海洋調(diào)查與監(jiān)測(cè)

1、2024/3/18,1,海洋調(diào)查與監(jiān)測(cè),SU QiangGraduate University of Chinese Academy of SciencesCollege of Earth Science,Marine Investigation and Observation,Tel: +86 010-88256447; E-mail: Sqiang@gucas.ac.cn,2024/3/18,2,第一章 緒論,海洋調(diào)查簡(jiǎn)史全球

2、海洋觀測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述海洋調(diào)查的分類(lèi)及內(nèi)容海洋調(diào)查的必要性,2024/3/18,3,海洋調(diào)查簡(jiǎn)史,海洋調(diào)查是用各種儀器設(shè)備直接或間接對(duì)海洋的物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、氣象學(xué)及其他海洋狀況進(jìn)行調(diào)查研究的手段。 海洋調(diào)查一般是在選定的海區(qū)、測(cè)線(xiàn)和測(cè)點(diǎn)上布設(shè)和使用適當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備，獲取海洋環(huán)境要素資料，揭示并闡明其時(shí)、空分布和變化規(guī)律，為海洋科學(xué)研究、海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋工程建設(shè)、航海安全保證、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋災(zāi)害預(yù)防提供基礎(chǔ)

3、資料和科學(xué)依據(jù)。 海洋調(diào)查一般分為綜合調(diào)查和專(zhuān)業(yè)調(diào)查兩大類(lèi)。,2024/3/18,4,單船調(diào)查時(shí)期,20世紀(jì)初，海洋學(xué)的發(fā)展主要是以生物學(xué)為主；在第二次世界大戰(zhàn)期間，因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)需要，突出發(fā)展了水聲技術(shù)、海浪觀測(cè)和預(yù)報(bào)，從而推動(dòng)了海洋科學(xué)在理論方面的發(fā)展。以單船走航方式來(lái)獲得海洋水文資料，就好像用“流動(dòng)氣象站”來(lái)獲取氣象資料一樣。氣象學(xué)家們對(duì)“流動(dòng)氣象站”獲取的大氣資料當(dāng)然是不屑一顧的，但海洋學(xué)家們，卻以能取得單船走航方式獲取的觀

4、測(cè)資料為滿(mǎn)足。這是一個(gè)帶諷刺性的，但又是干真萬(wàn)確的事實(shí)。,2024/3/18,5,截止到20世紀(jì)50年代，全世界進(jìn)行了300多次的海洋調(diào)查，范圍都不大，調(diào)查的項(xiàng)目也不多，調(diào)查持續(xù)時(shí)間也不長(zhǎng)，觀測(cè)手段都十分落后，而且相當(dāng)部分只集中在幾個(gè)海區(qū)，如毗鄰歐洲的北海、波羅的海和地中海，北美洲東岸墨酉哥灣流區(qū)域、西岸的加利福尼亞流區(qū)域，以及亞洲的黑潮區(qū)域和日本近海等。,2024/3/18,6,根據(jù)海洋調(diào)查資料，海洋學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了海水主要成分相對(duì)含量

5、的恒定性；在海洋生物方面，對(duì)較大生物進(jìn)行了分類(lèi)，并對(duì)生物與環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行了研究；在地質(zhì)學(xué)方面，人們對(duì)海底地貌、沉積物分布有了初步了解；在物理海洋學(xué)方面，對(duì)潮汐、海浪、海流的研究多有建樹(shù)，繪制出了世界大洋的海流圖輪廓，并提出了與之相應(yīng)的世界大洋環(huán)流的基本理論—“風(fēng)生漂流理論”。,2024/3/18,7,2024/3/18,8,多船聯(lián)合調(diào)查時(shí)期,1958年，海洋學(xué)家斯瓦羅用聲學(xué)追蹤的中性浮子的方法測(cè)量了灣流區(qū)域的底層流。實(shí)測(cè)結(jié)果表明：

