù) 海洋遙感技術(shù)可以解決大面積海區(qū)同時(shí)而又系統(tǒng)的調(diào)查和觀測(cè)問(wèn)題。把傳感器裝在人造衛(wèi)星、宇宙飛船、飛機(jī)、地面等工作平臺(tái)上，對(duì)海洋進(jìn)行遠(yuǎn)距離非接觸觀測(cè)，取得海洋景觀和海洋要素的圖像或數(shù)據(jù)資料。包括遙感：工作平臺(tái)、傳感系統(tǒng)、信息處理和應(yīng)用四部分。 歷史：始于二戰(zhàn)，發(fā)展最早的是河口海岸制圖和近海水深測(cè)量中利用航空遙感技術(shù)。 1.遙感工作平臺(tái) ①地面工作平臺(tái) 工作平臺(tái)在地面上，如地面遙感站、車(chē)載雷達(dá)等。弱點(diǎn)只能進(jìn)行定點(diǎn)或局部的觀測(cè)。 ②航空工作平臺(tái) 指飛機(jī)、氣球和探空火箭等。觀測(cè)范圍較寬且測(cè)量精度較高，特別適合于海岸帶和局部海區(qū)的遙感觀測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。在航空遙感中使用一些遙測(cè)儀器，是航天遙感做不到的。 ③航天工作平臺(tái) 指人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等。航天遙感的突出特點(diǎn)觀測(cè)范圍大。缺點(diǎn)是技術(shù)復(fù)雜、對(duì)傳感器的要求高、測(cè)量精度比不上地面和航空遙感。 地球資源衛(wèi)星所覆蓋面積達(dá)34000km2，每18天就可覆蓋地球一遍。飛行高度在10km左右的遙感飛機(jī)，一張航空像片覆蓋的面積10－30km2，探測(cè)一遍全球表面大約需要十幾年的時(shí)間。 2.遙感傳感器 ①可見(jiàn)光傳感器 可見(jiàn)光是電磁波的一部分，所占的波長(zhǎng)范圍是0.38—0.78μm。 常用各種類(lèi)型的照相機(jī)、多光譜照相機(jī)、多光譜掃描儀、沿岸帶水色掃描儀和電視攝像系統(tǒng)等。 可見(jiàn)光傳感器的特點(diǎn)是空間分辨能力高；比較直觀、分析解譯較容易。 適宜于拍攝云圖、觀測(cè)海冰、海岸形態(tài)、沿岸流流向、波浪折射、淺海測(cè)深、海島和淺灘定位以及測(cè)定海洋水色透明度及葉綠素含量等。 其缺點(diǎn)是不具有全天時(shí)（只能在白天）、全天候（不能透過(guò)云霧）的工作能力。 ②紅外傳感器 紅外線也是電磁波的一部分，波長(zhǎng)范圍是0.78μm—1mm。 紅外傳感器：紅外掃描儀、多光譜掃描儀和沿岸帶水色掃描儀也包括一二個(gè)紅外信道。 反射紅外，其特點(diǎn)與可見(jiàn)光差不多；熱紅外根據(jù)物體輻射出來(lái)的紅外線（強(qiáng)度取決于物體的溫度）。例如，機(jī)載的紅外輻射溫度計(jì)，測(cè)溫絕對(duì)精度可達(dá)±0.2℃；紅外掃描儀可區(qū)別0.5--1℃的溫差，用于沿岸和河口熱污染的監(jiān)測(cè)。 特點(diǎn)是：空間分辨率高（接近于可見(jiàn)光傳感器）；照片較直觀、解譯不很難；熱紅外傳感器具有全天時(shí)（即夜間也能工作）的工作能力。 缺點(diǎn)是不能透過(guò)云蓋、煙霧等。 ③微波傳感器 波長(zhǎng)在1mm至30cm之間的電磁波稱(chēng)為微波。微波傳感器：各種微波輻射計(jì)、微波散射計(jì)、雷達(dá)高度計(jì)、微波側(cè)視雷達(dá)和合成孔徑雷達(dá)。 微波對(duì)云層、冰雪、地表植被有一定的穿透能力；可以直接測(cè)量大氣參數(shù)。微波傳感器特別適用于海洋，海水是一種導(dǎo)體，可以測(cè)量海水鹽度。海冰厚度、海面風(fēng)速、風(fēng)向以及波浪、海面油膜的厚度，這些都是可見(jiàn)光和紅外傳感器做不到的。 被動(dòng)微波動(dòng)傳感器，亦稱(chēng)無(wú)源傳感器。它本身沒(méi)有電磁波發(fā)射源，只靠接受目標(biāo)所輻射和反射的電磁波進(jìn)行探測(cè)。 主動(dòng)微波傳感器：向目標(biāo)發(fā)射電磁波，通過(guò)接受目標(biāo)回波，完成探測(cè)識(shí)別。