南大洋船载走航式ADCP资料的技术处理和技术措施以及多学科应用

第22卷第3期极地研究V o l .22,N o .32010年9月C H I N E S EJ O U R N A L O FP O L A RR E S E A R C H S e p t e m b e r 2010[收稿日期] 2010年6月收到来稿,2010年7月收到修改稿三

[基金项目] 国家科技支撑计划项目 南大洋水团与环流监测技术及应用研究(2006B A B 18B 02

) 二科技部国际科技合作项目 南极普里兹湾-埃默里冰架-冰穹A 断面综合科学考察与多边合作研究(2008D F A 20420

) 和国家自然科学基金面上项目 南海北部中尺度涡旋生消过程的能量学诊断 (40606010)资助三[作者简介] 董兆乾,男,1940年生三研究员,博士生导师,主要从事物理海洋学研究?????????????三研究论文南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术措施以及多学科应用董兆乾1 蒋松年2 贺志刚3(1中国极地研究中心,上海200136;2O c e a nP h y s i c sL a b o r a t o r y ,D e p a r t m e n t o fG e o g r a p h y ,U n i v e r s i t y o f C a l i f o r n i a ,S a n t aB a r b a r a ,C A93106-4060,U S A ;3中国科学院南海海洋研究所,广州510301)提要 雪龙号于1995年中国第12次南极科学考察开始进行现场观测至今,已经取得了9个南大洋航次的和2个北冰洋航次的A D C P 走航观测数据三然而,这些数据仍多以原始数据的形式存储于数据库中三本文以雪龙号船载A D C P 和船载相关辅助设备的性能为基础,结合其导航数据,根据对南大洋海洋学基本状况的了解,综合选择国内外先进的技术和方法,提出了走航式A D C P 原始资料处理的基本流程:资料检验二时间修正二数据入库二质量控制二标定二旋转修正二船速船位计算等程序和技术处理三以此流程对1995 1999年四个雪龙号南极航次A D C P 原始资料进行了处理,并以处理后的数据分层计算了海流,获得了沿航线的上层至500m 深度中的海流绝对流速数据集,和各航次二各航段二逐层的海流矢量图三结果显示,除高纬区域外,总体数据质量可信度较高三根据这次数据处理的经历,提出了未来取得更客观二精确的A D C P 测流数据的技术性建议三此外,本文还阐述了A D C P 资料的多学科分析和应用的国际进展,例如用于海洋生态学和海水悬浮体的研究等三关键词 南大洋 船载A D C P 数据处理 海流d o i :10.3724/S P .J .1084.2010.002110 引言

声学多普勒海流剖面观测仪(A D C P )

是观测上层海流剖面的有效方法之一三其基本原理是根据多普勒原理测定声波通过海水中微颗粒后向散射在频率上的多普勒效应,从而得到不同水层的水体运动速度三尽管其数据处理是一项很复杂的技术,但其分辨率高二

走航多层观测二操作简便二相对成本低,已经得到普遍应用[1-8]三尽管A D C P 的实验室精

212极地研究第22卷

度很高,但实际使用中的情况则很大程度取决于海洋环境条件及船载辅助设备的记录精确[9]三对于走航式A D C P而言,由于船处于不断的运动中,需要高精度的导航系统及船姿态测定记录系统来去除船的运动造成的影响,这些因素使得A D C P的资料处理相当复杂[1,10-14]三在海况和气象恶劣的南大洋,停船作站进行海流等水文观测极为困难的情况下,A D C P的走航观测就更显示出其重要性三从中国第12次南极科学考察队(以下简称第12次队,1995)南大洋科学考察开始,雪龙号船上就安装了美国R D I公司的船载走航式A D C P,该仪器观测的水体相对船的速度剖面与用全球定位系统(G P S)推算的船速合成,可以获得自近表层(20 36m)至500m深度范围的沿航线的海流速度剖面三