6、海流速度比他預(yù)期的大到10倍以上，而且在幾十公里的距離之間，流向可以完全相反。這樣一來(lái)，以多船合作調(diào)查代替單船進(jìn)行的海洋調(diào)查方式應(yīng)時(shí)面起。從50年代中期到60年代中后期的10余年間，多船合作調(diào)查盛行一時(shí)。,2024/3/18,9,通過(guò)這些大規(guī)模的多船聯(lián)合調(diào)查，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)了大洋海流中兩種極其重要的現(xiàn)象：一是在太平洋和大西洋赤道海流之下，發(fā)現(xiàn)到處都存在的赤道潛流；二是在灣流中不但經(jīng)常出現(xiàn)尺度相當(dāng)大(幾百公里)、壽命相當(dāng)長(zhǎng)(幾個(gè)月)的彎

7、曲(Meander)，而且當(dāng)它與主流分離后還形成流環(huán)(Loop)，而在灣流區(qū)域的某些位置上，有時(shí)競(jìng)同時(shí)出現(xiàn)好幾個(gè)渦旋(Eddy)，使人對(duì)灣流本身難以辨認(rèn)。,2024/3/18,10,1986-1990年，中美西太平洋熱帶海氣相互作用聯(lián)合調(diào)查，中國(guó)“向陽(yáng)紅5”號(hào)和“向陽(yáng)紅14”號(hào)實(shí)施海上調(diào)查，完成了綜合考察站350個(gè)站次和36條觀測(cè)斷面的科學(xué)考察任務(wù)；1986-1992年，中日黑潮合作調(diào)查，實(shí)施海洋調(diào)查的有中國(guó)的“向陽(yáng)紅9”號(hào)、“實(shí)踐”

8、號(hào)以及日本的“昭洋丸”、“拓洋丸”、“海洋丸”等14艘海洋調(diào)查船；,2024/3/18,11,1992年11月1日-1993年2月28日，在熱帶西太平佯“暖池區(qū)”進(jìn)行連續(xù)4個(gè)月的強(qiáng)化觀測(cè)。此次調(diào)查中，由3個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)、7架飛機(jī)、14條調(diào)查船、31個(gè)地面探空站、34個(gè)錨系浮標(biāo)和幾十個(gè)飄流浮標(biāo)構(gòu)成一個(gè)立體觀測(cè)體系進(jìn)行觀測(cè)。作為雙邊合作和對(duì)國(guó)際計(jì)劃的貢獻(xiàn)，中國(guó)參加調(diào)查的單位有國(guó)家海洋局、中國(guó)科學(xué)院、原國(guó)家教育委員會(huì)、中國(guó)氣象局等，并派國(guó)家海

9、洋局“向陽(yáng)紅5”號(hào)、中國(guó)科學(xué)院“科學(xué)1號(hào)”、“實(shí)驗(yàn)3號(hào)”等三艘海洋調(diào)查船參加了全過(guò)程的觀測(cè)，調(diào)查取得了滿(mǎn)意的成果。,2024/3/18,12,2024/3/18,13,大洋考察項(xiàng)目有物理海洋學(xué)，海洋化學(xué)(包括放射化學(xué))，海洋生物(浮游動(dòng)物、浮游植物、底棲生物、微生物)，海洋地質(zhì)，海洋漁業(yè)資源等；在北冰洋冰邊緣進(jìn)行的項(xiàng)目有大氣、海洋、海冰等項(xiàng)目的綜合觀測(cè)；在聯(lián)合冰站進(jìn)行大氣邊界層(輻射，冰溫梯度，風(fēng)速、溫度和濕度脈動(dòng))觀測(cè)，系留氣艇系

10、統(tǒng)觀測(cè)，常規(guī)和臭氧探空，物理海洋，冰物理(冰雷達(dá)、RADARSAT-1衛(wèi)星SAR)，冰雪化學(xué)，冰下生態(tài)等多學(xué)科綜合調(diào)查。,2024/3/18,14,2024/3/18,15,2024/3/18,16,此次科學(xué)考察還包括走航的氣象，SST和海表紅外溫度，ADCP測(cè)流，XBT，XCTD，紫外輻射，大氣和海表CO2觀測(cè)；航路采樣觀測(cè)有海表鹽度、葉綠素、生物生產(chǎn)力、大氣氣體組分和大氣粉塵中孢粉、沉積礦物和氣溶膠、低分子揮發(fā)性脂肪酸、石油烴等有