所獲取的回波與日照的變化無(wú)關(guān)，圖像穩(wěn)定清晰，容易判讀。 目前海洋衛(wèi)星使用雷達(dá)高度計(jì)：獲取海洋水準(zhǔn)面、重力異常、表面流流速、潮汐高度、波浪高度（波高測(cè)量精度可達(dá)±10cm，流速測(cè)量精度可達(dá)±20cm）；使用合成孔徑雷達(dá)：獲取海面波、內(nèi)波、海流等海洋特征資料；使用微波散射計(jì)：獲取海面風(fēng)的資料（風(fēng)速土1.7m/s，風(fēng)向測(cè)量為土17°）。 特點(diǎn)：具有全天時(shí)（晝夜都能工作）、全天候（能穿透云霧、降雨等）的工作能力；易于實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式遙感。缺點(diǎn)是獲取的資料分析解譯較復(fù)雜，空間分辨力較低（合成孔徑雷達(dá)除外）。 3.遙感信息處理 遙感信息處理的目的是： ①把用戶看不懂或很難懂的信息轉(zhuǎn)換成用戶很容易看懂的形式，如把照片或計(jì)算機(jī)用磁帶轉(zhuǎn)換成圖。 ②把照片中不明顯的信息顯示出來(lái)。 ③把照片的灰階（黑白程度）數(shù)字化，以便進(jìn)行定量測(cè)量和計(jì)算。 目前，遙感信息處理的方法一般來(lái)說(shuō)有二種：一是電子光學(xué)影像增強(qiáng)技術(shù)，即利用電子光學(xué)技術(shù)處理遙感照片，使照片中的信息更加突出明顯；另一種是計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。 4.遙感技術(shù)在海洋中的應(yīng)用 ①海洋氣象學(xué)：觀測(cè)臺(tái)風(fēng)的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定臺(tái)風(fēng)中心位置。 ②海洋水文學(xué)：測(cè)量海面溫度、鹽度、水團(tuán)、海流、波浪和海冰。 ③海洋生物學(xué)：利用多光譜遙感技術(shù)，可以觀測(cè)海水的水色和透明度，估計(jì)海水中葉綠素的含量，有助于海洋初級(jí)生產(chǎn)力的研究。 ④海洋漁業(yè)：遙感技術(shù)可用于偵察魚(yú)群，幫助漁船增加漁獲量。 ⑤海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)：可以發(fā)現(xiàn)海洋較大范圍內(nèi)的污染，如石油污染、熱污染、污水和固定垃圾污染及赤潮等。 ⑥海洋航運(yùn)：利用衛(wèi)星可觀測(cè)大面積海區(qū)的海面風(fēng)場(chǎng)、波浪場(chǎng)、海冰和冰山，有助于船舶的安全航行和尋找最佳航線。 ⑦海洋工程：可見(jiàn)光遙感可用于觀測(cè)海岸、海峽和河口的形態(tài)、波浪折射、沿岸泥沙搬運(yùn)等，還可以用于淺灘定位和淺海海底制圖，是港灣建設(shè)和保護(hù)以及海岸和淺海施工的基礎(chǔ)資料。 四、水聲探測(cè)技術(shù) 聲波（特別是低頻聲波）能在海洋中傳播很遠(yuǎn)。水聲技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于水下探測(cè)等活動(dòng)。包括主動(dòng)聲納、被動(dòng)聲納、聲納重入系統(tǒng)、水聲遙測(cè)遙控和水聲通訊儀等。 1.主動(dòng)聲納 主動(dòng)聲納（有源聲納）：用一組換能器發(fā)射聲信號(hào)，通過(guò)自身或另一組換能器從目標(biāo)反射回來(lái)的信息來(lái)測(cè)目標(biāo)的參數(shù)和性質(zhì)。一個(gè)簡(jiǎn)單的主動(dòng)聲納由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、換能器和指示器等組成。它的工作原理如下圖。 聲信號(hào)在水中以1500m/s左右的速度傳播，碰到目標(biāo)就產(chǎn)生回波，反射回來(lái)的聲信號(hào)通過(guò)接收換能器接收后，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 接收機(jī)接收到的目標(biāo)回波一般十分微弱，必須將它放大（如幾百萬(wàn)倍），并且經(jīng)過(guò)信號(hào)加工處理，完成這種功能的設(shè)備即為接收機(jī)。 