自第12次队至今,我国已经积累了9个航次的南大洋和2个航次的北冰洋A D C P走航观测数据,但由于极地海洋学状况复杂,需要精心设置许多适合现场特点的参数和大量的计算,数据处理技术有较大的难度,从而这些A D C P观测资料多以原始数据的形式存储于中国极地科学数据库中,极少进行后续处理与研究,更没取得初级产品,没有发挥其科学研究的应有作用三陈红霞等(2007)[15]发现现场观测记录存在不少问题,并提出了一些解决办法三本研究以第12二第13二第14和第15次队的数据处理实践,提出了较为适合南大洋特点的数据处理技术和程序方案,在对观测仪器二参数设置二资料处理和资料质量进行基本标识二描述和评价的基础上,取得了这四个航次的A D C P预处理数据集,并给出了各航次逐航段二分层次的沿航线的上层海洋流场(初级产品)三同时,介绍了A D C P资料向多学科 海洋生态学和海洋悬浮体的扩展性应用情况三最后,提出了提高A D C P 资料质量的技术措施(A D C P设备二操作与记录二船上相关设备等)和学术上扩展应用的建议三这一数据处理技术流程和技术建议,将为南北极其他队次的A D C P数据处理打下技术基础,为更大地发挥我国南北极考察取得的大量的,但尚未充分使用的A D C P数据发挥科学研究作用提供支撑三

1雪龙号船载A D C P系统

1.1硬件系统

雪龙号船载走航A D C P硬件系统由美国R D I-VM-75A D C P换能器二甲板单元二A D-C P数据采集和控制计算机二美国M a g n a v o x-4200G P S接收机[16]二国产三型罗经组成三其系统的硬件和数据采集流程见图1三

图1雪龙号船载A D C P系统的硬件和数据采集流程图

F i g.1.F l o wc h a r t o f h a r d w a r e a n dd a t a s a m p l i n g s y s t e mo fA D C Po nb o a r dX u e l o n g V e s s e l

1.2数据采集软件

数据采集软件由美国R D I公司的A D C P数据采集控制软件T r a n s e c t和由美国

M a g n a v o x 公司的G P S 数据采集控制软件4200及由美国R D I 公司的N a v s o f t 接口软件组成三

1.3 数据处理软件

数据处理软件采用由美国夏威夷大学开发的通用海洋数据存取系统C O D A S [3]三该系统是基于数据库的二用C 语言编写的,具有对A D C P 原始数据进行检验二

时间修正二质量控制二标定和旋转修正二船速二船位计算二产品输出等基本功能,并利用M a t l a b 计算和绘制图形三此外,根据我国南大洋考察A D C P 资料的特点,

我们还自行编制了部分资料处理程序三

2 数据采集

2.1 参数设置

雪龙号船上的A D C PF i r m w a r e 为5.37,大部分的参数都按厂家的参数设置三根据沿航线水深的具体变化情况,深度层长度分别设为4二8二16和32m 等间隔;

时间平均间隔分别设为60二100二300s 的采样间隔三

2.2 数据采集时间根据现场考察时的原始设置,第12和第13次南极考察的数据记录时间按GMT 时间,第14和第15次南极考察的数据记录时间按北京时间三各航次数据采集的时间范围如表1所示三

表1 A D C P 数据采集时间范围表T a b l e 1.P e r i o do f s a m p l i n g b y A D C Ps y s t e mo nb o a r dX u e l o n g V e s s e l 时间航次日期范围

121995/11/21 1996/03/26131996/11/20 1997/04/17141997/11/19 1998/03/31151998/11/07 1999/03/313 数据处理

A D C P 的资料处理的主要步骤是:资料检验二时间修正二数据入库二质量控制二标定和旋转二船速船位计算和产品(标准数据集和图形产品)输出三由于每一航次二每一航段的

A D C P 参数设置都可能有所不同,

所以数据处理过程是按逐个航次二各航段分别进行的三图2所示为我们处理走航式A D C P 资料的基本流程图三

3.1 数据检验和时间修正数据检验是对原始数据进行初步的检查,了解数据的采样情况二时间二深度间隔二采样时间范围和时间误差等信息,为进一步资料处理做准备三时间修正是将A D C P 数据记录时间与G P S 定位时间校准为相同标准时间,造成时间误差的原因是作为A D C P 控制器的计算机时钟不准或时间设置错误,使记录在每一剖面数据中的时间有偏差三时间修正的公式为:312第3期 董兆乾等:南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术

图2 走航式A D C P 的资料处理基本流程图

F i g .2.B a s i c p r o c e s s i n g f l o wc h a r t o f s h i p b o a r dA D C Pd a t a t c o r r e c t =t 0+c l o c k r a t e 四(t r e c o r d e d -p c t i m e )(1)式中:t c o r r e c t 为修正后的正确时间,t 0为正确时间的起算点,p c t i m e 为t 0时刻的控制计算机时间,t r e c o r d e d 为记录在原始文件中的时间,c l o c k r a t e 为时钟速率,

