東極養(yǎng)殖海區(qū)水動力環(huán)境監(jiān)測與分析【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　東極養(yǎng)殖海區(qū)水動力環(huán)境監(jiān)測與分析</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 海洋科

2、學(xué) </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b>&l

3、t;/p><p>　　隨著近年來,科學(xué)經(jīng)濟與社會的發(fā)展,對于海洋的研究也越來越被人們注重了。人們?yōu)榱烁玫挠^測了解海洋從而利用海洋,就必須借用各種便捷的儀器。這些儀器就像人類的衍生器官一樣,不斷給人類以信息的反饋。所以,每一次的儀器技術(shù)革新,就可以進一步的了解海洋,從而產(chǎn)生更完善的理論,為人類帶來更多的便捷。</p><p>　　出于這個大體的原因,我們選擇了關(guān)注儀器,關(guān)注海洋調(diào)查,關(guān)注對水動

4、力的分析。在此,會先回顧一下早期人類調(diào)查活動所使用的儀器與近期海洋儀器的前沿。</p><p>　　接著是以部分海區(qū)為例,使用一定的調(diào)查儀器進行水動力觀測,主要側(cè)重于海流與水深的觀測,并對所用儀器進行詳細的說明。其中,對于海流采用電磁海流計進行單點定點調(diào)查。測量水深主要會用到回聲測深儀和激光測距一起,我們會采用散點式隨機測量。</p><p>　　當然,在利用儀器的過程中,必須有詳細的出海

5、規(guī)程,即相應(yīng)的方法,沒有科學(xué)合理的觀測方法,即使有再先進的儀器也是測量不出想要的數(shù)據(jù)。無規(guī)矩不成方圓。</p><p>　　后期,便是采用各種先進的軟件對調(diào)查數(shù)據(jù)進行分析與處理,從而取得一定的結(jié)果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：水動力； 海流； 水深； 海洋調(diào)查儀器</p><p><b>　　Abstract</b></p>&

6、lt;p>　　Recently, along with the social economy and the development of science, people pay more and more attention to the research of marine. In order to better use Marine, people observe ocean. So we need various kind

7、s of advanced Marine observation apparatus. These instruments just like human derivative organs that give feedback constantly. So every instrument technology innovation, we can further understanding of ocean and produce

8、more perfect theory to guide the practice. </p><p>　　In this reason, we chose to attention to instruments, attention to water ocean survey, paying attention to the dynamic analysis. Here, we will review the

9、early human survey activity using instruments and recent Marine instruments field.</p><p>　　With the part sea area as an example, we will use some survey instrument to do some hydrodynamic observation. It is

10、 mainly to the current and depth observations. And we will describe the used instruments detailed. So, we will use ACM to measure the current in one place. And we will survey the depth using the echo sounder. The positio

11、n will be sure by laser distance measuring instrument. </p><p>　　Of course, in the process of using instruments, there must have the detailed rules of sea, namely, the corresponding methods. No scientific an

12、d reasonable observation methods, will have a wanted data even when there are advanced instruments. </p><p>　　Later, we will use a variety of advanced software to analysis the data, thus obtained a certain r

13、esult.</p><p>　　Keywords: hydrodynamic; current; depth; ocean survey instrument</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要II</b></p><p>　　Abstract.

14、............................................................................................................................ III </p><p>　　第1章 緒 論1<

15、/p><p>　　1.1 本論文的背景和意義1</p><p>　　1.2 本論文的主要方法和研究進展2</p><p>　　1.3 本論文的主要內(nèi)容3</p><p>　　1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排3</p><p>　　第2章 儀器與方法4</p><p>　　2.1 回聲測深儀

16、器4</p><p>　　2.2 激光測距儀5</p><p><b>　　2.3 海流計6</b></p><p>　　2.3.1 電磁海流計7</p><p>　　2.3.2 聲學(xué)多普勒海流剖面儀7</p><p>　　第3章 水深與海流的數(shù)據(jù)分析9</p><

17、p>　　3.1 水深的數(shù)據(jù)分析.9</p><p>　　3.1.1水深測量概況............................................................................................. 9</p><p>　　3.1.2 數(shù)據(jù)處理.....................................

18、................................................................ 9</p><p>　　3.2 海流的數(shù)據(jù)分析...................................................................................................11</p><p&g

19、t;　　3.2.1 海流測量概況............................................................................................11</p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)處理與分析..........................................................................

20、..............13</p><p>　　第4章 東極養(yǎng)殖海區(qū)水深與海流的實測與數(shù)據(jù)分析17</p><p>　　4.1東極養(yǎng)殖海區(qū)概況17</p><p>　　4.2 東極養(yǎng)殖海區(qū)水深觀測與數(shù)據(jù)分析17</p><p>　　4.3 東極養(yǎng)殖海區(qū)海流觀測與數(shù)據(jù)分析23</p><p><b&g

21、t;　　結(jié) 論32</b></p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p>　　附 錄 1 標題34</p><p><b>　　外文與翻譯44</b></p><p><b>　　致 謝80</b></p>

22、<p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 本文的背景和意義</p><p>　　水動力環(huán)境監(jiān)測與分析是海洋科學(xué)中十分基礎(chǔ)的內(nèi)容，雖然基礎(chǔ)但是十分的必要。對于水動力的監(jiān)測可以得到理論所需要的基本數(shù)據(jù)，再對其進行分析可以完善理論或創(chuàng)造理論。也就是一項理論與實踐相結(jié)合的工作，這種辯證的存在必定通過一種否定之否定的路徑走向提高而完善。所以