經(jīng)過(guò)處理的回波信號(hào)最后在指示器上顯示，指示出目標(biāo)的距離和方位。指示器可分成聽(tīng)覺(jué)指示器（如耳機(jī)、喇叭）視覺(jué)指示器（如記錄器和顯示器等，熒光屏顯示、液晶顯示）等。 目前，采用主動(dòng)聲納工作原理的水聲設(shè)備多種多樣，主要的有回聲測(cè)深儀、側(cè)掃聲納、魚(yú)探儀、聲學(xué)多普勒海流計(jì)等。 ①回聲測(cè)深儀：從船上發(fā)出聲脈沖穿過(guò)海水而到達(dá)海底，由海底反射又傳播到達(dá)發(fā)射的船上。根據(jù)聲音在水中的時(shí)間和水中聲速，就可以計(jì)算出深度。 ②側(cè)掃聲納： 工作原理類(lèi)似于空中拍攝的大地測(cè)繪照片。利用側(cè)掃聲納可以測(cè)繪出流蝕、冰山?jīng)_刷、沉積物分布、海底斜度等海底動(dòng)態(tài)過(guò)程，而且能對(duì)水下工程設(shè)施、輸油管道、海底電纜、錨泊系統(tǒng)以及沉積物進(jìn)行有效的監(jiān)視和定位。 ③魚(yú)探儀：垂直探魚(yú)儀探測(cè)底層的魚(yú)類(lèi)；水平探魚(yú)儀能探測(cè)中桑層魚(yú)類(lèi)，估計(jì)魚(yú)群的大小和范圍。 ④聲學(xué)多普勒海流計(jì)：從船上向海中發(fā)射頻率穩(wěn)定的聲脈沖，當(dāng)聲波到達(dá)海底，相對(duì)運(yùn)動(dòng)船上的聲源，就會(huì)產(chǎn)生多普勒頗移，由船上的接收器接收海中和海底的聲散射信號(hào)，通過(guò)計(jì)算可獲得各層海水流動(dòng)的速度。 2.被動(dòng)聲納 被動(dòng)聲納只處于被動(dòng)接收狀態(tài)工作（無(wú)源聲納）。這類(lèi)聲納根據(jù)水中目標(biāo)所輻射的噪聲（如潛艇螺旋槳的噪聲、魚(yú)類(lèi)噪聲等）或聲源（如載在魚(yú)體上作為生態(tài)跟蹤的小型聲源，聲信標(biāo)、爆炸聲等）所發(fā)出的聲信號(hào)，由此判斷發(fā)聲體的位置和特性。由于潛艇的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)就在于它的隱蔽性，主動(dòng)聲納工作要發(fā)出聲脈沖，容易被敵人發(fā)現(xiàn)，因此在潛艇上用途最大的水聲設(shè)備是被動(dòng)聲納。海洋中不少動(dòng)物能夠發(fā)聲，故可利用被動(dòng)探測(cè)系統(tǒng)監(jiān)視魚(yú)群的回游特性，為海洋捕撈提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)；利用深海水聽(tīng)器系統(tǒng)，能準(zhǔn)確地測(cè)出水下地震、水下火山爆發(fā)的位置和強(qiáng)度等。 3.動(dòng)態(tài)定位和井口重入技術(shù) 鉆探船在幾千米深海中作業(yè)，如果船移動(dòng)過(guò)大，長(zhǎng)達(dá)幾千米的鉆桿一下就會(huì)扭斷。需要建立動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)。在海底放一個(gè)水聲應(yīng)答器作為基準(zhǔn)點(diǎn)，同時(shí)在船上布放三個(gè)‘水聽(tīng)器’進(jìn)行應(yīng)答測(cè)距。作業(yè)時(shí)船上向基準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)答器發(fā)出脈沖，應(yīng)答器收到信號(hào)之后發(fā)出回答脈沖，回答脈沖被船上的三個(gè)測(cè)距‘水聽(tīng)器’收到，測(cè)出三個(gè)‘水聽(tīng)器’與基準(zhǔn)應(yīng)答器的距離。水聲應(yīng)答器測(cè)距系統(tǒng)隨即測(cè)出這三個(gè)距離的變化，計(jì)算出船位的水平移動(dòng)量，再開(kāi)動(dòng)幾個(gè)可變螺距的推進(jìn)器，使船復(fù)位（使三個(gè)距離和原來(lái)的一樣）。