其=1.0为时钟速率正确,>1.0为时钟慢,<1.0为时钟快三由于现场观测中没有时钟速率数据记录,故设雪龙号上的A D C P 控制计算机的时钟速率为1(即设 时钟速率正确 ),所以只进行时钟偏差修正,精确到1s 三表2所示为逐航次二逐航段时间修正表三

表2 雪龙号船第12 第15航次逐航次二逐航段时间修正表T a b l e 2.T i m e c o r r e c t i o n s o fX u e l o n g 12t h 15t hc r u i s e s 航次航段时间修正值范围(s )航次航段时间修正值范围(s )1200-55 11401-28867 -2859501-16 1602-28845 -2861602-17 1703-28830 -288010314 2204-28954 -2879704-22 205-28847 -2881305-22 606-28840 -2881806-41 1107-28845 -2880707-16 3908-28819 -28797130127 411501-28804 -2878002-15 3302-28836 -2880903-19 -1003-28839 -2875404-20 -304-28821 -2873305-3 305-28802 -28787063 1806-28813 -2876107-3 2407-28822 -28793087 2208-28816 -288030917 271044 46412极地研究第22卷

3.2 数据入库

数据入库是将原始A D C P 数据装入数据库中,

以后的数据处理过程都是通过对数据库的操作,从数据库中读取数据,将质量控制信息二标定信息等写入数据库,从而完成数据处理,提高数据处理精度和效率三此外,在数据入库的同时,完成时间修正三

3.3 剖面数据质量控制

3.3.1 剖面数据质量控制的主要内容

(1)标识需要去除的底数据三当船航行在浅于A D C P 的声束范围时,

海底对声束的反射造成强的振幅信号峰值(振幅信号通过测量声学增益控制得到)三但是,在标识底数

据时,要区分真实的底与强散射层的区别三这就需要数据处理者对航线区海底地形的了解为基础三

(2)标识受干扰的水层,其干扰可能来自存在个别束中的物体,如投放水文采样用的钢缆等三这种现象一般出现在上部的连续几个层中三

(3)靠近船体的浅水层,由于受船体的扰动,会造成浅水层数据的不良,这时要对浅水层的数据进行标识三

(4)标识由于仪器发生故障二参数设置问题和采集系统中断时产生的偶然的随机数据问题三

3.3.2 质量控制参数的选取和界限的确定

(1

)振幅在声束范围内,当水深大于一定深度时(50m ),后向散射强度(通过测定声学增益控制-A G C )会出现大的峰值,振幅(A )的界限一般选为10,当然如果出现较多的强散射层,振幅的界限可放大为20或更高三

(2)垂向速度的方差对整个剖面(一般自第三层)计算方差,若垂向速度(W )

的方差很大,则这是一个较好的最浅深度的指示标志三(3)误差速度误差速度(E )

是由四个声束测得的两个垂直速度差得到的三它主要用于检测物体的干扰三在本项目中,根据对数据的检验和对区域海洋状况的了解,该值选为85 100三(4

)速度东分量二北分量和垂直分量的二阶导数这些统计值主要用于检测物体的干扰三如果垂直分量(W )的二阶导数值和至少速度东分量(U )或北分量(V )的二阶导数中的一个值较大,则这是物体干扰的一个很好的标志三这一统计值也可检测相邻层强剪切造成相对速度的峰值三这些峰值可能是实际噪声,也可能是仪器误差三

(5)百分比良好界限(%)百分比良好界限(%),一般选为30%三质量控制参数的界限一般通过对实际数据的统计得到初步的参数界限,再根据不同航次的资料情况以及经验,确定合理有效的质量控制参数界限三雪龙号船载A D C P 资料质量控制参数的选取比一般的情况偏大三另外,对资料进行自动质量控制时,还可绘出剖面图,利用人工检验,去除有错误的层次或整个剖面三由于雪龙号船载A D C P 参数设置经常调整,观测的海域范围大,流场环境变化大,所5

