海洋調(diào)查與監(jiān)測

1、2024/3/18,1,海洋調(diào)查與監(jiān)測,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)查簡史全球

2、海洋觀測系統(tǒng)簡述海洋調(diào)查的分類及內(nèi)容海洋調(diào)查的必要性,2024/3/18,3,海洋調(diào)查簡史,海洋調(diào)查是用各種儀器設備直接或間接對海洋的物理學、化學、生物學、地質學、地貌學、氣象學及其他海洋狀況進行調(diào)查研究的手段。 海洋調(diào)查一般是在選定的海區(qū)、測線和測點上布設和使用適當?shù)膬x器設備，獲取海洋環(huán)境要素資料，揭示并闡明其時、空分布和變化規(guī)律，為海洋科學研究、海洋資源開發(fā)、海洋工程建設、航海安全保證、海洋環(huán)境保護、海洋災害預防提供基礎

3、資料和科學依據(jù)。 海洋調(diào)查一般分為綜合調(diào)查和專業(yè)調(diào)查兩大類。,2024/3/18,4,單船調(diào)查時期,20世紀初，海洋學的發(fā)展主要是以生物學為主；在第二次世界大戰(zhàn)期間，因為戰(zhàn)爭需要，突出發(fā)展了水聲技術、海浪觀測和預報，從而推動了海洋科學在理論方面的發(fā)展。以單船走航方式來獲得海洋水文資料，就好像用“流動氣象站”來獲取氣象資料一樣。氣象學家們對“流動氣象站”獲取的大氣資料當然是不屑一顧的，但海洋學家們，卻以能取得單船走航方式獲取的觀

4、測資料為滿足。這是一個帶諷刺性的，但又是干真萬確的事實。,2024/3/18,5,截止到20世紀50年代，全世界進行了300多次的海洋調(diào)查，范圍都不大，調(diào)查的項目也不多，調(diào)查持續(xù)時間也不長，觀測手段都十分落后，而且相當部分只集中在幾個海區(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，海洋學家們發(fā)現(xiàn)了海水主要成分相對含量

5、的恒定性；在海洋生物方面，對較大生物進行了分類，并對生物與環(huán)境之間的關系進行了研究；在地質學方面，人們對海底地貌、沉積物分布有了初步了解；在物理海洋學方面，對潮汐、海浪、海流的研究多有建樹，繪制出了世界大洋的海流圖輪廓，并提出了與之相應的世界大洋環(huán)流的基本理論—“風生漂流理論”。,2024/3/18,7,2024/3/18,8,多船聯(lián)合調(diào)查時期,1958年，海洋學家斯瓦羅用聲學追蹤的中性浮子的方法測量了灣流區(qū)域的底層流。實測結果表明：

6、海流速度比他預期的大到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，以多船合作調(diào)查代替單船進行的海洋調(diào)查方式應時面起。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。,2024/3/18,9,通過這些大規(guī)模的多船聯(lián)合調(diào)查，學者們發(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)尺度相當大(幾百公里)、壽命相當長(幾個月)的彎

7、曲(Meander)，而且當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，有時競同時出現(xiàn)好幾個渦旋(Eddy)，使人對灣流本身難以辨認。,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“向陽紅5”號和“向陽紅14”號實施海上調(diào)查，完成了綜合考察站350個站次和36條觀測斷面的科學考察任務；1986-1992年，中日黑潮合作調(diào)查，實施海洋調(diào)查的有中國的“向陽紅9”號、“實踐”

8、號以及日本的“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)”進行連續(xù)4個月的強化觀測。此次調(diào)查中，由3個衛(wèi)星系統(tǒng)、7架飛機、14條調(diào)查船、31個地面探空站、34個錨系浮標和幾十個飄流浮標構成一個立體觀測體系進行觀測。作為雙邊合作和對國際計劃的貢獻，中國參加調(diào)查的單位有國家海洋局、中國科學院、原國家教育委員會、中國氣象局等，并派國家海

9、洋局“向陽紅5”號、中國科學院“科學1號”、“實驗3號”等三艘海洋調(diào)查船參加了全過程的觀測，調(diào)查取得了滿意的成果。,2024/3/18,12,2024/3/18,13,大洋考察項目有物理海洋學，海洋化學(包括放射化學)，海洋生物(浮游動物、浮游植物、底棲生物、微生物)，海洋地質，海洋漁業(yè)資源等；在北冰洋冰邊緣進行的項目有大氣、海洋、海冰等項目的綜合觀測；在聯(lián)合冰站進行大氣邊界層(輻射，冰溫梯度，風速、溫度和濕度脈動)觀測，系留氣艇系