這樣船在不斷運(yùn)動(dòng)中保持位置不變。 利用聲納還可以實(shí)現(xiàn)重入井口。 4.水聲通訊技術(shù) 水聲通訊技術(shù)是一類(lèi)‘無(wú)纜’的水下信息傳輸。它通過(guò)海水介質(zhì)，以應(yīng)答或自動(dòng)方式，實(shí)時(shí)地將各類(lèi)傳感器（如水下潛標(biāo)）的輸出數(shù)據(jù)傳輸至岸站、船或者水面浮標(biāo)。常用設(shè)備：水聲通訊機(jī)、水下圖像傳輸和水聲遙測(cè)遙控系統(tǒng)等。 ①水聲通訊機(jī)： 通訊雙方在水下都設(shè)有發(fā)射器和接收器。距離較近的潛水員間通訊一般采用載波語(yǔ)言調(diào)制聲波或直接輻射語(yǔ)言聲波；距離遠(yuǎn)時(shí)，用數(shù)字編碼通訊。水聲應(yīng)答器是數(shù)字編碼通訊的典型設(shè)備，它按事先安排好的程序，自動(dòng)完成各應(yīng)答器和主機(jī)間的通訊。 ②水下圖像傳輸：在水下環(huán)境用電視攝像下來(lái)，通過(guò)海水信道，傳送到水面，這是觀察海底地貌、水下活動(dòng)最直觀、有效的方法（見(jiàn)下圖）。水下視頻圖像技術(shù)在許多方面均提供了有效、直觀的技術(shù)服務(wù)。 ③水聲遙測(cè)系統(tǒng)：把所要測(cè)量的水下環(huán)境參數(shù)變換成水聲信息，傳到處理船或岸站來(lái)，經(jīng)過(guò)水聲接收機(jī)處理，重新轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的環(huán)境參數(shù)信息。 ④水聲遙控系統(tǒng)：包括船上聲指令發(fā)射機(jī)、水下聲指令接收機(jī)和相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)。如使水下浮筒放掉重物浮出水面，以便船只跟蹤回收。各種海洋自動(dòng)機(jī)，如無(wú)人深潛器、海底自走車(chē)的行動(dòng)及機(jī)械手的動(dòng)作等，也可采用水聲遙控。 5.海洋聲學(xué)層析術(shù) 利用聲學(xué)方法在大范圍海域測(cè)量海洋動(dòng)力特性的一種遙感技術(shù)。它是利用海中聲速傳播與海水溫度、鹽度、密度的關(guān)系，根據(jù)聲傳播時(shí)間的變化，反過(guò)來(lái)演算出海洋中溫度、鹽度、密度分布狀況。如使聲波從不同角度穿過(guò)同一海區(qū)，利用穿透的結(jié)果（主要是傳播時(shí)間）反演求出被測(cè)海區(qū)的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)。 海洋層析測(cè)量時(shí)，在所測(cè)量的水域周?chē)�，布放若干個(gè)水聲發(fā)射和接收換能器，一些換能器發(fā)射聲信號(hào)，另一些換能器接收聲信號(hào)，精確處理聲波的傳播時(shí)間，計(jì)算其傳播的速度。換能器數(shù)量越多，獲得的信息就越多。 五、海洋觀測(cè)儀器 1.海洋觀測(cè)儀器的種類(lèi) ①按其操作方式分類(lèi) 投棄式：從船或飛機(jī)上將儀器的傳感器投入海中，傳感器與儀器間的運(yùn)算、記錄部分用導(dǎo)線（或無(wú)線電波）聯(lián)系，將數(shù)據(jù)傳遞到船或飛機(jī)上。 懸掛式：利用船上的絞車(chē)吊桿從船舷旁把儀器送入海中，在船只錨定或飄流的情況下進(jìn)行觀測(cè)。 拖曳式：工作時(shí)從船尾放入海中，拖曳在船后進(jìn)行走航觀測(cè)。 自返式：將儀器投入海，儀器到達(dá)預(yù)定深度或觸及海底完成測(cè)量任務(wù)或采樣后，釋放裝置卸掉壓載的重物，儀器借助自身的浮力返回海面，或由船將儀器回收，而數(shù)據(jù)記錄在儀器內(nèi)裝的磁帶上。 ②按所測(cè)要素分類(lèi) 海洋物理性質(zhì)觀測(cè)儀器：用于觀測(cè)聲、光、溫度、密度、動(dòng)力等現(xiàn)象； 海洋化學(xué)性質(zhì)觀測(cè)儀器：用于測(cè)定海水中各種溶解物的含量； 海洋生物觀測(cè)儀器：生物種類(lèi)不同，儀器不同)； 海洋地質(zhì)及地球物理觀測(cè)儀器：包括底質(zhì)取樣設(shè)備、回聲測(cè)深、地貌儀、地層剖面儀、重力儀以及磁力儀和地?zé)嵊?jì)等。 2.海洋儀器的發(fā)展特點(diǎn) ①多樣化； ②系統(tǒng)化：除各種要素的傳感器不同外，信號(hào)形式，處理器，記錄器盡量通用，這樣可使儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，耗電減少，而使標(biāo)準(zhǔn)性、通用性、互換性提高； ③結(jié)合高新技術(shù)手段：以機(jī)械、化學(xué)儀器為主發(fā)展到電子儀器是一次變革，運(yùn)用計(jì)算技術(shù)、遙感技術(shù)、水聲技術(shù)、激光技術(shù)等又是一次變革。計(jì)算技術(shù)廣泛應(yīng)用于測(cè)量的程序控制、信息的運(yùn)算和存儲(chǔ)、資料的分析、整理、打印、繪圖、交換和傳遞。 第五節(jié) 海洋預(yù)報(bào) 一、海洋預(yù)報(bào)的意義 海洋水文氣象信息在海洋資源開(kāi)發(fā)、海上作業(yè)、海洋減災(zāi)防災(zāi)中起著非常重要。 舉例： 1.安全航行：航運(yùn)需要水位、海流、海浪、風(fēng)和海霧等信息，以保證航行安全、提高航行效率；了解沿岸泥沙運(yùn)動(dòng)確定航道是否被慢慢淤塞。 2.環(huán)境清理：海面油膜及污染物運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)，并獲得污染海域海流和海浪數(shù)據(jù)； 3.生物資源：需要海流、水溫和鹽度資料，幼魚(yú)和仔魚(yú)隨著海流進(jìn)出海灣和開(kāi)闊海域；水溫和鹽度直接影響著環(huán)境和環(huán)境中的動(dòng)植物物種，或造成海水層化現(xiàn)象，導(dǎo)致底層水域的缺氧，或表層水域有毒生物的大量繁殖。 4.減災(zāi)防災(zāi)：掌握歷史最高水位對(duì)抗御風(fēng)暴潮具有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，海洋災(zāi)害損失在沿海地區(qū)的國(guó)民生產(chǎn)總值中占10%。如1997年一次橫掃我國(guó)沿海地區(qū)的風(fēng)暴潮，就造成經(jīng)濟(jì)損失400億元左右。 海洋環(huán)境預(yù)報(bào)和氣象預(yù)報(bào)一樣，是建立在廣泛而實(shí)時(shí)的情報(bào)來(lái)源之基礎(chǔ)上。二、現(xiàn)代化的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng) 組成 立體探測(cè)系統(tǒng)：空間(衛(wèi)星)、空中(飛機(jī)、火箭和氣球)、海面(浮標(biāo)、船舶、地面站)、水下(聲納系統(tǒng))。大型計(jì)算機(jī)，高速通訊網(wǎng)。 對(duì)海洋預(yù)報(bào)至關(guān)重要的是：遙感技術(shù)、海洋浮標(biāo)站及計(jì)算機(jī)在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用。 遙感：衛(wèi)星遙感可以實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)地在全球尺度上進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。航空遙感由于其機(jī)動(dòng)性好，分辨率高，適用于動(dòng)態(tài)過(guò)程的監(jiān)測(cè)，但受天氣條件的制約，且觀測(cè)范圍小，和地面遙感一起作為衛(wèi)星遙感的輔助手段。 浮標(biāo)站：錨泊浮標(biāo)，相當(dāng)于一個(gè)海上自動(dòng)水文氣象站，可以定時(shí)向岸上測(cè)報(bào)；另一種是漂流浮標(biāo)，比較容易通過(guò)跟蹤它的漂流軌跡，間接推測(cè)海流。