12第3期 董兆乾等:南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术

612极地研究第22卷

以通过质量控制参数标识的可疑数据,还不能最后确定为有问题的数据,还需要人工凭经验判断三

3.4船载A D C P资料的标定

A D C P资料的标定的过程包括船定位资料的质量控制二罗经的航向修正,换能器与船龙骨线的夹角和振幅因子标定和A D C P速度的旋转三

航向的误差一方面来自罗经的误差,受纬度二船速和方位等因素影响,传统罗经的误差可达2? 3?[52],而在高纬度区域,其误差可能会更大三另外还可能在设置A D C P航向基值时,来自人为输入参数的误差三常用的的检验和修正罗经数据的方法是利用3D F G P S的航向,在资料后处理时用3D FG P S数据对罗经记录进行修正三另外,还可以用模型修正罗经的航向误差,这种模型假设罗经按纬度二船速和方位补偿规律,每运行一次模型,补偿对应于航向数据被绘出,看其是否合理,如果合理则角度偏差可用于航向修正三模型数据可信度要远低于3D FG P S获得的航向,但可用于填充缺测三由于雪龙号上没有3D FG P S,所以还不能对罗经的航向进行 精确 修正三

在南大洋考察期间,当船行驶在高纬度区域时,罗经误差较大,有时达十几度三在没有可用于标定的数据的情况下,我们进行了 粗略 的罗经航向修正,即通过比较船在某一段时间内平稳航行时的G P S推算的航向和罗经的航向,来估算罗经的航向误差三由于普通G P S推算的航向不够准确,所以说是 粗略 地估算三具体做法是,比较每一航段船速大于5m/s时的罗经航向和G P S航向,再根据航向差的变化,分段统计,求得各段的航向偏差平均值三图3为第15航次第6航段的航向偏差的例子,其分段比较的罗经偏差分别为10.9230?和3.3470?三图4所示为经过修正后的参考层流速过程线,与未修正前(图3)比较,流速过程线变化平稳,其结果更为合理三

A D C P换能器与船龙骨线的夹角,理论上说该角度应为零,而实际安装不可能绝对精确,总有一微小偏角,此微小偏角却能产生很大的观测流速误差三角度标定是一项复杂的工作,一般用 底跟踪 二 水跟踪 方法标定A D C P换能器安装角度偏差及与换能器微小的几何不规则有关的振幅因子[1,10,11]三设水中散射体相对地的速度(即流速)为u w,散射体相对船的速度为u?d,船速为u s,则有如下关系:

u w=u s+A(u?d c o sφ-v?d s i nφ)

v w=v s+A(u?d s i nφ+v?d c o sφ)(2)式中A为振幅因子,φ为角度偏差,逆时钟方向为正三

(1) 底跟踪 方法:

在足够浅的水中,用底跟踪模式测得的海底绝对速度应为零(u w=0),则A D C P观测速度应与船速反向,船速可由G P S获得,因而,A和φ可以很容易地求出:

(2) 水跟踪 方法:

(3)

t a nφ=u?d v s-v?d u s

u?d u s+v?d v s

A=-u?d u s+v?d v s

(u?2d+v?2d)c o sφ(4)

图3 第15航次第6航段的航向偏差(下两图)和此情况下反映的流速北分量(V )和东分量(U )(上两图)F i g .3.H e a d i n g d i f f e r e n c e s a t t h e l e g 6o fX u e l o n g 15t hc r u i s e 1999(l o w e r 2)a n d t h e c u r r e n t v e l o c i t i e s (u p p

e r 2

)图4 经过修正后的第15航次第6航段参考层流速过程线F i g .4.C u r r e n t v e l o c i t i e sa t t h er e f e r e n c e l a y e r i nt h e l e g 6o fX u e l o n g 15t hc r u i s ea f t e rh e a d i n g c o r r e c -t i o n s 比较船转向前后的流速(如在C T D 测站前二后的流速比较)三在船转向前后的小区712第3期 董兆乾等:南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术

域范围内,实际海流速度可认为不变(即d u w =u 2w -u 1w =

0)三设船转向前后的船速变化和A D C P 观测的速度变化分别为:

d u s =u 2s -u 1s d u ?d =u ?2d -u ?1d

则式(2)演变为:d u s +A (d u ?d c o s φ-d v ?d s i n φ)=0d v s +A (d u ?d s i n φ+d v ?d c o s φ)=0(5

)进一步地可以得到:t a n φ=d u ?d d v s -d v ?d d u s d u ?d d u s +d v ?d d v s

(6

)A =-(d u ?d d u s +d v ?d d v s )(d u ?2d +d v ?2d )c o s φ

(7) 这种方法需要高精度的导航系统,如G P S 三

用V=u +i v 表示速度矢量(u ,v

),用下标u 和c 分别代表未改正和已改正的速度,则标定后修正的速度为:V c =A e i (?π/180)四V u (8) A 为振幅因子,量值范围一般为0.98~1.02,?为角度偏差,

