主要海流觀測方法

1、主要海流觀測方法海流(ocean current )海水在大范圍里相對穩(wěn)定的流動。既有水平，又有鉛直的三維流動，是海水運動的普 遍形式之一。“大范圍”是指海流的空間尺度大，可在幾 千千米甚至全球范圍內(nèi)流動；“相對穩(wěn)定”是指海流的路徑、速率和方向，在數(shù)月、一年甚至多年的較長時間里保 持一致。一般將發(fā)生在大洋里的海流稱為洋流。一、海流概況(一) 海流成因及觀測意義海流形成的原因很多，但歸結(jié)起來主要有兩種：一種是受海面風(fēng)力的作用，稱風(fēng)生海流，所涉及的深度只有幾 百米；另一種是由于海面受冷熱卻不均，蒸發(fā)降水不均所 產(chǎn)生的溫度、鹽度引起的密度分布不均勻，導(dǎo)致海洋中的 壓力場產(chǎn)生斜壓， 在水平方向上產(chǎn)生一

2、種引起海水流動的 力，產(chǎn)生海流。如墨西哥暖流。海流形成之后，由于海水 的連續(xù)性，必然在某些海域發(fā)生海水輻聚與幅散，導(dǎo)致升 降流的發(fā)生。掌握海水運動的規(guī)律非常重要，它可以直接為國防、 生產(chǎn)、海運交通、漁業(yè)、建港等服務(wù)。海流與漁業(yè)的關(guān)系 密切，在寒施和暖流交匯的地方往往形成良好的漁場。如:北海道漁場-位于日本北海道， 形成條件為日本暖流 與千島寒流交匯，是世界第一大漁場。紐芬蘭漁場-北美洲東岸，加拿大境內(nèi)，紐芬蘭島附近，形成條件為墨西哥灣暖流與拉布拉多寒流交匯，“踏著水中雪魚脊背就可以走上岸”。北海漁場-位于歐洲西部北海，形成條件為北上的北 大西洋暖流與南下的東格陵蘭寒流在北海交匯。秘魯漁場-秘魯

3、沿岸在東南信風(fēng)帶內(nèi)，東南信風(fēng)從南美大陸吹向太平洋，使沿岸表層水離岸而去，底層海水上 升補充，而形成上升補償流，把海底營養(yǎng)鹽帶至表層。（二）海流的分類根據(jù)海流的成因及受力情況等，為了討論方便起見，可從不同角度對其分類和命名。例如由風(fēng)引起的海流稱為風(fēng)海流或漂流，由熱鹽作用引起的稱為熱鹽環(huán)流；從海水 受力情況分又有梯度流、地轉(zhuǎn)流、慣性流等；從發(fā)生的區(qū) 域不同又分為，表層流、深層流、底層流、沿岸流、赤道 流、東西邊界流等。 下面將簡要地分節(jié)對地轉(zhuǎn)流、風(fēng)海流、慣性流、洋流的特性進行描述。（三）海水的運動形式海水運動是亂流、波動、周期特性潮流與穩(wěn)定的“常流”綜合作用結(jié)果。這些流動具有不同尺度、速度與周期，

4、并且隨風(fēng)、季節(jié)和年份而變。其強度一般由海表面向深層 遞減。海水運動是亂流、波動、周期特性潮流與穩(wěn)定的“常 流”綜合作用結(jié)果。這些流動具有不同尺度、速度與周期，并且隨風(fēng)、季節(jié)和年份而變。其強度一般由海表面向深層 遞減。潮流是伴隨著潮汐漲落現(xiàn)象所作的周期性變化的海 水流動。它是由月亮與太陽的引潮力引起的。在一晝夜時 間內(nèi)，其變化周期有半日（半日潮）和全日（全日潮）兩 種。海水還有沿一定路徑、 方向基本朝向一個方向的大規(guī) 模的運動，這種準(zhǔn)定常運動稱為常流（余流）。它是由各 種原因，例如風(fēng)的作用，海洋受熱不均勻，地形的影響等 產(chǎn)生的。常流有點象陸地上的江河，它可以把一個區(qū)域的 海水輸運到另一個區(qū)域，但

5、是，它比江河的能量大得多。 強大者其寬度有時可達200km，深度可達 2000m左右。它們所能輸運的水量，要比陸地上所有大小江河輸送水量的總和還要大幾十倍。（四）海流表示方法 拉法。通常用兩種方法描述海水的運動，即拉格朗日法和歐1. 拉格朗日法拉格朗日法是跟蹤水質(zhì)點以描述它的時空變化，這種方法實現(xiàn)起來比較困難，但近代用漂流瓶以及中性浮子等追蹤流跡，可近似地了解流場的變化規(guī)律。拉格朗日法是以研究單個流體質(zhì)點運動過程作為基礎(chǔ)，綜合所有質(zhì)點的運動，構(gòu)成整個流體的運動。以某一起始時刻每個質(zhì)點的坐標(biāo)位置（a、b、c），作為該質(zhì)點的標(biāo)志。任何時刻任意質(zhì)點在空間的位置（x、y、z）都可以看成是（a、b、c）