海洋浮標(biāo)與船舶觀測(cè)相比費(fèi)用低、不受環(huán)境條件約束、長(zhǎng)期連續(xù)自動(dòng)測(cè)報(bào)。海洋浮標(biāo)站所獲得的資料，在水溫、波浪、海風(fēng)等海洋預(yù)報(bào)中是很有用的。 計(jì)算機(jī)：全球電傳通訊網(wǎng)、衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用、數(shù)值氣象中心、整套自動(dòng)化設(shè)備，都是以新的大型電子計(jì)算機(jī)為核心武裝起來(lái)的。 三、海洋預(yù)報(bào)方法 1.統(tǒng)計(jì)法 經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法是依據(jù)歷史資料來(lái)建立預(yù)報(bào)因子和各種水文氣象要素關(guān)系的方法，主要手段是利用逐步回歸和統(tǒng)計(jì)相關(guān)。現(xiàn)在常用的方法有周期分析，回歸分析，經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解等方法。經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法簡(jiǎn)單，使用方便，對(duì)于局部區(qū)域是行之有效的。因此，目前在實(shí)際預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中，大多數(shù)海洋預(yù)報(bào)還是使用此類(lèi)方法。 但是，由于歷史資料的缺乏，經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)的方法會(huì)影響精度和預(yù)報(bào)時(shí)效，并且統(tǒng)計(jì)的結(jié)果僅能代表一般的平均現(xiàn)象，對(duì)于少見(jiàn)的但卻是最危險(xiǎn)的現(xiàn)象預(yù)報(bào)還不適用。 2.數(shù)值計(jì)算法 數(shù)值計(jì)算預(yù)報(bào)：是根據(jù)解流體力學(xué)和熱力學(xué)方程來(lái)確定海洋的未來(lái)狀態(tài)。它是完全建立在已知海洋和大氣環(huán)流的基本規(guī)律，以及海洋和大氣之間的熱力和動(dòng)力相互關(guān)系的理論成就的基礎(chǔ)上的。數(shù)值方法可由預(yù)報(bào)因子的初始分布數(shù)值和天氣或大氣過(guò)程預(yù)報(bào)，計(jì)算出相應(yīng)于天氣預(yù)報(bào)時(shí)效的海況因子。 優(yōu)點(diǎn)：能揭示和分析海洋和大氣大規(guī)模過(guò)程的物理實(shí)質(zhì)，所以被認(rèn)為是較有發(fā)展前途的預(yù)報(bào)方法；已有一些數(shù)值預(yù)報(bào)方法用于實(shí)際業(yè)務(wù)，如海浪、風(fēng)暴潮、海溫等數(shù)值預(yù)報(bào)模式。 局限： ①目前的理論水平和對(duì)海洋現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)不足，建立數(shù)值預(yù)報(bào)模式困難，還無(wú)法準(zhǔn)確地知道海洋動(dòng)力和熱力狀況的特征值。 ②不得不做出的某些假定，雖然說(shuō)是屬于理論方法范疇，實(shí)際上仍帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性。 ③現(xiàn)在的海洋數(shù)值預(yù)報(bào)，都是在氣象預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此它的準(zhǔn)確性很大程度上有賴(lài)于氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，準(zhǔn)確的中長(zhǎng)期氣象預(yù)報(bào)尚沒(méi)有解決。 ④遙感、浮標(biāo)等技術(shù)解決數(shù)值預(yù)報(bào)的主要困難開(kāi)始起作用。a7w紅軟基地