海洋观测技术分类

发布时间:2022-04-11
  海洋观测技术的分类,主要可从这样三个维度来考虑:一是观测形式;二是观测方法;三是观测区域。重点是观测方法。

  海洋观测形式有固定式和移动式两种,可称为定点式海洋观测技术和移动式海洋观测技术。传感器挂在浮标上的观测、基于海底原位观测站的观测是定点观测,而利用水下滑翔机携带传感器遨游海上的,则属于移动观测。

  按海洋观测方法的不同进行分类,可分为间接观测技术(indirectobserving)与直接观测技术(directobserving)两种。间接观测技术,通常是通过水面运载工具或潜水器,进行采样作业或离线观测作业,把样品或数据取回到实验室,再进行分析处理,获得观测结果。直接观测技术,则直面对象,通过传感器件,加之信号传输通道,在线地实时获得海洋观测数据结果。

  海底间接观测主要指采集海水、(微)生物和海底物质样品,并在实验室进行样品分析从而实现观测的一种手段。这种手段通过样品的获得并进行对一些物理化学量的测量数据分析,获得目标结果。具体实现方法如拖网、CTD、多管、箱式、抓斗、热流计、大洋钻探计划等。图1是美国阿尔文(Alvin)载人深潜器在热液地区进行热液水体采样的照片。

  有一些原位观测系统,把观测器放在海底观测对象附近,对观测对象进行不间断地观测与记录,同时把数据存放在自容式存贮器中。间隔一段时间后取回实验室进行数据分析,获得过去一段时间内的观测结果。这种方式尽管实时性较差,但非常实用且经济。原位观测,英文称为in-situobserving,是特别强调海底某一具体位置上的观测,对海洋技术是一种很大的考验。在海底放置海底观测器,进行长期观测,并将数据采入随之带入海底的数据采集系统。系统回收后,在实验室中将数据导入计算机中再进行分析。这样的方式,也可称为海底原位观测站,是间接观测技术的一种重要形式。图2所示是美国科学家对海底热液地区所实施的一项原位观测活动。

  海洋直接观测是把观测器直接放到观测对象的附近,研究人员在线实时获得观测数据。如水下遥控潜水器把水下摄像机带到观测对象旁边,将视频图像信号通过潜水器的光纤直接传到海面,可实现人类对海底各种科学现象的直接观测。建设海底观测网络,是把各种观测传感器连接在网络上,直接传到陆地,并通过internet传遍全球,帮助科学家实现对海底某一关注地区的长期、在线的直接观测。

  海洋间接观测和海洋直接观测,大的区别是在于有无用光电复合缆(有时只是具有通讯功能的缆绳)。用缆就意味着海洋观测信号可以做直接获取,可以做到在线、实时的观测。同时,如果是采用光电复合缆的话,还意味着电能的无限供给,也即观测时间的无限制,做到长期的观测。从观测方法的要点、特征、基本组成单元和载体(或平台)技术四个方面对海洋间接观测和直接观测进行归纳,可用表1来清楚地表示。

  另一个分类的维度,是根据观测的区域不同进行分类。对海洋的观测,主要是对这样三个不同区域进行观测:海面、海水、海底。也就是说,将海洋观测技术分为海面观测技术、海洋水体观测技术(或称海中观测技术)和海底观测技术。对海面的观测,主要是开展海水与空气界面间关系的研究。这方面的工作,除了对海洋进行观测之外,还涉及到海洋表面的大气部分,如海面气温、风向、风速的观测。从技术手段上来看,可采用海洋遥感技术。对海洋水体的观测内容十分丰富,在物理上可对涌、浪、潮、流、温度、浊度、盐度等量的观测与数据采集;在化学上和生物上可对海洋中的化学和生化量的观测,对二氧化碳、pH、DO(溶解氧)、营养盐、叶绿素、重金属、蛋白质等含量的观测与分析等。对海底进行观测,是近几年来随着科学技术的不断发展和完善,特别是海洋技术的发展,涌现出来的“新生事物”。对海底开展物理、化学和生物上的观测之外,还可对地形地貌进行观测,对海底某一现象进行观测,以及在地球物理方面进行观测,如地震波的观测等。

  海底是地球上人类不熟知的区域之一。作为海洋组成的重要部分,海底观测历来是人类努力希望实现的一项工作。由于技术上的困难,使得这项工作远远不能满足科学研究发展的需求。除了要了解海底的海床构造、深度,更要了解海底的岩石与沉积物的物理化学组成等海底情况。特别是随着海底矿藏(海洋石油)、深海热液、天然气水合物等现象的发现,海底观测的内容更加丰富,也更加迫切。图3所示的是某一海底热液地区的生态系统,对这样的海底观测,就需要依托多方面的技术来开展。

  近年来,国内外的一些科学家们提出了海底海洋的概念。认为在海床的底下,还有大量的水域。在这些水域中,也发现了丰富的生命现象,故被誉为深部生物圈。事实上,深海天然气水合物,也可以看作是海底海洋的另一种形式。如上所述,海洋的观测又增加了一项新的内容——海底海洋的观测。这方面的观测,需要对海底海洋的结构构造、岩石沉积物的物理化学组成以及海底海洋水体中的物理、化学及生化量的观测。

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