23、選擇了這個課題，也是在于其基礎(chǔ)性可以學(xué)到不少東西。又可以在實踐中創(chuàng)造少許價值?？梢哉f是一種雙贏的狀態(tài)。</p><p>　　海洋水動力環(huán)境觀測與水文觀測有些相似，主要是為了能了解到海洋水文要素的分布狀況和變化的規(guī)律。其觀測的項目一般隨著任務(wù)的不同而有所不同，一般包括溫度，鹽度，密度，海流，海浪，海潮，，有時也需要測海洋深度或者海底地形，透明度，海發(fā)光，海冰等。</p><p>　　對于海洋

24、調(diào)查這個大范圍來講，相信都耳濡目染了不少信息，從1542年的哥倫布時期，到1615年的麥哲倫環(huán)球航行，至今為止，人類通過海洋調(diào)查不斷完善自己的知識體系，從而更好的了解世界，幫助實踐。海洋調(diào)查已經(jīng)從單船走航模式調(diào)查到多船聯(lián)合調(diào)查，再到立體化海洋調(diào)查，隨著技術(shù)的不斷更新，海洋調(diào)查的要求越來與廣泛和精確。當然海洋水動力環(huán)境的調(diào)查是占很大比重的了。在這里先不考慮生物方面和化學(xué)方面的了。</p><p>　　21世紀是海洋

25、的時代，人類要更好的生存，必須對海洋有足夠的了解，我們要了解天空外的高度，必然也得搞清楚海底的世界。海洋的物理性質(zhì)有著十分重要的地位，運動決定存在，存在必定運動，對于海水的運動和其運動的環(huán)境要有足夠的了解，必須通過海洋調(diào)查來完成，這是必須的，從中就可以看出其重要性來，所以選擇了這個課題，一種理論更是一種實踐吧。</p><p>　　做學(xué)術(shù)研究必須有數(shù)據(jù)資料，任何輕視海洋調(diào)查工作的人，都會導(dǎo)致自身的研究受限，無法前

26、進。而海洋調(diào)查，研究水動力環(huán)境，的重要手段，就是各種儀器和工具，他們是人類各種感官的延伸與提高。因此要注重儀器的更新，每次技術(shù)的革新，都可能導(dǎo)致海洋理論的深刻革命。</p><p>　　通過各種海洋儀器和儀表對水動力環(huán)境的監(jiān)測，主要是物理方面的數(shù)據(jù)，可以獲取海洋環(huán)境要素資料，主要是為了弄清其時空分布和變化規(guī)律，為海洋科學(xué)的研究，海洋資源的開發(fā)利用，對海洋工程的建設(shè)和航道的保證，及海洋災(zāi)害預(yù)防提供了充實的基礎(chǔ)資料和

27、科學(xué)的依據(jù)。這就是為什么選擇了海洋水動力環(huán)境監(jiān)測和意義。</p><p>　　當然因為海洋觀測的用途不同，面對的著重點不同就會利用不同的觀測手段。反過來講，因為我們只能處理一些方面的問題，所以選擇了相應(yīng)的用途。從其所適用的方向看，可分為，經(jīng)濟的，政治的，軍事的和科學(xué)的用途。在科學(xué)方面，主要是為了通過實驗調(diào)查研究來的得到數(shù)據(jù)資料，分析數(shù)據(jù)資料，歸納得出理論，使得理論適合實際，從而可以使理論有預(yù)見性。所以，所有海洋方

28、面的研究都離不開海洋觀測。在軍事方面，對于特定海區(qū)的水動力環(huán)境監(jiān)測也是十分必要的，現(xiàn)代戰(zhàn)爭早就從陸地轉(zhuǎn)型了對海洋的爭奪，沒有海洋意識的國家是十分脆弱的，20世紀每一個軍事大國都是海洋強國，由于軍事的原因，又促進了海洋水文調(diào)查的發(fā)展。當然，也會產(chǎn)生一定的抑制，譬如本國不準外國對其領(lǐng)土海域進行水文觀測，這是必要的。再就是為經(jīng)濟服務(wù)的了，人們要發(fā)展經(jīng)濟，要進行水產(chǎn)養(yǎng)殖，就必定離不開對海洋水動力環(huán)境的認識，通過海洋水動力環(huán)境的觀測和分析，得出一

29、定的理論與結(jié)論，可以更好的指導(dǎo)生產(chǎn)，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力呀。而對于生活方面，各種災(zāi)害性天氣都與海洋水動力的變化有關(guān)，所以對其進行長期的觀測與分析是十分必要的。</p><p>　　而我選擇了對于養(yǎng)殖海區(qū)的水動力環(huán)境調(diào)查，大底是受到自己能力的限制，人是社會性和自然性動物，所以，這些決定了我應(yīng)該這么選也只能這么選。</p><p>　　如今，海洋調(diào)查越來越平凡，對海洋領(lǐng)域的研究也越來越深入。由

30、于科學(xué)發(fā)展的不斷深入，對相關(guān)數(shù)據(jù)的需要也就越來越嚴格和全面。所以，用來測量數(shù)據(jù)的設(shè)備也就越來越先進了，在這個科學(xué)離不開實驗，實驗隔離不了數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須有相關(guān)設(shè)備測取的時代，對于學(xué)會并應(yīng)用設(shè)備觀測數(shù)據(jù)的能力要求也越來越凸顯。所以，進行出海調(diào)查的鍛煉也就十分必要了。通過出海調(diào)查，需要明確幾方面事項，其一是對相關(guān)概念的把握；其二是對儀器的操作；其三是對數(shù)據(jù)的處理；其四是對出海調(diào)查時的注意事項和規(guī)則的明晰。</p><p&g