6、和t的函數(shù)。拉格朗日法基本特點：追蹤流體質(zhì)點的運動。其優(yōu)點是可直接運用固體力學(xué)中質(zhì)點動力學(xué)進行分析。2. 歐拉法歐拉法是以流體質(zhì)點流經(jīng)流場中各空間點的運動即以流場作為描述對象研究流動的方法。它不直接追究質(zhì)點的運動過程，而是以充滿運動液體質(zhì)點的空間-流場為對象。研究各時刻質(zhì)點在流場中的變化規(guī)律。將個別流體質(zhì) 點運動過程置之不理，而固守于流場各空間點。通過觀察 在流動空間中的每一個空間點上運動要素隨時間的變化， 把足夠多的空間點綜合起來而得出的整個流體的運動情 況?，F(xiàn)在通常用歐拉方法來測量和描述海流，即在海洋中某些固定點同時對海流進行觀測，確定其速率和方向，用 矢量來表示它們，據(jù)此繪制流線圖來描述

7、流場的分布。3.海流標(biāo)示形式如果流場不隨時間而變化，那么流線也就代表了水質(zhì)點的運動軌跡。海流流速以米每秒為單位，記為XXX m/s，流向指流去的地理方位角表示，以度為單位，記為 XXX°,注意從磁羅經(jīng)上讀取的磁羅經(jīng)讀數(shù)要轉(zhuǎn)化為地 理方位角。繪圖時常用矢量箭頭表示，其長度表示流速量值，箭 頭表示流向。流向指海水流去的方向，單位為度，正北為 0,順時針旋轉(zhuǎn)，正東為90，正南為 180，正西為 270海流觀測層次參照溫度觀測層次，根據(jù)需要選定。但海流 觀測的表層，規(guī)定為 03m以內(nèi)的水層。由于船體的影響（流線改變或船磁影響），使得流速、流向測量不準(zhǔn)。二、海流的觀測技術(shù)進行海流觀測時， 要按

8、一定時間間隔持續(xù)觀測一晝夜 或多晝夜，所得到的結(jié)果是常流和潮流運動的合成。對一 晝夜或多晝夜獲得的資料，經(jīng)過計算，可將這兩部份分離 開來。水平方向周期性的流動稱為潮流，其剩余部分稱為 常流、余流或通稱海流。計、聲學(xué)海流計和電磁海流計。（一）機械轉(zhuǎn)子式海流計機械轉(zhuǎn)子式海流計是最經(jīng)典、最簡單而實用的海流測量儀器。它通過機械轉(zhuǎn)子（旋杯、旋槳、轉(zhuǎn)子等）將海流 的動能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的機械能，通過測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來測量流速。經(jīng)水槽率定（標(biāo)定），事先建立轉(zhuǎn)速與流速的 對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)數(shù)學(xué)處理得到對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系（一般是近似 線性關(guān)系）。被測海流流速是在被選定時間段的平均值， 而非瞬時值。其關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵部件主要是機

9、械轉(zhuǎn)子和機 電轉(zhuǎn)換。啟動流速和轉(zhuǎn)速與流速的線性相關(guān)系數(shù)是判斷轉(zhuǎn) 子設(shè)計性能的主要指標(biāo)。流向測量是通過磁羅盤直接測定的。國內(nèi)在上世紀(jì)的 60年代初至90年代初，主要生產(chǎn)和 使用厄克曼直讀式海流計、印刷海流計、薩沃紐斯轉(zhuǎn)子海 流計、旋槳式直讀海流計及適用于潛標(biāo)系統(tǒng)中使用的大尾 舵存儲式轉(zhuǎn)子海流計，上述儀器多數(shù)已不生產(chǎn)。目前國內(nèi)使用的機械轉(zhuǎn)子式海流計主要是青島海洋 大學(xué)生產(chǎn)的 SLC9 2型直讀式海流計和從挪威進口的安 德拉RCM系列轉(zhuǎn)子式海流計。（二）聲學(xué)海流計聲學(xué)海流計有聲學(xué)矢量平均海流計、聲學(xué)多普勒海流計、聲學(xué)多普勒海流剖面儀、聲相關(guān)海流剖面儀。聲學(xué)矢 量平均海流計通常有三個換能器，用三個分量

