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国家实验室开展国内深水区海底声学测量
发布时间:2017-08-09   点击次数:836次

昨日,青岛海洋科学与技术国家实验室发布信息,在刚刚结束的“向阳红01”科考船第四次海试航次中,深海可视化液压贯入式海底沉积声学原位测量系统(HISAMS)成功实现了3000米海试。这是我国开展深水区的海底声学特性参数测量,相关技术与设备在海底环境监测、海底资源调查和海洋权益保护等领域有重要的应用价值。

海底沉积物的声学特性(包括声速、声衰减系数等)是影响海洋声场与声传播的重要因素。HISAMS由海洋国家实验室的海洋地质过程与环境功能实验室、国家海洋局*海洋研究所自主研制,是我国该研究领域的新成果,也是目前国际上为数不多的可在深海使用的沉积声学原位测量设备。该套设备在南海北部水深分别为1880米、3018米、3021米和3036米的四个站位获取了海底沉积物的声学特性数据,并取得高清海底视频影像等辅助资料。

据介绍,海洋国家实验室副主任刘保华带领海底声学研究团队,自2007年以来一直致力于沉积声学原位探测技术的研究,整合了国家海洋局*海洋研究所、国家深海基地管理中心、山东拓普液压气动有限公司、山东省科学院海洋仪器仪表研究所和同济大学等单位的相关技术力量,早在2009年就研制出了国内*套浅水型自容式HISAMS,并成功实现了在南黄海的规模化应用,获得100余个站位的原位观测数据。本次海试的深海可视化型HISAMS是该团队将沉积声学原位探测技术逐步向深海推进的阶段性新成果。该系统目前能够适应3000米以浅的各种沉积物类型,可广泛应用于近海和深海海底声场环境调查。

海洋观测仪器可以按照结构原理分为声学式仪器、光学式仪器、电子式仪器、机械式仪器,以及遥测遥感仪器等。还可以根据运载工具不同,划分成船用仪器、潜水器仪器、浮标仪器、岸站仪器和飞机、卫星仪器。其中船用海洋观测仪器品种多,按其操作方式又可分为投弃式、自返式、悬挂式、拖曳式等。投弃式仪器使用时将其传感器部分投入海中,观测的数据通过导线或无线电波传递到船上,传感器用后不再回收。自返式仪器观测时沉入海中,完成测量或采样任务后卸掉压载物,借自身浮力返回海面。悬挂式仪器利用船上的绞车吊杆从船舷旁送入海中,在船只锚碇或漂流的情况下进行观测。拖曳式仪器工作时从船尾放入海中,拖曳在船后进行走航观测。

海洋观测仪器对使用者来说,通常按所测要素分类。例如测温仪器、测盐仪器、测波仪器、测流仪器、营养盐仪器、重力和磁力仪器、底质探测仪器、浮游生物与底栖生物仪器等等。将它们归纳起来可以划分成 4大类,即海洋物理性质观测仪器、海洋化学性质观测仪器、海洋生物观测仪器、海洋地质及地球物理观测仪器。 

海洋物理性质观测仪器

用于观测海洋中的声、光、温度、密度、动力等现象。因为海水密度不便直接测定,通常用温度、盐度和压力值计算得到,所以盐度取代密度成为一个必测参数。观测海水温度、盐度和压力的仪器,20世纪60年代以前只能用颠倒温度表、采水器、滴定管和机械式深温计(BT),现在则用电子式盐温深测量仪(STD或CTD)等。船只走航测温常用投弃式深温计(XBT)。空中遥感观测海水温度则用红外辐射温度计。岸边潮汐观测使用浮子式验潮仪,外海测潮采用压力式自容仪,大洋潮波的观测依靠卫星上的雷达测高仪。海浪观测仪器的品种比较繁杂,有各种形式的测波杆、压力式测波仪、光学原理的测波仪、超声波式测波仪。近年用得较多的是加速度计式测波仪。海流观测相当困难,或用仪器定点测量,或用漂流物跟踪观测。定点测流是海洋观测中常用的办法,所用仪器有转子式海流计、电磁式海流计、声学海流计等,其中流行的是转子式仪器(见测流装置)。海洋声参数仪器主要有声速仪,用以观测声波在海水里的传播速度。海洋光参数仪器有透明度计和照度计,用以观测海水对光线的吸收和海洋自然光场的强度。

海洋化学性质观测仪器

海洋观测中所用的化学仪器,主要用来测定海水中各种溶解物的含量。60年代以前,除少数几项可在船上用滴定管和目力比色装置完成外,大部分项目要保存样品带回陆上实验室分析。60年代以后,调查船上逐渐采用船用盐度计、船用pH计、溶解氧测定仪,以及船用分光光度计和船用荧光计。近年来船用单项化学分析仪器与自动控制装置相结合,形成船用多要素的自动测定仪器。这种综合仪器还可配备电子计算机,提高其自动化程度。船用化学分析仪器的工作原理大致分两类:一类用传感器(主要为电极)直接测定化学参数;一类通过样品显色进行光电比色测定。目前,海水中的各种营养盐靠比色仪器测定,pH值、溶解氧、氧化-还原电位等利用电极式仪器测定。 

海洋生物观测仪器

海洋生物种类繁多,从微生物、浮游生物、底栖生物到游泳生物,相应有不同的观测仪器。海水中的微生物需采样后进行研究,采样工具有复背式采水器和无菌采水袋。浮游生物采样器主要有浮游生物网和浮游生物连续采集器。底栖生物采样使用海底拖网、采泥器和取样管。游泳生物采样依靠鱼网,观察鱼群使用鱼探仪(见海洋生物采样器)。海洋初级生产力的观测,除利用化学仪器测营养盐,利用光学仪器测定光场强度之外,还用荧光计测定海水中的叶绿素含量。为了观察海洋生物在海中的自然状态,需要利用水中摄象,有时还得使用潜水技术。水下实验室可使人们在海底停留较长时间,是观察海洋生物活动情况的良好设备。 

海洋地质及地球物理观测仪器

底质取样设备是早发展的海洋地质仪器,分表层取样设备与柱状取样设备两类。表层取样设备又称采泥器,有重力式采泥器、弹簧式采泥器和箱式采泥器,其中箱式采泥器能保持沉积物原样。底质柱状采样工具有重力取样管、振动活塞取样管、重力活塞取样管和水下浅钻,有一种靠玻璃浮子装置使柱状样品上浮的重力取样管称为自返式取样管。结合底质取样,还可进行海底照相。回声测深仪是观测水深、地貌和地层结构常用的仪器。侧扫声呐又称地貌仪,安装在船壳上或拖曳体上,可以观测海底地貌。地层剖面仪利用声波在海底沉积物中的传播和反射测出地层结构。海洋地球物理仪器有重力仪(见海洋重力测量)、磁力仪(见海洋磁力测量)和地热计等。地热计结构比较简单,将热敏电阻安放在钢质探针的顶端,靠重力作用插入海底,便能测出海底沉积物的温度。

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