31、t;　　當然選擇是在東極進行，也是導(dǎo)師的幫助和安排，如果自己進行這方面課題的研究，根本就是寸步難行，幸好學(xué)校在東極有養(yǎng)殖場所。</p><p>　　監(jiān)測，可以通過操作各種儀器得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而又了解了一般海洋調(diào)查的流程的。分析，可以通過各種軟件處理，提高了自己分析事物的能力，可以說選擇了水動力環(huán)境的檢測與分析，是一種全方面的學(xué)習(xí)和歷練。</p><p>　　綜上的意義和依據(jù)，我選擇了對東

32、極的養(yǎng)殖海區(qū)進行水動力環(huán)境的分析和監(jiān)測的項目。</p><p>　　1.2 本論文的主要方法和研究進展</p><p>　　本論文的研究方法，即海洋調(diào)查方法，主要是采用了兩種測量方法。</p><p>　　第一，采用了隨機方法。我們雇傭了一艘小船，在東極養(yǎng)殖海區(qū)網(wǎng)箱附近攜帶ADCP和回聲測深儀進行了繞網(wǎng)箱而進行的觀測。采用激光測距儀代替了GPS記錄相對距離，又采取人

33、工讀取記錄數(shù)據(jù)，因為數(shù)據(jù)量相對較少，雖然比較簡陋，但是有可行性。</p><p>　　第二，采用了定點方法，即站臺觀測方法。在4806工廠的港口處，使用日本產(chǎn)的ALEC compact 1221型電磁海流計進行測流，本次海流觀測又叫做單定點測量，流速儀間歇模式中間隔時間為30min，采樣頻率為2s，采樣數(shù)為90，單次采樣持續(xù)時間3min。流速和流向采用3min平均值。</p><p>　　

34、此論文的研究進展主要是在于得到了一些可加參考的數(shù)據(jù)。如對東極養(yǎng)殖海區(qū)的水動力分析，主要是對水深的測量，可以對當?shù)氐匦斡幸粋€更好的了解，從而幫助與生產(chǎn)時間。而且通過把數(shù)據(jù)圖像化，可以通過水深更加生動的了解當?shù)氐匦吻闆r。</p><p>　　而對于4806工廠港口處的海流分析，為在當?shù)亟ㄔ齑a頭時可能遇到的水流沖刷問題，做出了相關(guān)疑難的解答。這主要是為工程實踐做的前期鋪墊調(diào)查工作。</p><p&g

35、t;　　當然，現(xiàn)在測量方式繁多，對海洋的測量也越來越精確的，現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅停留在陸地與海洋的海洋監(jiān)測，而起太空監(jiān)測也加入進來，是的海洋監(jiān)測變得越來越精確與方便。但是，幾種最原始也是最必要的測量方式也是要會的，至少有了這些基礎(chǔ)，才能走得更遠。</p><p>　　1.3 本文的主要內(nèi)容</p><p>　　本論文的主要內(nèi)容是對東極養(yǎng)殖海區(qū)網(wǎng)箱附近的水動力環(huán)境的觀測與分析，以此為目的和內(nèi)容的前

36、提下，對相關(guān)儀器和觀測方法有一個感性又理性的認識。其主要內(nèi)容中的水動力分析，由于條件限制，所以只能觀測水深數(shù)據(jù)，而海流數(shù)據(jù)主要是通過4806工廠處的單點觀測來實現(xiàn)的。在一起認知和海洋觀測以后，將觀測數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析。</p><p>　　1.4 本文的結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　論文的緒論作為首章，主要分為四部分，第一部分是闡明寫作該論文的背景與意義。第二部分是敘述一下該論文研究的

37、主要方法和它的研究進展。第三部分是要引出本文的主要內(nèi)容。第四部分是做一個總結(jié)，并規(guī)劃出框架來。</p><p>　　論文的第二章主要規(guī)劃用來寫關(guān)于儀器與方法，兩者相依相隨，不可孤立存在，所以選擇了講此兩方面歸為一章敘述。主要要介紹的一起為，回聲測深儀，激光測距儀， ADCP,及電磁海流計。在此期間，還會講到海洋調(diào)查中用的較為平凡的海流計。 論文的第三章主要是要講述測量數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理。這里主要是處理

38、為主，敘述為輔。主要是將測量得到的數(shù)據(jù)進行分析，然后把數(shù)據(jù)相應(yīng)的形象化圖像化，使得數(shù)據(jù)更有親和力和說服力。</p><p>　　在文章的二三兩章正文結(jié)束以后，便是要做一個結(jié)論和致謝，再附加參考文獻和附錄。這樣，一篇論文的脈絡(luò)就開始清晰了。</p><p><b>　　第2章 儀器與方法</b></p><p><b>　　2.1回聲測

39、深儀器</b></p><p>　　回聲測深儀應(yīng)用的主要原理是聲波能在均勻介質(zhì)中勻速直線傳播，遇不同介質(zhì)面產(chǎn)生反射的原理設(shè)計的一種測量水深的儀器。常溫時海水中的聲速的典型值為1500米／秒，淡水中的聲速為1450米／秒。但在特定情況下會做適應(yīng)的修改。因為水中聲速是受到水溫和鹽度的影響，當渾濁度較低的時候還需要通過加粉，從而使測試更加精確。</p><p>　　它的原理十分簡單，

