南大洋船载走航式ADCP资料的技术处理和技术措施以及多学科应用

第22卷第3期极地研究V o l .22,N o .32010年9月C H I N E S EJ O U R N A L O FP O L A RR E S E A R C H S e p t e m b e r 2010[收稿日期] 2010年6月收到来稿,2010年7月收到修改稿三

[基金项目] 国家科技支撑计划项目 南大洋水团与环流监测技术及应用研究(2006B A B 18B 02

) 二科技部国际科技合作项目 南极普里兹湾-埃默里冰架-冰穹A 断面综合科学考察与多边合作研究(2008D F A 20420

) 和国家自然科学基金面上项目 南海北部中尺度涡旋生消过程的能量学诊断 (40606010)资助三[作者简介] 董兆乾,男,1940年生三研究员,博士生导师,主要从事物理海洋学研究?????????????三研究论文南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术措施以及多学科应用董兆乾1 蒋松年2 贺志刚3(1中国极地研究中心,上海200136;2O c e a nP h y s i c sL a b o r a t o r y ,D e p a r t m e n t o fG e o g r a p h y ,U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a ,S a n t aB a r b a r a ,C A93106-4060,U S A ;3中国科学院南海海洋研究所,广州510301)提要 雪龙号于1995年中国第12次南极科学考察开始进行现场观测至今,已经取得了9个南大洋航次的和2个北冰洋航次的A D C P 走航观测数据三然而,这些数据仍多以原始数据的形式存储于数据库中三本文以雪龙号船载A D C P 和船载相关辅助设备的性能为基础,结合其导航数据,根据对南大洋海洋学基本状况的了解,综合选择国内外先进的技术和方法,提出了走航式A D C P 原始资料处理的基本流程:资料检验二时间修正二数据入库二质量控制二标定二旋转修正二船速船位计算等程序和技术处理三以此流程对1995 1999年四个雪龙号南极航次A D C P 原始资料进行了处理,并以处理后的数据分层计算了海流,获得了沿航线的上层至500m 深度中的海流绝对流速数据集,和各航次二各航段二逐层的海流矢量图三结果显示,除高纬区域外,总体数据质量可信度较高三根据这次数据处理的经历,提出了未来取得更客观二精确的A D C P 测流数据的技术性建议三此外,本文还阐述了A D C P 资料的多学科分析和应用的国际进展,例如用于海洋生态学和海水悬浮体的研究等三关键词 南大洋 船载A D C P 数据处理 海流d o i :10.3724/S P .J .1084.2010.002110 引言

声学多普勒海流剖面观测仪(A D C P )

是观测上层海流剖面的有效方法之一三其基本原理是根据多普勒原理测定声波通过海水中微颗粒后向散射在频率上的多普勒效应,从而得到不同水层的水体运动速度三尽管其数据处理是一项很复杂的技术,但其分辨率高二

走航多层观测二操作简便二相对成本低,已经得到普遍应用[1-8]三尽管A D C P 的实验室精

212极地研究第22卷

度很高,但实际使用中的情况则很大程度取决于海洋环境条件及船载辅助设备的记录精确[9]三对于走航式A D C P而言,由于船处于不断的运动中,需要高精度的导航系统及船姿态测定记录系统来去除船的运动造成的影响,这些因素使得A D C P的资料处理相当复杂[1,10-14]三在海况和气象恶劣的南大洋,停船作站进行海流等水文观测极为困难的情况下,A D C P的走航观测就更显示出其重要性三从中国第12次南极科学考察队(以下简称第12次队,1995)南大洋科学考察开始,雪龙号船上就安装了美国R D I公司的船载走航式A D C P,该仪器观测的水体相对船的速度剖面与用全球定位系统(G P S)推算的船速合成,可以获得自近表层(20 36m)至500m深度范围的沿航线的海流速度剖面三