单位为度,逆时钟向为正三船在航行时,由于A 和?的影响,造成的绝对流速误差与船速成正比例三如果?的误差为0.6?,则产生的横向绝对流速误差为船速的1%;A 的误差为1%时,

造成的纵向绝对流速误差为船速的1%[

12]三标定的工作是一个费时的二复杂的过程,为了确定一个标定因子,往往需要多次的计算分析和判断三我国第12-第15航次各航次的逐航段标定因子列于表3,以便读者使用我们处理的A D C P 数据集时,了解其标定背景,或在此基础上进行改进三表3中?1为未进行 精确 航向修正的角度偏差,以区别于公式(2)中的φ三表3中有些?1是在没有适合 底跟踪 和 水跟踪 方法标定数据的情况下,利用普通G P S 与罗经数据得到的

粗略 航向修值,这种情况?1不包括A D C P 换能器与船龙骨线的夹角三表3 第12 第15航次逐航次二逐航段标定因子表T a b l e 3.C a l i b r a t i o n f a c t o r s o fX u e l o n g 1

2t h 15t hc r u i s e s 航次航段时间范围

振幅因子(A ) 粗略 航向修正的角度偏差(?1)120211995/12/1403:27:45至1995/12/1414:35:431.00003.96500221995/12/1414:37:28至1995/12/1806:41:001.00001.62000231995/12/1807:21:39至1995/12/1821:07:491.00000.81700241995/12/1821:52:00至1995/12/2120:24:591.00001.01500251995/12/2120:25:31至1995/12/2218:15:591.00000.87900311996/01/0520:54:46至1996/01/0710:05:191.03220.78020321996/01/0710:38:36至1996/01/0716:09:561.03220.78020331996/01/0716:10:29至1996/01/0721:32:291.03220.78020411996/02/1006:34:17至1996/02/1020:53:271.01462.200904211996/02/1020:54:13至1996/02/1021:39:061.01462.200904221996/02/1021:40:12至1996/02/1101:44:541.000011.110004231996/02/1101:45:51至1996/02/1216:43:501.00240.9570812极地研究第22卷

续表3

航次航段

时间范围振幅因子(A ) 粗略 航向修正的角度偏差(?1)0431996/02/1300:00:41至1996/02/1302:13:391.00240.95700511996/02/1304:17:24至1996/02/1311:13:350.99771.67420521996/02/1311:14:35至1996/02/1315:01:280.99771.67420531996/02/1315:35:52至1996/02/1315:42:030.99771.67420541996/02/1316:16:51至1996/02/1323:59:320.99771.67420611996/02/2416:24:30至1996/02/2421:30:491.00000.38500621996/02/2421:31:49至1996/02/2600:21:201.00000.85400631996/02/2600:22:21至1996/02/2721:17:011.00000.29100641996/02/2723:56:25至1996/02/2820:16:381.00000.44900651996/02/2820:17:38至1996/03/0721:35:111.00000.166********/03/1103:47:45至1996/03/1401:29:291.0000-0.27900721996/03/1403:02:45至1996/03/1409:48:191.0000-0.86900731996/03/1409:49:31至1996/03/2614:09:101.00000.2380130111996/11/2005:41:57至1996/11/2013:42:041.0000-0.40900121996/11/2013:43:08至1996/11/2112:15:381.0000-0.40500131996/11/2112:54:41至1996/11/2200:47:041.00002.43400211996/11/2703:08:29至1996/11/2711:59:331.0255-1.53230221996/11/2802:04:46至1996/11/2808:54:521.0000-6.04800231996/11/2808:56:07至1996/11/2811:34:151.0000-6.04800241996/11/2814:37:49至1996/11/2906:48:211.0000-6.04800251996/11/2906:49:21至1996/11/2908:58:201.0000-6.04800261996/11/2912:20:49至1996/11/3007:07:541.0000-1.93300271996/11/3007:09:27至1996/12/0502:34:301.0000-1.20500281996/12/0503:06:26至1996/12/0620:41:561.0700-0.75900291996/12/0620:44:07至1996/12/0710:28:241.06540.915902101996/12/0710:29:30至1996/12/0717:17:531.00002.011002111996/12/0717:18:38至1996/12/0804:50:451.00001.0710*******/12/1213:09:38至1996/12/1219:54:251.0000-0.68800321996/12/1219:55:32至1996/12/1302:58:181.0000-0.41600331996/12/1302:59:30至1996/12/1309:44:291.0000-0.57000341996/12/1309:45:20至1996/12/1502:01:091.00000.71100351996/12/1502:02:09至1996/12/2006:55:531.00001.42400361996/12/2006:57:08至1996/12/2114:32:401.00001.42400371996/12/2115:29:06至1996/12/2205:12:231.00003.34100381996/12/2205:13:21至1996/12/2212:31:431.00003.59700391996/12/2212:32:26至1996/12/2212:54:361.00003.59700411997/01/1905:47:05至1997/01/2316:49:591.0255-2.43000511997/01/3106:51:18至1997/01/3114:03:441.0330-1.010********/01/3114:04:51至1997/02/1505:30:061.0330-1.010********/02/2110:31:07至1997/02/2207:17:491.0000-1.53000621997/02/2207:18:39至1997/02/2412:40:211.0000-1.53000631997/02/2412:45:21至1997/02/2811:48:001.0324-1.87020641997/02/2811:49:00至1997/02/2816:23:591.0300-1.55030711997/03/0613:13:21至1997/03/0805:21:151.0724-1.0317*******/03/0805:59:07至1997/03/1111:31:411.0724-1.0317*******/03/1111:33:11至1997/03/1211:14:071.0373-1.43480741997/03/1211:15:41至1997/03/1214:18:571.0435-1.45600811997/03/1800:58:05至1997/03/1908:12:161.0346-2.43960821997/03/1908:13:19至1997/03/2005:41:451.0346-2.43960831997/03/2005:42:45至1997/03/2008:59:551.0739-2.71610911997/03/2808:05:57至1997/03/2819:24:331.046-3.75390921997/03/2819:26:48至1997/03/3004:52:391.0678-3.15199