40、如圖2.1.1所示。我們把發(fā)出超聲波的裝置稱為發(fā)射振動器，接受回聲的裝置叫做接收振動器。把它固定在小船的一側(cè)，用繩子固定，并部分浸沒水面，產(chǎn)生一定的吃水。在儀器中設(shè)置好吃水深度，便可開始測量了。它的讀數(shù)可以直接從儀器中讀出。而且會有自動保存，此儀器的默認測量間隔為30秒。</p><p>　　圖2.1.1 測深儀測深示意圖</p><p>　　此回聲測深儀為單頻回聲測深儀，每30s記錄

41、一個組數(shù)據(jù)。主要為時間與水深。儀器由主機，支架和探頭三部分組成。根據(jù)一般大面測深條件，我們還需要知道所測點的具體位置。因為測試點位置一般由GPS測量決定，所以此儀器要外接GPS來使用。</p><p>　　而由于各種觀測條件，要求和方法的不同，GPS可以被取代后者移除。例如，當我們觀測定點單點水深時，由于此點位置我們已經(jīng)提前知曉，所以就不必用GPSZ再次測量。又如，在沒有GPS的情況下，我們還可以用用激光測距儀來

42、確定所測點的位置。</p><p>　　此次對東極養(yǎng)殖海區(qū)的水深觀測，就是通過激光測距儀器來定位的。</p><p>　　2.2 激光測距儀器</p><p>　　世界上第一臺激光器，是由美國休斯飛機公司的科學(xué)家梅曼于1960年，首先研制成功的。美國軍方很快就在此基礎(chǔ)上開展了對軍用激光裝置的研究。1961年，第一臺軍用激光 測距儀通過了美國軍方論證試驗，對此后激光測

43、距儀很快就進入了實用聯(lián)合體。激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而準確，其誤差僅為其它光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一，因而被廣泛用于地形測量，戰(zhàn)場測量，坦克，飛機，艦艇和火炮對目標的測距，測量云層、飛機、導(dǎo)彈以及人造衛(wèi)星的高度等。它是提高坦克、飛機、艦艇和火炮精度的重要技術(shù)裝備。由于激光測距儀價格不斷下調(diào)，工業(yè)上也逐漸開始使用激光測距儀。國內(nèi)外出現(xiàn)了一批新型的具有測距快、體積小、性能可靠等優(yōu)點的微型測距儀，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控、

44、礦山、港口等領(lǐng)域。 　</p><p>　　激光是六十年代發(fā)展起來的一項新技術(shù)。它是一種顏色很純、能量高度集中、方向性很好的光。激光測距儀是利用激光進行測距的一種儀器。它的作用原理很簡單：通過測定激光開始發(fā)射到激光從目標反射回來的時間來測定距離。為了發(fā)射和接收激光，并進行計時，激光測距儀由激光發(fā)射器、接收器、鐘頻振蕩器及距離計數(shù)器等組成。 激光測距儀能用來對人造衛(wèi)星跟蹤測距，測量飛機飛行高度，對目標進行瞄準測距，

45、以及進行地形測繪，勘察等。當然，在這里，我們便是用來做勘察用的了。</p><p>　　這次我們用到的激光測距儀，就是前面介紹的用來代替GPS做定位工具的一種測量距離的儀器。</p><p>　　激光測距儀會在工作時向目標物射出一束很細的激光，再由光電元件接收目標反射的激光束，通過計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標的距離。激光測距儀重量非常輕、體積小、操作簡單速度快而

46、準確，其誤差僅為其它光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一。所以，我們選擇了激光測距一起加以替代。若激光是連續(xù)發(fā)射的，測程可達40公里左右，并可晝夜進行作業(yè)。若激光是脈沖發(fā)射的，一般絕對精度較低，但用于遠距離測量，可以達到很好的相對精度。</p><p>　　激光測距儀分手持激光測距儀和望遠鏡式激光測距儀。手持激光測距儀：測量距離一般在200米內(nèi)，精度在2mm左右。這是目前使用范圍最廣的激光測距儀。在功能上除能測量距離

47、外，一般還能計算測量物體的體積。望遠鏡式激光測距儀：測量距離一般在600-3000米左右，這類測距儀測量距離比較遠，但精度相對較低，精度一般在1米左右。主要應(yīng)用范圍為野外長距離測量。我們這次采用的是望遠鏡式激光測距儀。再為在海中，一般要測的目標都是非常遠的。像這次選擇的點，其互相距離都在600米左右。所以，我們采用望遠鏡式激光測距儀。</p><p>　　關(guān)于它的操作，只要在模式選項中調(diào)好自己所需要的選項，就可以

48、一直用來測自己想要的距離了，可以說是一種傻瓜式操作。</p><p>　　為了在一個平面上精確定位。我們采用激光測距儀器需要找三個參考點。而一般的如果只要求測距離的話，就只需要一個參考點就夠了。其主要原理和過程可以參照，圖2.2.1所示。</p><p><b>　　圖 2.2.1</b></p><p>　　先在地圖上確定三個參考點A,B,C

49、,算出此三點間的相互距離，分別記為。</p><p>　　在測量過程中，用望遠鏡式激光測距儀測得測量點D點到各個參考點的距離，分別記為</p><p>　　以C為原心，CB連線指向B點為y軸正方向，建立直角坐標系。</p><p>　　通過方程組可得。即得到A點到x，y軸的距離，從而得到坐標為（）。</p><p>　　同理，得到測試點D