自第12次队至今,我国已经积累了9个航次的南大洋和2个航次的北冰洋A D C P走航观测数据,但由于极地海洋学状况复杂,需要精心设置许多适合现场特点的参数和大量的计算,数据处理技术有较大的难度,从而这些A D C P观测资料多以原始数据的形式存储于中国极地科学数据库中,极少进行后续处理与研究,更没取得初级产品,没有发挥其科学研究的应有作用三陈红霞等(2007)[15]发现现场观测记录存在不少问题,并提出了一些解决办法三本研究以第12二第13二第14和第15次队的数据处理实践,提出了较为适合南大洋特点的数据处理技术和程序方案,在对观测仪器二参数设置二资料处理和资料质量进行基本标识二描述和评价的基础上,取得了这四个航次的A D C P预处理数据集,并给出了各航次逐航段二分层次的沿航线的上层海洋流场(初级产品)三同时,介绍了A D C P资料向多学科 海洋生态学和海洋悬浮体的扩展性应用情况三最后,提出了提高A D C P 资料质量的技术措施(A D C P设备二操作与记录二船上相关设备等)和学术上扩展应用的建议三这一数据处理技术流程和技术建议,将为南北极其他队次的A D C P数据处理打下技术基础,为更大地发挥我国南北极考察取得的大量的,但尚未充分使用的A D C P数据发挥科学研究作用提供支撑三

1雪龙号船载A D C P系统

1.1硬件系统

雪龙号船载走航A D C P硬件系统由美国R D I-VM-75A D C P换能器二甲板单元二A D-C P数据采集和控制计算机二美国M a g n a v o x-4200G P S接收机[16]二国产三型罗经组成三其系统的硬件和数据采集流程见图1三

图1雪龙号船载A D C P系统的硬件和数据采集流程图

F i g.1.F l o wc h a r t o f h a r d w a r e a n dd a t a s a m p l i n g s y s t e mo fA D C Po nb o a r dX u e l o n g V e s s e l

1.2数据采集软件

数据采集软件由美国R D I公司的A D C P数据采集控制软件T r a n s e c t和由美国

M a g n a v o x 公司的G P S 数据采集控制软件4200及由美国R D I 公司的N a v s o f t 接口软件组成三

1.3 数据处理软件

数据处理软件采用由美国夏威夷大学开发的通用海洋数据存取系统C O D A S [3]三该系统是基于数据库的二用C 语言编写的,具有对A D C P 原始数据进行检验二

时间修正二质量控制二标定和旋转修正二船速二船位计算二产品输出等基本功能,并利用M a t l a b 计算和绘制图形三此外,根据我国南大洋考察A D C P 资料的特点,

我们还自行编制了部分资料处理程序三

2 数据采集

2.1 参数设置

雪龙号船上的A D C PF i r m w a r e 为5.37,大部分的参数都按厂家的参数设置三根据沿航线水深的具体变化情况,深度层长度分别设为4二8二16和32m 等间隔;

时间平均间隔分别设为60二100二300s 的采样间隔三

2.2 数据采集时间根据现场考察时的原始设置,第12和第13次南极考察的数据记录时间按GMT 时间,第14和第15次南极考察的数据记录时间按北京时间三各航次数据采集的时间范围如表1所示三

表1 A D C P 数据采集时间范围表T a b l e 1.P e r i o do f s a m p l i n g b y A D C Ps y s t e mo nb o a r dX u e l o n g V e s s e l 时间航次日期范围

121995/11/21 1996/03/26131996/11/20 1997/04/17141997/11/19 1998/03/31151998/11/07 1999/03/313 数据处理

A D C P 的资料处理的主要步骤是:资料检验二时间修正二数据入库二质量控制二标定和旋转二船速船位计算和产品(标准数据集和图形产品)输出三由于每一航次二每一航段的

A D C P 参数设置都可能有所不同,

所以数据处理过程是按逐个航次二各航段分别进行的三图2所示为我们处理走航式A D C P 资料的基本流程图三

3.1 数据检验和时间修正数据检验是对原始数据进行初步的检查,了解数据的采样情况二时间二深度间隔二采样时间范围和时间误差等信息,为进一步资料处理做准备三时间修正是将A D C P 数据记录时间与G …… 此处隐藏：39018字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……