11、機(jī)污染物。通過(guò)走航的氣象觀測(cè)、海洋SST和海表紅外溫度觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了北極的冷源區(qū)域；通過(guò)走航的大氣和海表CO2觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)海洋是CO2的源區(qū)海域。,2024/3/18,17,2024/3/18,18,2024/3/18,19,2024/3/18,20,2024/3/18,21,使用無(wú)人浮標(biāo)站取得全天候的連續(xù)資科,2024/3/18,22,固定浮標(biāo)是用錨將觀測(cè)浮標(biāo)固定在一定的海域內(nèi)，用水上、水下儀器監(jiān)視天氣和水體的變化，包括溫度、鹽度、海流

12、及水面波浪的變化。自由漂移浮標(biāo)(包括水上漂流浮標(biāo))，能隨波逐流地自由運(yùn)動(dòng)，可以測(cè)旦不同位置的天氣、溫度和海浪，它漂移的軌跡可以描述海流空間的變化。自動(dòng)升沉浮標(biāo)，可以在水內(nèi)自動(dòng)升降測(cè)量不同深度的海流、溫度、鹽度等，減少儀器的數(shù)量。豎豐浮標(biāo)，又叫豎立船，“環(huán)球挑戰(zhàn)者”號(hào)就是其典型代表。,2024/3/18,23,通過(guò)對(duì)浮標(biāo)和調(diào)查船上的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，海洋學(xué)家們從根本上改變了過(guò)去對(duì)大洋環(huán)流結(jié)構(gòu)的概念，認(rèn)識(shí)到大洋里并不只存在著一個(gè)風(fēng)生流渦

13、，而且存在著大量的中尺度渦旋，海洋中很多自然現(xiàn)象均和它間接有關(guān)?？梢哉f(shuō)，發(fā)現(xiàn)中尺度渦旋在整個(gè)海洋科學(xué)上是一件大事。它使海洋學(xué)家們有可能對(duì)海洋里的水文現(xiàn)象進(jìn)行“天氣分析”，也標(biāo)志著海洋水文物理學(xué)已經(jīng)由過(guò)去研究平均水文情況的“氣候?qū)W時(shí)代”，向研究水文情況逐日變化規(guī)律的“天氣學(xué)時(shí)代”轉(zhuǎn)變，并邁進(jìn)了一大步。,2024/3/18,24,深潛器的調(diào)查，包括從陸架水域的調(diào)查潛艇，到大深度作業(yè)交通器，無(wú)人裝置的遙控水下操縱器，使人們可以在水下直接觀測(cè)

14、被測(cè)對(duì)象，都已經(jīng)成為了當(dāng)代海洋調(diào)查的有利工具。,2024/3/18,25,海洋遙感技術(shù)時(shí)期,2024/3/18,26,航空遙感和航天遙感有許多共同點(diǎn)，也各有所長(zhǎng)和不足，它們是相輔相成的。飛機(jī)可以空投XBT測(cè)量海溫垂直剖面，進(jìn)行海水取樣；用專(zhuān)門(mén)的浮標(biāo)裝置直接測(cè)量海流利海浪；投棄式聲學(xué)浮標(biāo)探測(cè)海水聲學(xué)持性和進(jìn)行水下聲學(xué)監(jiān)測(cè)；機(jī)載氣象傳感器可直接測(cè)量大氣參數(shù)等。飛機(jī)上的海洋遙感器受大氣和其他環(huán)境因素影響小，測(cè)量結(jié)果比航天遙感器準(zhǔn)確可靠，是

15、衛(wèi)星遙感器試驗(yàn)、發(fā)展和地面校準(zhǔn)所必不可少的。,2024/3/18,27,2024/3/18,28,2024/3/18,29,全球海洋觀測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)述,2024/3/18,30,熱帶海洋與全球大氣計(jì)劃(TOGA),以地球系統(tǒng)時(shí)間變量為函數(shù)，獲得對(duì)熱帶海洋相全球大氣的描述，以確定地球系統(tǒng)按月至年的時(shí)間尺度可預(yù)測(cè)性的程度，認(rèn)識(shí)這種可預(yù)測(cè)性所包含的機(jī)理和過(guò)程；為了預(yù)測(cè)月至年時(shí)間尺度的海洋和大氣變化，研究模擬海洋與大氣鍋臺(tái)系統(tǒng)的可行性；如果這種能