50、點到x，y軸的距離。而D點的x坐標的正負，需要通過來判斷。</p><p>　　用同樣的方法把各個測量點的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為此坐標系下的坐標。</p><p><b>　　2.3 海流儀器</b></p><p>　　對于海流的觀測，一向是水文觀測中最重要的項目了。相對的，對于測海流的儀器的掌握和了解也是十分必要的了。其重要性導(dǎo)致了現(xiàn)在海流計的多樣性，

51、主要有電磁海流計，機械旋漿式海流計，聲學(xué)海流計，光學(xué)式海流計，電阻式海流計等。我們最常用到的便是電磁海流計和聲學(xué)多普勒海流計了。</p><p>　　2.3.1 電磁海流計</p><p>　　電磁海流計應(yīng)用了法拉第電磁感應(yīng)定理，通過海水通過次嘗試產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢來測定海流。根據(jù)磁場來源不同，又可分為地磁場海流計和人造磁場海流計，地磁場海流計又可分為表層型與深層型。測深層不可測表層。<

52、;/p><p>　　我們這次用到的儀器主要是日本產(chǎn)的ALEC compact 1221型電磁海流計。其優(yōu)點為準確度高，測試值可靠，體積小，無活動部件，對流場影響也比較小。該儀器流速分辨率為0.02cm/s，流向分辨率為0.01°，測量誤差分別為±2%和±2°，流速和流向測量范圍0~500cm/s、0~360°，設(shè)備具備連續(xù)高頻測量和間歇式觀測兩種模式，本次采用間歇觀測

53、模式。</p><p>　　本次海流觀測采用單定點測量，流速儀間歇模式中間隔時間為30min，采樣頻率為2s，采樣數(shù)為90，單次采樣持續(xù)時間3min。流速和流向采用3min平均值。</p><p>　　2.3.2 聲學(xué)多普勒海流剖面儀</p><p>　　聲學(xué)多普勒剖面儀也就是我們通常說的ADCP，是目前觀測多層海流剖面的方法。ADCP測流的原理就是測定聲波入射到海

54、水中的運動微粒后反射被儀器接受后產(chǎn)生的多普勒頻移，從而得到不同水層水體的運動速度。發(fā)射器與散射體之間有相對運動，所以，接收器接受到的頻率與聲源的固有頻率是不一致的了。這種現(xiàn)象就是多普勒現(xiàn)象。其中，多普勒頻移就是指接收頻率與發(fā)射頻率之差。設(shè)想一下生活中的開著音響的車從你身邊經(jīng)過時所聽到的歌的節(jié)拍的變化。在汽車向你駛來時候，歌曲仿佛加快播放了，當汽車理你遠去時，歌曲好像慢放了，又似卡帶一樣。現(xiàn)在，把運動微粒想成是放著歌聲的汽車，再把ADCP

55、想成是自己，因為運動是相互的，所以可以不把ADCP當成聲源，而是把粒子當成聲源。這樣的話就容易理解了。也就是說，通過計算出多普勒頻移，就可以求出運動粒子的運動速度了，而運動粒子的運動速度即是水流的運動速度，從而得到了海流。</p><p>　　測海流一般有兩種方式，一種是錨釘觀測，另一種便是走航觀測。至于選擇哪一類，是要更具所要測量的環(huán)境和方法來做決定的。當然還與儀器本身相關(guān)。譬如，有些ADCP是自帶電池的，而有

56、些ADCP則需要外部電源，所以相對而言，需要外接電源的ADCP很少做沉底測量。其示意圖如下圖2.3.2.1為錨釘觀測，圖2.3.2.2</p><p><b>　　圖2.3.2.1</b></p><p><b>　　圖2.3.2.</b></p><p>　　第3章 水深與海流的數(shù)據(jù)分析</p><p

57、>　　3.1 水深的數(shù)據(jù)分析</p><p>　　3.1.1水深測量概況</p><p>　　此次練習(xí)分析的水深數(shù)據(jù)為浙江海洋學(xué)院新校區(qū)沿岸水深。具體地理位置在于浙江省舟山市長峙島的東南角，如圖3-1-1-1所示。對于此處的水動力環(huán)境分析，特別是海流與水深的觀察，對保護沿岸建筑十分的必要。</p><p><b>　　圖3-1-1-1</b&g

58、t;</p><p>　　具體方法與步驟，將要分析區(qū)域的水深數(shù)據(jù)分塊讀取，并標明坐標，此間要用到的軟件主要為抓圖軟件，這次用的是Ultrasnap，主要方法為用其像素為坐標參考尺度，進行坐標標定。記錄成表格，再將表格數(shù)據(jù)繪制成水深圖。</p><p>　　3.1.2 數(shù)據(jù)處理</p><p>　　其數(shù)據(jù)如圖3-1-2-1進行分塊，此為autocad中的設(shè)計畫，標有實

59、際深度。在autocad中進行分塊和坐標設(shè)置處理。由于所得數(shù)據(jù)過于龐大，必須分塊讀取，中間步驟所的到的數(shù)據(jù)和圖片省略。</p><p><b>　　圖3-1-2-1</b></p><p>　　其大致走向如圖3-1-2-2所示。因為數(shù)據(jù)缺損，所以有中間有一處為空白。由于數(shù)據(jù)已有相關(guān)人員進行處理，所以這里就不對數(shù)據(jù)的準確性進行分析。主要是通過處理數(shù)據(jù)來學(xué)習(xí)作水深圖過程。