10、統(tǒng)觀測，常規(guī)和臭氧探空，物理海洋，冰物理(冰雷達、RADARSAT-1衛(wèi)星SAR)，冰雪化學，冰下生態(tài)等多學科綜合調(diào)查。,2024/3/18,14,2024/3/18,15,2024/3/18,16,此次科學考察還包括走航的氣象，SST和海表紅外溫度，ADCP測流，XBT，XCTD，紫外輻射，大氣和海表CO2觀測；航路采樣觀測有海表鹽度、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、機污染物。通過走航的氣象觀測、海洋SST和海表紅外溫度觀測，發(fā)現(xiàn)了北極的冷源區(qū)域；通過走航的大氣和海表CO2觀測，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,使用無人浮標站取得全天候的連續(xù)資科,2024/3/18,22,固定浮標是用錨將觀測浮標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(包括水上漂流浮標)，能隨波逐流地自由運動，可以測旦不同位置的天氣、溫度和海浪，它漂移的軌跡可以描述海流空間的變化。自動升沉浮標，可以在水內(nèi)自動升降測量不同深度的海流、溫度、鹽度等，減少儀器的數(shù)量。豎豐浮標，又叫豎立船，“環(huán)球挑戰(zhàn)者”號就是其典型代表。,2024/3/18,23,通過對浮標和調(diào)查船上的數(shù)據(jù)資料進行分析，海洋學家們從根本上改變了過去對大洋環(huán)流結構的概念，認識到大洋里并不只存在著一個風生流渦

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。可以說，發(fā)現(xiàn)中尺度渦旋在整個海洋科學上是一件大事。它使海洋學家們有可能對海洋里的水文現(xiàn)象進行“天氣分析”，也標志著海洋水文物理學已經(jīng)由過去研究平均水文情況的“氣候學時代”，向研究水文情況逐日變化規(guī)律的“天氣學時代”轉變，并邁進了一大步。,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，無人裝置的遙控水下操縱器，使人們可以在水下直接觀測

14、被測對象，都已經(jīng)成為了當代海洋調(diào)查的有利工具。,2024/3/18,25,海洋遙感技術時期,2024/3/18,26,航空遙感和航天遙感有許多共同點，也各有所長和不足，它們是相輔相成的。飛機可以空投XBT測量海溫垂直剖面，進行海水取樣；用專門的浮標裝置直接測量海流利海浪；投棄式聲學浮標探測海水聲學持性和進行水下聲學監(jiān)測；機載氣象傳感器可直接測量大氣參數(shù)等。飛機上的海洋遙感器受大氣和其他環(huán)境因素影響小，測量結果比航天遙感器準確可靠，是

15、衛(wèi)星遙感器試驗、發(fā)展和地面校準所必不可少的。,2024/3/18,27,2024/3/18,28,2024/3/18,29,全球海洋觀測系統(tǒng)簡述,2024/3/18,30,熱帶海洋與全球大氣計劃(TOGA),以地球系統(tǒng)時間變量為函數(shù)，獲得對熱帶海洋相全球大氣的描述，以確定地球系統(tǒng)按月至年的時間尺度可預測性的程度，認識這種可預測性所包含的機理和過程；為了預測月至年時間尺度的海洋和大氣變化，研究模擬海洋與大氣鍋臺系統(tǒng)的可行性；如果這種能

16、力得到海洋相大氣鍋臺模式的證實，就為現(xiàn)今的觀測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以及預報的設計提供了科學依據(jù)。,2024/3/18,31,世界大洋環(huán)流實驗(WOCE),發(fā)展對氣候變化有用的模式，搜集檢驗模式所必需的數(shù)據(jù)；確定WOCE特殊數(shù)據(jù)及表示海洋長期特性的代表；尋找測定大洋環(huán)流長期變化的方法。,2024/3/18,32,極地計劃,北極浮標測量，如美國海軍研究署利用漂流浮標、冰上浮標和衛(wèi)星跟蹤浮標所進行的測量；利用錨定的倒置聲納進行波弗特和格陵蘭

17、北部海域海洋測量；利用美國宇航局(NASA)計劃發(fā)射的星載專用傳感器微波成像儀(SSM/I)進行冰蓋和海冰分布測量；冰運動測量；南極海冰測量。,2024/3/18,33,全球海洋通量聯(lián)合研究(JGOFS),全球海洋通量聯(lián)合研究計劃的目的就是要“測定并認識全球尺度的控制海洋二氧化碳及有關生物物質隨時間變化通量的過程，評價與大氣、海底及大陸邊界有關的交換”。JGOFS需要組建時序測站網(wǎng)，每兩周或每月進行重要特性和過程的定期測量；如果

