潛標(biāo)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)及數(shù)據(jù)反演研究.pdf

1、在南海這樣的深水區(qū)，船載調(diào)查等常規(guī)海洋觀測(cè)方法難以得到大量連續(xù)的數(shù)據(jù)，而定點(diǎn)潛標(biāo)觀測(cè)則解決了這一問(wèn)題。多個(gè)定點(diǎn)潛標(biāo)可以組成空間陣列，沿著每個(gè)潛標(biāo)的纜線又可以掛載多種海洋儀器，這兩種措施大大擴(kuò)展了潛標(biāo)觀測(cè)的水平和垂向范圍，使得潛標(biāo)在海洋觀測(cè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著觀測(cè)和數(shù)據(jù)的迅速增加，以及應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，潛標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞也越來(lái)越重要;同時(shí)，潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)、數(shù)據(jù)缺測(cè)等問(wèn)題對(duì)潛標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響也變得更加突出和嚴(yán)重。因而及時(shí)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)質(zhì)量分

2、析和誤差控制，將相關(guān)影響減到最低也就變得越來(lái)越必要。本文基于大量的南海潛標(biāo)觀測(cè)實(shí)例，通過(guò)方法的創(chuàng)新和多種數(shù)據(jù)的充分使用，對(duì)潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)和數(shù)據(jù)缺測(cè)這兩類影響潛標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量的問(wèn)題進(jìn)行了研究。
　　錨定潛標(biāo)有一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是它是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)，除了固定的底部之外，潛標(biāo)各部分都隨著海水的流動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。在垂直方向，通過(guò)壓力記錄，我們可以清楚看到潛標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況;在水平方向，雖然運(yùn)動(dòng)更加劇烈，但是由于相關(guān)研究的缺乏，我們還得不到準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)距離和速度。

3、為此，在充分利用潛標(biāo)上的測(cè)流儀器的姿態(tài)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文提出了一種能夠量化潛標(biāo)三維運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單易行的新方法，即在將潛標(biāo)分段之后，由儀器姿態(tài)確定每段線纜的傾斜方向，由壓力及潛標(biāo)布放參數(shù)確定其傾斜角度，自下而上積分，從而實(shí)現(xiàn)潛標(biāo)各部分的空間定位?？臻g位置的時(shí)間導(dǎo)數(shù)即是潛標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，原始流速加上該速度即是真實(shí)的海水流速。
　　本文通過(guò)對(duì)海峽流、潮流、孤立波影響下的典型的潛標(biāo)案例的分析來(lái)研究潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)的大小和影響。對(duì)于長(zhǎng)度為745米、370

4、0米和2000米，偏降為270米、150米和20米的三個(gè)潛標(biāo)，其最大運(yùn)動(dòng)速度分別達(dá)到6 cm s-1、7 cm s-1和15 cms-1。對(duì)于上層的強(qiáng)流來(lái)說(shuō)，潛標(biāo)速度占比大約為10％，然而隨著深度的增加和流速的減弱，這一比例能達(dá)到20-60％?？梢姡瑢?duì)于劇烈運(yùn)動(dòng)的潛標(biāo)來(lái)說(shuō)，流速訂正很有必要。對(duì)于潮流等變化較緩慢的流場(chǎng)來(lái)說(shuō)，劇烈運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志就是大偏降;而對(duì)于孤立波等來(lái)說(shuō)，即使是幾十米的小偏降也應(yīng)引起注意。
　　本文研究揭示出潛標(biāo)的運(yùn)動(dòng)

5、規(guī)律:潛標(biāo)在海流的帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，具有和流速結(jié)構(gòu)類似的頻譜關(guān)系;某一頻率的潮流引起的潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓，流速和潛標(biāo)速度基本垂直，且潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)在位相上領(lǐng)先90度，同樣大小的潮流所引起的潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度與其周期成反比;斜壓流場(chǎng)和潛標(biāo)結(jié)構(gòu)不均等會(huì)打破理想關(guān)系，但實(shí)際潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)一般被上層強(qiáng)流所主導(dǎo)。
　　海洋是個(gè)復(fù)雜多變的環(huán)境場(chǎng)，多種儀器組合成的潛標(biāo)系統(tǒng)長(zhǎng)期在其中工作，也就難免產(chǎn)生各種狀況，導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)異常或缺失。因而，充分利用潛標(biāo)系統(tǒng)中的已有數(shù)據(jù)，

6、實(shí)現(xiàn)缺測(cè)數(shù)據(jù)的反演，也就十分難得和有用。
　　上打ADCP的深度即可通過(guò)聲學(xué)回波信號(hào)反演得到。前人的相關(guān)研究都沒(méi)有考慮干擾，但在實(shí)際觀測(cè)中，各beam的聲學(xué)回波信號(hào)之間會(huì)有干擾，同時(shí)共振、電路等可能原因?qū)е碌钠娈愔狄矔?huì)污染聲信號(hào)。本文通過(guò)分析總結(jié)這些干擾的特點(diǎn)和規(guī)律，先消除這些影響之后再進(jìn)行擬合，得到更加準(zhǔn)確實(shí)用的反演深度。在深度缺測(cè)的情況下它是可靠的替代，在觀測(cè)深度有效的情況下它們可以相互印證并進(jìn)一步排除奇異值，因而深度反演大大

7、增加了深度這一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的冗余度和安全性。
　　使用溫度鏈實(shí)現(xiàn)海洋上層溫度的觀測(cè)是潛標(biāo)的一項(xiàng)重要應(yīng)用，但是受到強(qiáng)流導(dǎo)致的潛標(biāo)運(yùn)動(dòng)的影響，經(jīng)常出現(xiàn)頂部溫度的缺測(cè)。如何較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)缺測(cè)溫度的補(bǔ)償和反演，是一個(gè)有挑戰(zhàn)的新問(wèn)題，本文就此進(jìn)行了研究。理論上可以通過(guò)以下方法進(jìn)行溫度反演:通過(guò)ADCP回波得出的反演深度和觀測(cè)深度對(duì)比，再結(jié)合ADCP實(shí)測(cè)聲速就能得到ADCP到海表的實(shí)際平均聲速，從該聲速中去掉溫度鏈觀測(cè)即可得到頂層缺測(cè)部分的平均溫度