60、此圖以顏色來區(qū)分水深，屬于一般的散點圖，由于數(shù)據(jù)量大，所以沒有經(jīng)過差分處理。</p><p><b>　　圖3-1-2-2</b></p><p>　　3.2 海流的數(shù)據(jù)分析</p><p>　　3.2.1 海流測量概況</p><p>　　測點位置位于4806工廠修造船碼頭外側(cè)約30m處，坐標位置30º00&

61、#39;34.91"N，122º04'39.17"，具體位置見圖3-2-1-1。</p><p>　　圖3-2-1-1 測點位置示意圖</p><p>　　本次的測量項目為：海流的流速與流向，其中還包括潮流與余流問題?？紤]到所處測點水深較淺（低潮時，水深不超過4m），不需分層測量，僅對測點位置進行單點海流測量，測點深度取為距水面3m處。測流日期選定在2

62、010年12月4日～12月17日期間進行，要求每隔30min施測一次，流向以正北方位計，連續(xù)觀測14日。</p><p>　　海流觀測根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》有關(guān)要求，應(yīng)在大小潮期間進行，每站次時間為26時次以上，但考慮項目要求進行14日連續(xù)觀測。觀測周期包含大、小潮時，符合規(guī)范要求，具體如下：</p><p><b>　　表3-2-1-2</b></p>

63、<p><b>　　大小潮發(fā)生時間表</b></p><p>　　本次測流設(shè)備使用日本產(chǎn)的ALEC compact 1221型電磁海流計進行測流，該儀器流速分辨率為0.02cm/s，流向分辨率為0.01°，測量誤差分別為±2%和±2°，流速和流向測量范圍0~500cm/s、0~360°，設(shè)備具備連續(xù)高頻測量和間歇式觀測兩種模式，本次

64、采用間歇觀測模式。其測量精度及測量范圍滿足《海洋調(diào)查規(guī)范》的規(guī)定要求。</p><p>　　本次海流觀測采用單定點測量，流速儀間歇模式中間隔時間為30min，采樣頻率為2s，采樣數(shù)為90，單次采樣持續(xù)時間3min。流速和流向采用3min平均值。作業(yè)期間，12月4日~14日，天氣晴朗為主；12月15日～16日，降大雪。12月17日天氣晴朗。</p><p>　　潮流流速和流向取3min平均值

65、。然后基于平均值進行分析，繪制流速流向曲線圖，有助于我們觀看流速、流向的關(guān)系，以及它們從開始到結(jié)束的改變過程。同時繪制了流速矢量分布圖。由于工程區(qū)地形地貌極為復(fù)雜，按照規(guī)范進行調(diào)和分析顯然不準，意義不大，因此實際分析采用直接采用實測流速和流向結(jié)果，而不作調(diào)和分析。</p><p>　　3.2.2 數(shù)據(jù)處理與分析</p><p>　　測點的實測最大流速及對應(yīng)的流向見表3-2-2-1。<

66、/p><p><b>　　表3-2-2-1</b></p><p>　　實測最大流速及其流向統(tǒng)計表</p><p>　　由上表可見，最大漲潮流流速出現(xiàn)在12月14日，為53.4cm/s，對應(yīng)流向為337º；最大落潮流流速出現(xiàn)在12月7日，為56.3cm/s，對應(yīng)流向為133º。</p><p>　　由于工

67、程所在海區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜，流速流向采集受周邊船舶通行和地形回流等因素的影響，流速流向所表現(xiàn)出的規(guī)律有點凌亂，流速變換曲線不光滑。海潮流歷時數(shù)據(jù)見附表1。海流的流速變化見圖3-2-2-2，海流的流向變化見圖3-2-2-3。</p><p><b>　　圖3-2-2-2</b></p><p><b>　　圖3-2-2-3</b></p>

68、<p>　　余流是指測得的海流中剔除周期性的潮流以外的水體運動，其量值雖不大，但直接指示著水體的運移、交換。影響余流的因素眾多，它的季節(jié)性變化也很強。該海域測點各日的余流流速、流向見表2-2。</p><p><b>　　表3-2-2-4</b></p><p>　　各日余流流速、流向表</p><p>　　由上表可知，本測點所在位

69、置，余流流速相對較小，而且多數(shù)與北偏西向沿岸流為主。</p><p>　　將潮流歷時數(shù)值減去余流流速后，可繪制潮流矢量圖（潮流橢圓圖）。由于項目更多的關(guān)注大潮和小潮情況，此處僅給出大潮和小潮的潮流矢量圖。小潮潮流流矢見圖3-2-2-5，大潮潮流矢見圖3-2-2-6。</p><p><b>　　圖3-2-2-5</b></p><p><

70、b>　　圖3-2-2-6</b></p><p>　　通過以上分析，首先，從潮流流速，尤其是流向變化規(guī)律看，本次調(diào)查海域?qū)儆诎肴粘?，但由于受地形以及測點位置選擇影響，流速、流向規(guī)律較為復(fù)雜。其次水域的潮流運動呈現(xiàn)為不規(guī)則往復(fù)運動,漲落潮流速不同時期各有大小，規(guī)律較為復(fù)雜，受地形地貌特征制約影響較大。還有，實測最大流速為12月7日，最大流速為56.3cm/s，流向為133。需要注意的是，本次測點靠

