UCTD海上比測方法探討

胡 波，李 暉，張 川

（1.國家海洋標(biāo)準(zhǔn)計量中心，天津 300112；2.國家海洋技術(shù)中心，天津 300112）

UCTD海上比測方法探討

胡 波1，李 暉2，張 川1

（1.國家海洋標(biāo)準(zhǔn)計量中心，天津 300112；2.國家海洋技術(shù)中心，天津 300112）

在海洋勘測工作中，對于海洋動力學(xué)參量——電導(dǎo)率、溫度、深度的測量是最為基礎(chǔ)和重要的監(jiān)測內(nèi)容。拖曳式溫鹽深剖面測量系統(tǒng)（Underway Conductivity Temperature Depth Measure System，簡稱UCTD）是最新發(fā)展起來的一種高技術(shù)走航CTD剖面測量裝置。文中介紹了UCTD海上定點(diǎn)比測試驗(yàn)，通過分析比測試驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證了此儀器各參量的測量性能，并分析造成各設(shè)備測量差別的原因，為此類儀器的研制及校準(zhǔn)工作提供了參考依據(jù)。

UCTD；定點(diǎn)比測；數(shù)據(jù)處理

我國擁有18 000 km海岸線，300多萬km2管轄海域。近年來，海洋觀測和監(jiān)測越來越被人們所重視，而我們的觀測和監(jiān)測儀器還主要依賴于進(jìn)口。為改變這種現(xiàn)狀，國家863項(xiàng)目重點(diǎn)扶持了一批國產(chǎn)的海洋觀測、監(jiān)測儀器的研制項(xiàng)目。為了驗(yàn)證這些儀器在海洋環(huán)境中運(yùn)行的可靠性及測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對其進(jìn)行現(xiàn)場比測[1]是最為有效的檢驗(yàn)方法。

溫度、鹽度（電導(dǎo)率）、深度是海洋動力學(xué)中最重要的3個參量，對這些基本海水性質(zhì)參量的分布規(guī)律及變化的描述與分析，在物理海洋及海洋地質(zhì)、化學(xué)、生物等各個學(xué)科的研究中，都有著舉足輕重的地位[2]。拖曳式溫鹽深剖面測量系統(tǒng)（Underway Conductivity Temperature Depth Measure System，簡稱UCTD）是目前最新發(fā)展起來的一種高技術(shù)走航CTD剖面測量裝置，可給出高密度的海水溫度、電導(dǎo)率剖面數(shù)據(jù)，用于描述海洋水體的精細(xì)溫鹽結(jié)構(gòu)及其時空特征和規(guī)律。按照CTD測量裝置所在載體的運(yùn)動狀態(tài)不同可分為兩種測量方式：船舶定點(diǎn)測量和走航測量。UCTD的探頭體積小、重量輕，利用安裝在船上的輕便專用絞車進(jìn)行投放和回收，可在船只航行過程中快速、大范圍地完成CTD剖面測量，回收后可重復(fù)使用，具有突出的高效、低成本的特點(diǎn)和推廣應(yīng)用價值，受到海洋學(xué)家和海洋工作者及軍方的高度關(guān)注和重視。UCTD剖面測量系統(tǒng)組成如圖1所示。

本文中介紹了對于國產(chǎn)研制的UCTD的比測方法，采用定點(diǎn)比測的形式對儀器各參量的性能進(jìn)行考察，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析比較，得出結(jié)論。

1 比測方法

所謂比測，是指在規(guī)定條件下，對相同準(zhǔn)確度等級的同種計量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計量器具之間的量值進(jìn)行的比較。用作比測的計量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計量器具必須經(jīng)計量檢定確認(rèn)合格，同時還應(yīng)按照經(jīng)合法程序認(rèn)定的 “比測方法”進(jìn)行。所謂現(xiàn)場校準(zhǔn)或現(xiàn)場比測，則是在測量儀器或測量系統(tǒng)的使用現(xiàn)場進(jìn)行的校準(zhǔn)或比測。

針對UCTD的特點(diǎn)，最理想的比測方法是被測儀器與參比儀器工作環(huán)境、條件完全一致，但由于實(shí)際工作中的限制，無法達(dá)到此理想狀態(tài)，具體分析如下：