18、能獲得自動化傳感器，可進行連續(xù)觀測。,2024/3/18,34,全球能量和水循環(huán)實驗(GEWEX),根據(jù)可觀測到的大氣性質和地面性質的全球測量，測定水文循環(huán)和能量通量；模擬全球水文循環(huán)及其對大氣和海洋的影響；發(fā)展全球及地區(qū)水文過程和水資源的變化及其對環(huán)境變化的響應預測能力；促進適合長期天氣預報，水文及氣候預測業(yè)務應用的觀測技術，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,世界氣候資料計劃(WCDP),標準的天氣式

19、和氣候式的預測，包括每250km的2-10個測報站密度的海面溫度測量和次表層測量；海面溫度網(wǎng)格點數(shù)據(jù)集，半度經(jīng)緯度網(wǎng)格混合數(shù)據(jù)；從盡可能實際的多個場地按標準頻次進行高空大氣測量。,2024/3/18,36,待測變量和過程的概況,對大洋總環(huán)流狀況，特別是對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-氣之間動量、熱量和水汽的傳輸，因而必須測定海-氣之間的物質和氣體傳

20、輸，監(jiān)測海底熱量和鹽分通量，河流排水量(包括流量及物質，如泥沙、營養(yǎng)鹽類和污染物通量)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)務應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)干個點進行廣泛的氣象要素和有關地球物理要素的頻繁和定期觀測，開展觀測數(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)狀及預報狀況，并分發(fā)這些資料。,2024/3/18,38,國際全球海洋服務系統(tǒng)(IGOSS),IGOSS是海洋數(shù)據(jù)、產(chǎn)品和服務的搜集和交換業(yè)務網(wǎng)，目的在于為成員國的海洋服務提供所需的數(shù)據(jù)和情報，以保證業(yè)務和科研應用之需。IGOSS是促進、協(xié)調(diào)并發(fā)展資料及時搜集相交換，提供服務，并按觀測分析和預報形式分發(fā)產(chǎn)品所必需的國際體制。其數(shù)據(jù)是根據(jù)海洋天氣預報、漁業(yè)研究、捕漁業(yè)、航海、污染控制及有關氣候研究需要，更好地預測海洋狀況而制定的。,2

22、024/3/18,39,全球海洋平面觀測系統(tǒng)(GLOSS),GLOSS是IOC協(xié)調(diào)的一個國際系統(tǒng)，以海平面站全球網(wǎng)為基礎提供高質量標準化海平面數(shù)據(jù)。海平面站全球網(wǎng)將監(jiān)測由于全球變暖而引起的海平面變化，闡明大洋環(huán)流圖、氣候變遷以及為國際和地區(qū)研究計劃，為各國的實際應用作貢獻。,2024/3/18,40,漂流浮標協(xié)調(diào)組(DBCP),DBCP為漂流浮標各方面業(yè)務的協(xié)作機構，由IOC和WWO聯(lián)合組成，其目的是：促進世界范圍漂流浮標的最佳利用，

23、增加現(xiàn)有漂流浮標數(shù)據(jù)量，滿足WWO和IOC的主要計劃需要，鼓勵并支持成立特定計劃或地區(qū)應用的行動組，以影響漂流浮標業(yè)務的合作。,2024/3/18,41,國際海洋資料信息交換(IODE),IODE系統(tǒng)目的在于促進成員國海洋資料信息的交換，以提高海洋科研、海洋勘探和海洋開發(fā)的水平。由于建立全球觀測系統(tǒng)(GOOS)的復雜性，現(xiàn)在區(qū)域性的海洋觀測系統(tǒng)正在興建和發(fā)展中，如東北亞的(NEAR-GOOS)、歐洲的(Eu-GOOS)等；一些專門性

24、的觀測系統(tǒng)也愈來愈受到沿海國家的重視，如沿岸海洋觀測系統(tǒng)C-GOOS。,2024/3/18,42,2024/3/18,43,摘要,運用粒度、礦物學、年代學和沉積動力學手段，對研究區(qū)表層沉積物進行了沉積物類型、礦物組成、運移趨勢、沉積物物質來源等多種分析。結合礦物學、沉積學的方法和210Pb測年數(shù)據(jù)，對研究區(qū)柱狀沉積物樣品進行了綜合分析。在此基礎上進一步探討了研究區(qū)沉積物的物質來源及其與海洋沉積環(huán)境的相互作用。,2024/3/18,44,