71、近碼頭內(nèi)側(cè)，受到回流以及船舶通行影響較大，與工程擬建選址處的流速流向會存在較大差異，數(shù)據(jù)引用時務(wù)請注意。</p><p>　　第4章 東極養(yǎng)殖海區(qū)水深與海流的觀測與分析</p><p>　　4.1東極養(yǎng)殖海區(qū)概況</p><p>　　由于我校新進一批儀器，所以有機會出海試用這些儀器，正好學(xué)校在東極有一個養(yǎng)殖區(qū)，便選擇在此做水動力環(huán)境監(jiān)測。再者，由于各種條件限制，我們

72、只能略略地做一些水深與海流測量工作。</p><p>　　測量點位于舟山東部的一個島鎮(zhèn)，東極。其具體位置位于廟子湖島以東，青浜島西岸的兩島間區(qū)域。具體位置見圖4-1-1。 </p><p><b>　　圖4-1-1</b></p><p>　　本次的測量項目為：水深（包括與各個參考點的距離）與海流（包括流速與流向）。本次的技術(shù)標準符合中華人名共

73、和國國家標準《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB12763－02）。</p><p>　　測試的日期選定為2011年5月16日，并在此日的早上七點半到九點實行了測量工作。作業(yè)期間，陰天為主，風浪較大，氣溫在16度。</p><p>　　4.2 水深觀測與分析</p><p>　　本次養(yǎng)殖區(qū)水深測量所使用的設(shè)備為中海達公司生產(chǎn)的回聲測深儀和一臺望遠鏡式激光測距儀器。</p&g

74、t;<p>　　本次水深測量采取了散點布測的隨機方法。小船相對走直線，每個一定距離，測一組數(shù)據(jù)（包括水深和測點離三個參考點的距離）。</p><p>　　我們先要找個方法把所測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭尚蜗蠖ㄎ挥^察的數(shù)據(jù)。此次資料的處理與分析，主要是把測點離三參考點的距離化為以南島為原點，南島與北島連線并指向北島為y軸的平面坐標系的坐標。還有便是將測量水深略去潮位高度，得到真實水深。最后將這些數(shù)據(jù)化為三維圖形象表

75、達出來。詳細請看示意圖4-2-1.</p><p><b>　　圖4-2-1.</b></p><p>　　南島離北島距離為620m，小屋離北島距離為310m，小屋離南島距離為420m。我們設(shè)定南島為（0,0），北島為（0,620），小屋為（a，b）。</p><p>　　則由方程(620-b)* (620-b) +a*a=310*310 和(

76、b*b )+ (a*a) =420*420，可得a=189，b=375，即小屋在此坐標系中的位置為（189,375）。</p><p>　　同理，我們再設(shè)測試點的坐標為想(x，y)，測試點離南島的距離為c，離北島的距離為d。則由方程(620-y)* (620-y) +x*x= d*d和(y*y)+ (x*x) =c*c。這樣就可以求出每一點的坐標。至于其x坐標有正負，可以通過其與小屋的距離判定其正負。</p

77、><p>　　原始數(shù)據(jù)如下表4-2-2，主要記錄由測試點離三參考點的距離與測試點的水深。</p><p><b>　　表4-2-2</b></p><p><b>　　水深與距離</b></p><p>　　處理后數(shù)據(jù)如下表4-2-3.</p><p><b>　　表4

78、-2-3</b></p><p><b>　　水深與坐標</b></p><p>　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢后，用表4-2-3的數(shù)據(jù)做出三維圖進行分析，所用工具為matlab，所用程序如圖4-2-4</p><p><b>　　圖4-2-4</b></p><p>　　這里取y軸左右兩側(cè)各兩百米。

79、因為北島附近沒有測點，所以y為0到400m。由于數(shù)據(jù)較少，所以采取差分法修圖。</p><p>　　畫成水深圖如圖 4-2-5顯示水深情況。X，Y坐標為上面方法中規(guī)定的坐標，Z表示深度?？梢钥闯鲭SX值的變小，水深變大。</p><p><b>　　圖 4-2-5</b></p><p>　　為了更好的觀測水深變化情況，這里再做一幅二維色差圖。其

80、matlab程序如圖4-2-6，所作圖形見圖4-2-7。</p><p><b>　　圖4-2-6</b></p><p><b>　　圖4-2-7</b></p><p>　　由于是對海洋水深的測量，所以還要考慮的潮位的影響。再者是因為在兩個小時內(nèi)完成的測量。所以只要知道當時的潮位，再用所測水深減去潮位，便得到真正的水深

81、了。因為我們知道當?shù)貫榘肴粘?，整個半日潮的超差為3米左右。而同時又在落潮期，所以，我們可以換算出這一個半小時內(nèi)，潮差的變化了。</p><p>　　在這過程中，我已經(jīng)將水深數(shù)據(jù)變?yōu)樨摂?shù)了，而至于潮位，因為找不到相關(guān)數(shù)據(jù)，所以只能略略地估計了，一個半日潮的周期一般為6小時12分鐘，潮差大約在3米左右，那么在一個半小時內(nèi)大約變化0.72米，所以，誤差還是比較大的。在此測量過程中，還要考慮到波浪因素和船體擺動因素，這些

82、都是我們的設(shè)備無法免除的。所以，承認此測量數(shù)據(jù)只能作為大致參考，它反映的是大體的一個水深趨勢。</p><p>　　4.3 海流測量與分析</p><p>　　此次應(yīng)用的測流儀器為ADCP，采取走航模式，測量海流與流向。主要分三層測量。</p><p>　　ADCP的測量間隔設(shè)為15s每次。寬頻通訊的寬波段為307.2 kHz。每個ping的時間間隔為00:00.7