思路1：該儀器為走航式測量儀器，能否找到一種儀器固定在UCTD探頭上同時進(jìn)行拖曳測量，進(jìn)行比測？理論上可行，然而如果固定別的設(shè)備到UCTD探頭上，其流線型設(shè)計和自身的性能肯定會受到影響，此方法無法保證UCTD測量的準(zhǔn)確性。

思路2：可否在走航過程中用兩條線纜分別拖曳兩個儀器?答案也是否定的，由于海流和海浪的作用，兩條線纜很容易紐結(jié)在一起，造成回收過程中海洋儀器的丟失。

思路3：既然不能在走航過程中比測，還可以考慮停航時的定點(diǎn)比測。在UCTD下放和回收時分別做定點(diǎn)比測，無論是被測的UCTD還是作為參比的高精度CTD，在這兩個定點(diǎn)的數(shù)據(jù)都是可靠的。

圖 1 UCTD剖面測量系統(tǒng)組成

按照思路3的比測過程，具體操作為：在停航情況下，先投放UCTD，然后下放高精度的其它類型的CTD，比較兩者下降過程中的數(shù)據(jù)；或者先下放高精度CTD，回收完成后迅速下放UCTD，比較CTD上升過程和UCTD下降過程的數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)處理方法

將CTD的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為按照壓力1 db變化的形式，再利用差值法將UCTD數(shù)據(jù)也做同樣形式的轉(zhuǎn)換，然后比較兩者同一壓力下的溫度、電導(dǎo)率和鹽度數(shù)據(jù)，求其相關(guān)系數(shù)、誤差和標(biāo)準(zhǔn)差等。

本文以國家海洋技術(shù)中心研制的UCTD和美國海鳥公司生產(chǎn)的SBE911plusCTD為例，進(jìn)行說明。UCTD和SBE911plusCTD的技術(shù)指標(biāo)對比見表1。

取兩者在一個3 000 m水深的站位的數(shù)據(jù)進(jìn)行比測，以SBE911plusCTD的數(shù)值為約定真值，然后比較UCTD與它在同一壓力下的溫度、電導(dǎo)率和鹽度誤差，比較各項(xiàng)參數(shù)隨壓力變化的趨勢，統(tǒng)計結(jié)果見表2，變化曲線如圖2所示：

圖2 比較UCTD與SBE911plus CTD各項(xiàng)參數(shù)隨壓力變化的趨勢曲線

表1 UCTD和SBE911plusCTD技術(shù)指標(biāo)對比

3 結(jié)論

通過表2和圖2的曲線分析可知：溫度、電導(dǎo)率和鹽度數(shù)據(jù)存在較好的一致性，如相關(guān)系數(shù)都在0.99以上，但溫度、電導(dǎo)率和鹽度在淺水區(qū)和躍層存在較大的誤差。當(dāng)然該結(jié)果也與海況有很大關(guān)系。通過定點(diǎn)比測試驗(yàn)為此類儀器的研制及校準(zhǔn)工作提供了參考依據(jù)。

表2 D3000_2站位比測結(jié)果統(tǒng)計表

[1]趙維三,李希玲.海洋監(jiān)測儀器的現(xiàn)場校準(zhǔn)和比測[J].氣象水文海洋儀器,2004,(1):52-54.

[2]袁志偉,趙忠生,郭心順.溫鹽深剖面儀技術(shù)改造研究[J].海洋技術(shù),2009,28(4):11-13.

[3]馮士筰，李鳳岐，等.海洋科學(xué)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，1999.

Abstract：The conductivity,temperature and depth is the most fundamental and important measurement elements for marine monitoring and investigation.The UCTD (Underway Conductivity-Temperature-Depth)is a new ships sailing upper ocean temperature and salinity section survey device.The UCTD prototype in-situ comparison test is introduced.The analysis result verified the measurement performance of UCTD.The measurement errors are analyzed to provide a reference for the following work.

Key words：UCTD;in-situ comparison test；data processing

Comparison Test Method of Underway Conductivity-Temperature-Depth Measure System in the Ocean

HU Bo1,LI Hui2,ZHANG Chuan1
（1.National Center of Ocean Standard and Metrology,Tianjin 300112,China;2.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China）

P716

B

1003-2029（2011）01-0041-03

2010-05-28

國家高技術(shù)研究發(fā)展（863）計劃——海洋動力參量拖曳式剖面測量系統(tǒng)（UCTD）技術(shù)研究資助項(xiàng)目（2006AA09A307-02）