12第3期 董兆乾等:南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术

续表3航次航段时间范围振幅因子(A ) 粗略 航向修正的角度偏差(?1)0931997/03/3004:54:14至1997/03/3114:24:591.0250-3.40931011997/04/1607:30:35至1997/04/1614:15:191.0215-4.03891021997/04/1614:15:51至1997/04/1712:45:381.0442-3.5659140111997/11/1900:10:21至1997/11/1906:15:241.05281.01400121997/11/1906:51:46至1997/11/2905:42:491.05281.01400131997/11/2905:44:21至1997/11/3003:51:431.05281.01400141997/12/0206:03:37至1997/12/0218:10:101.02671.78160211997/12/0819:18:08至1997/12/0917:47:001.02671.78160221997/12/0917:51:11至1997/12/1005:13:461.02671.78160231997/12/1005:15:22至1997/12/1203:16:241.00004.39900241997/12/1203:49:35至1997/12/1320:57:471.00004.06200251997/12/1322:10:46至1997/12/1613:19:171.00003.0392*******/12/1614:31:49至1997/12/2106:47:491.00005.59300271997/12/2106:48:44至1997/12/2120:36:321.00004.96400311998/01/0211:51:31至1998/01/0223:20:471.000012.04410321998/01/0223:22:44至1998/01/1101:56:301.000012.04410331998/01/1101:58:00至1998/01/1122:24:241.000012.04410411998/01/1805:46:32至1998/01/1900:35:511.000012.04410421998/01/1900:40:51至1998/01/2104:10:371.000012.04410511998/01/2305:28:00至1998/01/2309:53:361.000012.04410521998/01/2314:43:22至1998/01/2318:11:231.031312.67900531998/01/3006:16:40至1998/02/1516:10:161.031312.67900611998/02/2614:02:18至1998/02/2712:41:491.0733-2.23970621998/02/2712:43:37至1998/03/0612:01:401.0733-2.23970711998/03/1406:13:29至1998/03/1508:50:021.0733-2.23970721998/03/1508:51:42至1998/03/2011:22:131.0733-2.23970731998/03/1508:51:42至1998/03/2011:22:131.0733-2.23970811998/03/2604:36:08至1998/03/2801:10:421.0661-3.69970821998/03/2801:12:42至1998/03/3008:51:271.0661-3.69970831998/03/3008:53:02至1998/03/3121:38:321.0661-3.6997150111998/11/0708:29:51至1998/11/0719:47:261.06160.28620121998/11/0719:48:56至1998/11/0905:33:101.07210.53860131998/11/0905:35:10至1998/11/1200:25:111.08710.89490141998/11/1200:27:11至1998/11/1223:57:131.0769-0.187********/11/1419:29:15至1998/11/1605:34:181.08032.56690221998/11/1606:50:48至1998/11/1614:01:121.08083.79090231998/11/1615:19:43至1998/11/1804:43:101.08083.79090241998/11/1805:59:50至1998/11/2023:17:331.06554.10330311998/11/2510:50:11至1998/11/2609:30:501.00000.55700321998/11/2609:32:50至1998/11/2708:00:301.00002.24700331998/11/2708:02:10至1998/12/0306:59:451.00003.0730*******/12/0308:15:07至1998/12/0310:50:441.00003.0730*******/12/0313:17:17至1998/12/0317:13:151.00001.63400361998/12/0401:01:15至1998/12/0414:00:141.00001.63400411998/12/1612:48:44至1998/12/1702:41:401.02101.33000421998/12/1800:00:35至1998/12/2308:30:081.02101.33000431998/12/2314:59:22至1998/12/2512:17:311.02101.33000511999/01/1115:41:02至1999/01/2018:30:241.04632.964706111999/02/2100:26:56至1999/02/2123:52:291.000010.923006121999/02/2123:54:29至1999/02/2601:43:521.00003.34700621999/02/2602:44:37至1999/03/0212:51:541.06472.81720711999/03/0911:23:24至1999/03/1104:11:141.05193.3508022极地研究第22卷