83、5。</p><p>　　首數(shù)據(jù)為 001 的記錄時間為11/05/16 07:24:35.57，尾數(shù)據(jù)為390 的記錄時間為 11/05/16 09:01:50.57。</p><p>　　因為是走航觀測，且有底跟蹤功能，所以可得航行的船跡線圖為圖4-3-1。</p><p><b>　　圖4-3-1</b></p><p

84、>　　由于是小船航行，不能在離岸較遠的大風浪區(qū)域作業(yè)。再加上中間區(qū)域分布有網(wǎng)箱，不能進入，所以航行的軌跡稍顯雜亂。起始位置在右側(cè)，終點位置在中間。開始與結(jié)尾的幾組數(shù)據(jù)都是失真的數(shù)據(jù)，所以略去，此圖只反映ADCP開始工作和停止工作過程中船所經(jīng)歷的航跡。而非正常所測數(shù)據(jù)開始與結(jié)尾間所測數(shù)據(jù)的具體位置。</p><p>　　船跡線對應(yīng)的流速剖面圖請見圖4-3-2，顏色表示不同的流速，此剖面表示將船跡線拉直，然后從

85、其側(cè)面看去的流速分布情況，淺顯易懂。此圖即反應(yīng)流速又反映深度。</p><p><b>　　圖4-3-2</b></p><p>　　通過原始數(shù)據(jù)處理分析可知，第一層的最大流速出現(xiàn)在8:19:50,其表層最大流速為441mm/s,方向為161.2deg。第二層流速為412 mm/s，方向為156.4deg。第三層流速為333mm/s，方向為155.6deg?？梢姀牡谝?/p>

86、層到第三層，流速逐漸減小，但變化不大，其流的方向也比較一致。</p><p>　　最小流速出現(xiàn)在8:32:50，其表層最小流速為9 mm/s，方向為263.7deg。第二層流速為109 mm/s，方向為136.5deg。第三層流速為173 mm/s，其方向為137.1deg?？梢娙龑恿魉偈侵饾u加大，變化明顯，且其方向變化很大。</p><p>　　最大最小流速可以從圖4-3-3可看出。圖4

87、-3-4與圖4-3-5分別表示不同測試點的第二層與第三層的流速的變化情況。</p><p><b>　　圖4-3-3</b></p><p><b>　　圖4-3-4</b></p><p><b>　　圖4-3-5</b></p><p>　　其原始數(shù)據(jù)為表4-3-6所示。主

88、要測量記錄了時間，三層的流速和流向。此數(shù)據(jù)已經(jīng)做過處理，對不正確和不在測試時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)進行消去。</p><p><b>　　表4-3-6</b></p><p>　　養(yǎng)殖區(qū)海流流速、流向數(shù)據(jù)</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　海洋調(diào)查越來越平凡，對海洋領(lǐng)域的研究也越來

89、越深入。由于科學(xué)發(fā)展的不斷深入，對相關(guān)數(shù)據(jù)的需要也就越來越嚴格和全面。所以，用來測量數(shù)據(jù)的設(shè)備也就越來越先進了，在這個科學(xué)離不開實驗，實驗隔離不了數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須有相關(guān)設(shè)備測取的時代，對于學(xué)會并應(yīng)用設(shè)備觀測數(shù)據(jù)的能力要求也越來越凸顯。所以，進行出海調(diào)查的鍛煉也就十分必要了。通過出海調(diào)查，需要明確幾方面事項，其一是對相關(guān)概念的把握；其二是對儀器的操作；其三是對數(shù)據(jù)的處理；其四是對出海調(diào)查時的注意事項和規(guī)則的。</p><

90、p>　　雖然這次的數(shù)據(jù)的準確性有待考證，但基本過程已經(jīng)實現(xiàn)了。在大學(xué)階段，學(xué)習(xí)了相關(guān)學(xué)科，了解了相關(guān)概念，又在做論文階段查看文獻和期刊，對概念有了更詳細的了解。在出海前，對幾種海洋測量儀器進行了具體的培訓(xùn)和學(xué)習(xí)。又在中期出海兩次，對出海調(diào)查有了親身的體會和感性的認識。最后，在老師和學(xué)長的陪同下，做了一次真正的海洋監(jiān)測，得到了論文數(shù)據(jù)。此為循序漸進的過程，所以學(xué)得十分扎實。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)中，遇到的許多困難都在導(dǎo)師的幫助和自己的努力下迎

91、刃而解，從而得到了此論文。</p><p>　　對于東極養(yǎng)殖區(qū)的水動力環(huán)境調(diào)查，規(guī)劃周密，但由于缺少儀器和時間倉促，所以所得數(shù)據(jù)只是在一定框架下是正確的，嚴格的將還未測得一些相關(guān)參數(shù)。養(yǎng)殖區(qū)水深大志在12m到25m間，走勢為從西往東漸深，水深隨離岸距離加深。只能看出水深總體趨勢，大致與事實相符。養(yǎng)殖區(qū)海流是由ADCP測得，此設(shè)備很強大，可以同時測出多組數(shù)據(jù)和消除誤差，但由于沒有對起始位置進行定位，再加上船速不是恒

92、定，所以不能把海流與其真實位置相對應(yīng)，所以只能用來作為感性的認識，大體的了解。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 盧效東. 日本海洋衛(wèi)星技術(shù),海洋儀器新進展[J]. 海洋信息, 2003, (01).</p><p>　　[2] 張正惕,楊世倫,谷國傳. 我國海洋測流儀器的發(fā)展與現(xiàn)狀[J]. 海洋技術(shù),

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