海洋调查技术及应用：温深仪成果及性能详解

2023-11-29 理论教育版权反馈

【摘要】：常用的仪器有温盐深自记仪、电子温深仪和投弃式温深仪等。自容式温盐深仪应根据取样间隔确认在水面已记录了至少一组数据后方可下降开始观测。美国海军使用的机载投弃式深温计AXBT，能够测量300～500m水深的海水温度剖面。温度准确度达0.5℃。探头下降速度为1.52 m/s，大约需要200 s才能测出300 m水深的温度，AXBT体长92 cm，直径12.5 cm，重8.2 kg，到达海面后7 min沉入水底。

6.3.5　温深仪

利用温深仪可以测量水温的铅直连续变化。常用的仪器有温盐深自记仪、电子温深仪和投弃式温深仪等。下面分别介绍这些仪器。

1.电子式温盐深自记仪(CTD)

CTD仪自1974年问世后很快就被用于大规模海洋调查之中，在多国联合进行的“JSN”，“GEOSECS”，“MODE”，“GATE”，“TOGA”，“WOCE”等调查中作出了贡献。近年来在我国海洋调查中也日益广泛地使用CTD仪。CTD仪和其他一些高准确度、快速取样仪器以及卫星观测手段的应用，使得海洋调查和海洋学研究进入了一个全新的阶段，并推动了海洋中、小尺度过程和海洋微细结构的研究。

目前国内外广泛使用的CTD剖面仪有Neil/Brown MarkⅢ型和SeaBird 911型。MarkⅢ型CTD均由水下部分和船上接受部分组成，两部分之间用绞车电缆连接(见图6-5)。水下部分也称探头，它用来感应需测量的物理量并将它们转换成移频信号，通过铠装电缆传送到船上的接收部分。水下部分主要包括压强(p)、温度(T)和电导率(ρ)传感器相应的接口、10 kHz振荡器、精密的AC数字化器、格式器、控制器及移频调节器等电子元器件和线路。它们装在一个小体积不锈钢耐压圆柱状壳体中。根据需要，也可安装测量探头离底的垂直距离的高度传感器、溶解氧传感器等，还可以在壳体外面安装玫瑰采水器框架和采水器及颠倒温度计。

船上部分也称船上终端，主要包括电源、解调器、数模转换器、显示器、串行和并行接口等必备电子元器件的电子线路。它用来发出各种指令，接收水下部分传送来的信号并将它转换成二进制码或十进制码进行终端显示，或通过各种接口传送到外部设备。它可连接音频录/放音机、计算机、磁带机、绘图仪等外部设备，以用来存储、处理和显示资料。

图6-5　CTD

与其他同类观测仪器相比，CTD具有零漂小、长期稳定性好、噪声低等优点，所得资料具有极高的准确度和分辨率。MarkⅢCTD的测量范围、准确度和分辨率如表6-2所示。

表6-2　Mark Ⅲ CTD的测量范围、准确度、分辨率和感温时间

CTD的投放需要保证仪器安全，务必不要使仪器探头碰到船舷或触底，释放仪器要在迎风舷，避免仪器压入船底。探头应放在阴凉处，切忌曝晒。

根据现场水深确定探头的下放深度。温盐深仪探头下放速度一般应控制在50～100 cm/s范围内;在浅海或上温跃层下放速度选在50～100 cm/s;在深海季节层以下下降速度可稍高，但也以不超过150 cm/s为宜，并且一次观测中尽量保持不变。如船只摇摆剧烈，则应选择较大的下降速度，以免观测资料中出现较多的深度(或压强)递压现象。

若探头过热或海-气温差较大时，观测前应将探头放入水中停留数分钟进行预热(冷)。观测时，先将探头下放到水面，然后再下放观测，观测前应记下探头在水面时的深度(压强)测量值。自容式温盐深仪应根据取样间隔确认在水面已记录了至少一组数据后方可下降开始观测。(www.chuimin.cn)

探头下放时获取的数据为正式测量值，探头上升时获取的数据为水温数据处理时的参考值。观测期间应记录仪器的型号、编号，测站的站号，站位和水深，观测日期，开始时间(探头入水开始下放时间)，结束时间(探头到达底层的时间)和观测深度，数据取样间隔，探头下放速度，探头上升速度(当获取上升数据时)，探头出水时间(当获取上升数据时)以及船只漂移情况等。

2.投弃式深温计(XBT)

XBT是一种常用的测量深度-温度的系统，它由探头、信号传输线和接收系统组成。探头通过发射架投放，探头感应的温度通过导线输入接收系统并根据仪器的下沉时间得到深度值。利用XBT进行深温观测时，可以在船舶航行时使用的XBT，称船用投弃式深温计(SXBT);利用飞机投弃的XBT，称航空投弃式深温计(AXBT)。XBT易投放，并能快速地获得深温资料，因而有广泛的应用(见图6-6)。

投弃式深温计用于测量海水剖面温度，可快速获取大面积海区剖面温度分布的准同步资料。适用于船舶走航观测。水上机采集数据可归档、打印、绘制温-深曲线并可实时显示测量数据。

XBT的主要优点是成本低，可以安裝在各种船只上，在一定航速和海洋条件下投掷。

美国海军使用的机载投弃式深温计AXBT，能够测量300～500m水深的海水温度剖面。从飞机上发射投掷体在空中下降过程中利用自旋稳定旋浆(或用降落伞)放慢下降速度。当它触及海面时，其底盘和旋浆脱落，天线伸出;大约5 s后开始发射未调制的连续无线电载波;10～100 s以后，位于下端的热敏感传感器探头从漂浮的AXBT客体上脱落，与此同时用音频对载波进行调制。音频与热敏电阻感应的温度成比例关系，其变化关系由仪器制造者规定如下:

　　　　　　　　　　　f= a+ bT　　　　　　　　　　　　(6-6)

图6-6　投弃式深温计(XBT)

式中: f为音频(Hz);T为温度;a，b为常数。

音频信号产生后，通过导线传输到AXBT投掷体，然后再把调制载波信号送到飞机上，转换成直流电压信号，并把该信号与时间函数记录在长图记录器上。温度准确度达0.5℃。探头下降速度为1.52 m/s，大约需要200 s才能测出300 m水深的温度，AXBT体长92 cm，直径12.5 cm，重8.2 kg，到达海面后7 min沉入水底。该仪器优点是成本低(与用船投放相比)，能够从飞机上投放，可为海洋专家提供大范围真实海温。但是，飞机飞行高度和速度都受限制，一般飞行高度低于3000 m，飞行速度小于463 km/h，从而缩短了飞机有效航程。

此外，常见的深温系统还有测温链，其基本组成是类似几组CTD探头通过电缆联系在一起，由一个控制单元控制并记录观测数据，在使用中可由调查船投放或锚定定点长期测量。

海洋调查技术及应用：温深仪成果及性能详解

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