16、力得到海洋相大氣鍋臺(tái)模式的證實(shí)，就為現(xiàn)今的觀測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以及預(yù)報(bào)的設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。,2024/3/18,31,世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)(WOCE),發(fā)展對(duì)氣候變化有用的模式，搜集檢驗(yàn)?zāi)Ｊ剿匦璧臄?shù)據(jù)；確定WOCE特殊數(shù)據(jù)及表示海洋長(zhǎng)期特性的代表；尋找測(cè)定大洋環(huán)流長(zhǎng)期變化的方法。,2024/3/18,32,極地計(jì)劃,北極浮標(biāo)測(cè)量，如美國(guó)海軍研究署利用漂流浮標(biāo)、冰上浮標(biāo)和衛(wèi)星跟蹤浮標(biāo)所進(jìn)行的測(cè)量；利用錨定的倒置聲納進(jìn)行波弗特和格陵蘭

17、北部海域海洋測(cè)量；利用美國(guó)宇航局(NASA)計(jì)劃發(fā)射的星載專(zhuān)用傳感器微波成像儀(SSM/I)進(jìn)行冰蓋和海冰分布測(cè)量；冰運(yùn)動(dòng)測(cè)量；南極海冰測(cè)量。,2024/3/18,33,全球海洋通量聯(lián)合研究(JGOFS),全球海洋通量聯(lián)合研究計(jì)劃的目的就是要“測(cè)定并認(rèn)識(shí)全球尺度的控制海洋二氧化碳及有關(guān)生物物質(zhì)隨時(shí)間變化通量的過(guò)程，評(píng)價(jià)與大氣、海底及大陸邊界有關(guān)的交換”。JGOFS需要組建時(shí)序測(cè)站網(wǎng)，每?jī)芍芑蛎吭逻M(jìn)行重要特性和過(guò)程的定期測(cè)量；如果

18、能獲得自動(dòng)化傳感器，可進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)。,2024/3/18,34,全球能量和水循環(huán)實(shí)驗(yàn)(GEWEX),根據(jù)可觀測(cè)到的大氣性質(zhì)和地面性質(zhì)的全球測(cè)量，測(cè)定水文循環(huán)和能量通量；模擬全球水文循環(huán)及其對(duì)大氣和海洋的影響；發(fā)展全球及地區(qū)水文過(guò)程和水資源的變化及其對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)預(yù)測(cè)能力；促進(jìn)適合長(zhǎng)期天氣預(yù)報(bào)，水文及氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)應(yīng)用的觀測(cè)技術(shù)，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)的發(fā)展。,2024/3/18,35,世界氣候資料計(jì)劃(WCDP),標(biāo)準(zhǔn)的天氣式

19、和氣候式的預(yù)測(cè)，包括每250km的2-10個(gè)測(cè)報(bào)站密度的海面溫度測(cè)量和次表層測(cè)量；海面溫度網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)集，半度經(jīng)緯度網(wǎng)格混合數(shù)據(jù)；從盡可能實(shí)際的多個(gè)場(chǎng)地按標(biāo)準(zhǔn)頻次進(jìn)行高空大氣測(cè)量。,2024/3/18,36,待測(cè)變量和過(guò)程的概況,對(duì)大洋總環(huán)流狀況，特別是對(duì)主要海流及上層狀況(如混合層、溫躍層和鹽躍層)的描述。這需要了解海洋上層的熱量和鹽量，以及熱量和鹽量的水平平流，海-氣之間動(dòng)量、熱量和水汽的傳輸，因而必須測(cè)定海-氣之間的物質(zhì)和氣體傳

20、輸，監(jiān)測(cè)海底熱量和鹽分通量，河流排水量(包括流量及物質(zhì)，如泥沙、營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)和污染物通量)等。,2024/3/18,37,世界天氣監(jiān)視網(wǎng)(WWW),WWW是世界氣象組織(WWO)世界范圍的一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，其主要目的是在協(xié)商一致的系統(tǒng)之內(nèi)，收集業(yè)務(wù)應(yīng)用及科研所需要的氣象資料和其他的環(huán)境資料。WWW從陸地、海面、空中以及外層空間數(shù)干個(gè)點(diǎn)進(jìn)行廣泛的氣象要素和有關(guān)地球物理要素的頻繁和定期觀測(cè)，開(kāi)展觀測(cè)數(shù)據(jù)迅速收集相交換，制作各種形式的資料產(chǎn)品，描述