10、的矢量合成得出海流矢量（流速和流向）。聲學(xué)多普勒海流計利用海 水中運動散射體的后向散射聲信號的多普勒頻移原理來 測量流速。聲學(xué)多普勒海流剖面儀和聲相關(guān)海流剖面儀可 以同時給出某一深度范圍內(nèi)流速和流向的分層分布，例如一次測量可以得到 128層的海流，其流速和流向是某一厚 度層水體運動速度矢量的平均值。聲學(xué)海流計利用聲波在海水中的傳播特性來測量海 流。聲波是機械波，產(chǎn)生的多普勒頻移效應(yīng)來測定流速的。 其優(yōu)點是能連續(xù)記錄，儀器無機械活動部件，無摩擦，無 滯后現(xiàn)象，測量感應(yīng)時間快，不影響流場測量，可測微弱 海流，聲速可自動校準(zhǔn)，測量更可靠。許多大型海洋調(diào)查活動多有使用，目前應(yīng)用較廣泛， 但造價相對高。

11、（三）電磁海流計該類儀器主要是應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定理，通過測量海水流過磁場時所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小來測量海流速 度高低。根據(jù)磁場的不同，有地磁場電磁海流計和提供人 造磁場電磁海流計。 地磁場電磁海流計可以進行走航式測 量，水下部件結(jié)構(gòu)簡易，可靠性高，準(zhǔn)確度高。但是該類 儀器受地球磁場分布和垂直磁場強度以及船體磁性感應(yīng) 等影響，使用深度、緯度范圍受到一定限制。人造磁場電磁海流計則不受上述因素限制，更適于船用和錨定水下測量。三、浮標(biāo)漂移觀測浮標(biāo)漂移測流方法是根據(jù)自由漂移物隨海水流動的 情況來確定海水的流速、流向，主要適用于表層流的觀測。最早的漂移物就是船體本身或偶然遇到的漂浮物，以后逐漸發(fā)展成使用

12、人工特制的浮標(biāo)。浮標(biāo)漂移測流法雖然是一種比較古老的方法，但在表層觀測中有其方便實用之優(yōu)點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，漂 移物移動情況的跟蹤，已開始應(yīng)用雷達定位、航空攝影、 無線電定位等工具來測定，這樣就可以取得較為精確的海流資料。漂浮法測流是使浮子隨海流運動，再記錄浮子的空間-時間位置。為此，使用了表面浮標(biāo)，中性浮標(biāo)，帶水下 帆的浮標(biāo)，浮游冰塊等。這些方法具有主動和被動性質(zhì)， 因此，可以借助于岸邊，船上，飛機或者衛(wèi)星上的無線電 測向和定位系統(tǒng)跟蹤浮標(biāo)的運動。測較大深度的流速和流向則采用中性浮標(biāo)。浮標(biāo)法的測點是在拉格朗日坐標(biāo)系統(tǒng)中進行的，取起始坐標(biāo)X0和從開始時間起所經(jīng)過的時間 t-to 為獨立變 量

13、。主要觀測方法如下：（一）漂流瓶測表層流漂流瓶（又稱郵瓶）通常被用來研究海流的大致情況， 根據(jù)漂流瓶的漂移路徑及所花時間就可以大致地確定流 速和流向。（二）雙聯(lián)浮筒測表層流雙聯(lián)浮筒是浮標(biāo)測流中常用的一種工具，其制作結(jié)構(gòu)圖如下圖。船只錨定后或在海上平臺等相對穩(wěn)定的載體 上，在船尾放出雙聯(lián)浮筒，根據(jù)它的移動情況測定表層流 的平均流速和流向。（三）跟蹤浮標(biāo)法1. 船體跟蹤將一個浮體（或雙聯(lián)浮筒）施放于一選定的海面上，使之自由地隨海水流動，觀測者乘小船始終尾隨浮體移動并按特定的時間間隔從船上定位或從岸邊確定船位，這樣連續(xù)觀測，一般要延續(xù)一個半日潮周期，并畫出浮體在此時 間段內(nèi)的運行軌跡，進而得出該海區(qū)相應(yīng)時間段內(nèi)的海水運動的基本狀態(tài)。 這種方式必須在良好的天氣狀況下才能進行。2. 儀器跟蹤隨著高科技技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，新的更準(zhǔn)確更方便的儀器跟蹤浮標(biāo)及相應(yīng)的觀測方式相繼產(chǎn)生，并開始應(yīng)用于海流實測之中，有的使用人工特制的隨海水自由流動的浮 標(biāo)，在岸上用雷達跟蹤定位；有的浮標(biāo)本身就可定時地發(fā) 射無線電訊號， 送入天空運行的衛(wèi)星中再返回地面接收系 統(tǒng)。還有的使用航空攝影的方式來測定浮標(biāo)的移動情況， 從而觀測相應(yīng)的海區(qū)海水流動的狀況，等。（四）中性浮子測流深海中下層海流的觀測相對而言是比較困難的，通常的觀測方法都難以實施。而中性浮子由于其本身可調(diào)