21、現(xiàn)狀及預(yù)報(bào)狀況，并分發(fā)這些資料。,2024/3/18,38,國(guó)際全球海洋服務(wù)系統(tǒng)(IGOSS),IGOSS是海洋數(shù)據(jù)、產(chǎn)品和服務(wù)的搜集和交換業(yè)務(wù)網(wǎng)，目的在于為成員國(guó)的海洋服務(wù)提供所需的數(shù)據(jù)和情報(bào)，以保證業(yè)務(wù)和科研應(yīng)用之需。IGOSS是促進(jìn)、協(xié)調(diào)并發(fā)展資料及時(shí)搜集相交換，提供服務(wù)，并按觀測(cè)分析和預(yù)報(bào)形式分發(fā)產(chǎn)品所必需的國(guó)際體制。其數(shù)據(jù)是根據(jù)海洋天氣預(yù)報(bào)、漁業(yè)研究、捕漁業(yè)、航海、污染控制及有關(guān)氣候研究需要，更好地預(yù)測(cè)海洋狀況而制定的。,2

22、024/3/18,39,全球海洋平面觀測(cè)系統(tǒng)(GLOSS),GLOSS是IOC協(xié)調(diào)的一個(gè)國(guó)際系統(tǒng)，以海平面站全球網(wǎng)為基礎(chǔ)提供高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化海平面數(shù)據(jù)。海平面站全球網(wǎng)將監(jiān)測(cè)由于全球變暖而引起的海平面變化，闡明大洋環(huán)流圖、氣候變遷以及為國(guó)際和地區(qū)研究計(jì)劃，為各國(guó)的實(shí)際應(yīng)用作貢獻(xiàn)。,2024/3/18,40,漂流浮標(biāo)協(xié)調(diào)組(DBCP),DBCP為漂流浮標(biāo)各方面業(yè)務(wù)的協(xié)作機(jī)構(gòu)，由IOC和WWO聯(lián)合組成，其目的是：促進(jìn)世界范圍漂流浮標(biāo)的最佳利用，

23、增加現(xiàn)有漂流浮標(biāo)數(shù)據(jù)量，滿(mǎn)足WWO和IOC的主要計(jì)劃需要，鼓勵(lì)并支持成立特定計(jì)劃或地區(qū)應(yīng)用的行動(dòng)組，以影響漂流浮標(biāo)業(yè)務(wù)的合作。,2024/3/18,41,國(guó)際海洋資料信息交換(IODE),IODE系統(tǒng)目的在于促進(jìn)成員國(guó)海洋資料信息的交換，以提高海洋科研、海洋勘探和海洋開(kāi)發(fā)的水平。由于建立全球觀測(cè)系統(tǒng)(GOOS)的復(fù)雜性，現(xiàn)在區(qū)域性的海洋觀測(cè)系統(tǒng)正在興建和發(fā)展中，如東北亞的(NEAR-GOOS)、歐洲的(Eu-GOOS)等；一些專(zhuān)門(mén)性

24、的觀測(cè)系統(tǒng)也愈來(lái)愈受到沿海國(guó)家的重視，如沿岸海洋觀測(cè)系統(tǒng)C-GOOS。,2024/3/18,42,2024/3/18,43,摘要,運(yùn)用粒度、礦物學(xué)、年代學(xué)和沉積動(dòng)力學(xué)手段，對(duì)研究區(qū)表層沉積物進(jìn)行了沉積物類(lèi)型、礦物組成、運(yùn)移趨勢(shì)、沉積物物質(zhì)來(lái)源等多種分析。結(jié)合礦物學(xué)、沉積學(xué)的方法和210Pb測(cè)年數(shù)據(jù)，對(duì)研究區(qū)柱狀沉積物樣品進(jìn)行了綜合分析。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討了研究區(qū)沉積物的物質(zhì)來(lái)源及其與海洋沉積環(huán)境的相互作用。,2024/3/18,44,