续表3

航次航段

时间范围振幅因子(A ) 粗略 航向修正的角度偏差(?1)0721999/03/1104:12:54至1999/03/1401:23:421.05193.35080731999/03/1401:28:42至1999/03/1908:15:351.07250.78170741999/03/1908:55:36至1999/03/2021:20:361.01644.36900811999/03/2506:23:37至1999/03/2713:46:581.07261.176********/03/2716:04:37至1999/03/2920:00:261.06731.029********/03/2921:05:26至1999/03/3101:29:361.05081.1950

3.5 计算船速、

船位及绝对剖面速度3.5.1 G P S 资料质控

G P S 水平位置精度系数H D O P 小于或等于6的定位点为有效数据三经过上述质量控制后,仍有可能存在误差较大的定位数据三我们根据计算介于两个定位点间的参考层速度,绘出参考层速度随时间的过程线,再根据海流变化情况,通过人工经验检验,删去了参考层速度误差较大的定位点三

3.5.2 船速船位计算

计算海流绝对速度剖面的过程包括计算参考层的绝对速度三参考层的绝对速度可以由G P S 确定的船速与A D C P 观测的参考层相对船的速度的合成后得到初步估计值,介于两个定位点之间的每一个剖面参考层的绝对速度的初步估计值为恒定值,然后对整个观测序列平滑处理,即可得到每一剖面的参考层速度,进一步可以得到每一剖面对应的船速和船位三具体步骤如下:

设定位时间为T f i x i (i =1,2, ,n ),介于T f i x i 和T f i x i +1之间的平均船速为:V s h i p i (i =1, ,n -1)(注:以下的V 皆可代表速度的东二北分量,为简便下面的公式,只给出一个分量,另一个分量的形式相同三

)在该期间内,A D C P 测得相对船的参考层平均速度为:V A D C P i =ΣV A D C P j /m (j =1, ,m )(9) m 为T f i x i ~T f i x i +1期间A D C P 的采样数三这里V A D C P j 为每一剖面的参考层相对速度三由于雪龙号船相对平稳,而且其A D C P 的观测深度大,

其深度采样间隔大多数情况下设为16 32m ,所以参考层取3 10层,

并根据每航段资料的情况作了适当调整三则在T f i x i ~T f i x i +1期间内的参考层的平均海流速度为:

V i =V s h i p i +V A D C P i (10

) 然后用B l a c k m a n 窗函数W (t )[17],按宽度T 对整个观测序列的参考层平均速度进行平滑:

W (t )=0.42-0.5四c o s (2πt /T )+0.08四c o s (4πt /T )(11

) 这里t 为A D C P 采样时间三对于不同的定位资料质量,T 可取几十分钟至几小时三对于南大洋考察A D C P 资料,我们取T 为2h 三由经过平滑处理后的每一剖面的参考层绝对速度V R e f 和A D C P 参考层相对速度V A D C P ,便可得到每一剖面时刻的船速V s 为:1

22第3期 董兆乾等:南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术

V s =V r e f -V A D C P (12

) V s 为每一剖面的船速,V r e f 为经过平滑处理后的参考层绝对速度,

V A D C P 为每一剖面参考层相对船的速度三由船速和时间便可计算出船位三3.5.3 绝对剖面流速的计算

设每一剖面时刻的船速为V s h i p ,剖面上第k 层相对船的速度为V A D C P k ,则剖面上第k 层的绝对速度为:

V k =V s h i p +V A D C P k (13) 图5为经平滑处理后的参考层速度过程线和航迹过程线的一个例子三共取得全部航

次二逐航段经平滑后的参考层速度过程线和航迹过程线图137幅

三

图5 经平滑后的1998年第14航次参考层速度过程线和航迹过程线图F i g .5.C r u i s e t r a c ka n dc u r r e n tv e l o c i t i e sa t t h er e f e r e n c e l a y e r i nt h eX u e l o n g 14t hc r u i s ea f t e r s m o o t -h i n g

4 资料产品输出

资料产品有两大类,即标准数据产品和图形产品三

4.1 标准数据

标准数据产品输出按原始数据的时间和深度采样间隔,将以m 为单位的采样深度222极地研究第22卷

(D E P T H )二以c m /s 为单位的速度东分量和速度北分量以及以百分比(%)表示的资料质量良好率(P G O O D )

等标准数据信息,以及有关时间二位置二采样间隔,船速二船位的头信息,按时间次序二分航段地记录在标准A S C I I 文件中三

4.2 海流图形产品

海流图形产品包括按地理方区网格化和垂向沿深度平均的海流数据和用其数据绘制的沿航线的分层海流矢量图三共获得各航次二各航段二逐层的海流矢量图158?2幅三地理方区网格为0.3??0.3?,深度分别自近表层(20 36m ) 50m ,50 75m ,75 125m ,125 175m ,175 225m ,225 275m ,275 325m ,325 375m ,375 425m 和425 475m 取平均三5 资料质量和流场概要分析

走航式A D C P 观测精度主要受海况二水质二噪声二船速和船姿态的影响,这些因素使得A D C P 的资料处理相当复杂,

资料精度准确估计相对较难三本部分仅对南大洋科学考察的走航式A D C P 观测资料的质量和得到的基本流场给予基本描述和初步分析三

(1)处理过程中发现,第12航次第0航段和第1航段,

由于罗经航向偏差太大,难于修正,资料不能使用三

(2)各航次二各航段的A D C P 的观测深度范围不同,

取决于参数设置(层数和层长度)二船速二船的摇摆程度二水质情况二噪声等因素三

各航段中,第一层的深度最浅约为20m ,最深达39m ,大多数情况为36m 三观测剖面的最大深度接近500m ,最大底跟踪深度达651m (第13航次第5航段)

三但受船速二海况二环境因素的影响,有的航段的最大观测深度还不到200米三由于受船体扰动二

噪声的影响,第一层数据质量有时较差,另外近底层的数据由于信号衰减或受海底影响,其质量有时也较差,尽管对这类数据进行了质量控制,但仍然可能存在可疑的数据,这在使用时要加以注意三

调查期间在浅水区获得了一些底跟踪数据,在C T D 观测区域获得了一些可用于 水跟踪 标定的数据,在缺少上述两种标定结果或这两种结果明显不好的情况下,则依据 粗略 的罗经航向修正参数或相邻的有效标定结果三在高纬区域,罗经有时工作明显不正常,其偏差较大,其原因有可能为罗经自身的问题二船员未按照规定进行高纬区的纬度补偿调整或A D C P 现场观测人员输入到A D C P 系统中的罗经航向基值有误三如第12航次第4航段为11.110?,第14航次第5航段为12.679?,也影响了A D C P 数据的精度三表3列出了各航次二逐航段的标定角度,标定后的数据结果得到明显改善三

(3)流场概要描述和初步分析三在缺少与其他同步海流资料相比较的情况下,精确地给出A D C P 观测资料的精度是比较难的三我们依据对不同海区海流状况的了解,

对本项目的A D C P 观测资料进行了定性或定量的描述(图表可向中国南北极数据中心索取;本研究中已处理过的二按队次的A D C P 数据集请登陆中国极地科学数据库网站[h t t p ://w w w.c h i n a r e .o r g .c n ]进行下载三赤道流场:第12航次第7航段(96/03/12 96/03/26)在赤道附近(164?E )175m 以322第3期 董兆乾等:南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术

422极地研究第22卷浅观测到的赤道流场基本为西向流,近表层可达70c m/s三175 325m层表现为赤道潜流的特征,流向基本向东,量级最大达50c m/s三而在第14航次第一航段(1997/11/19 1997/12/02)中,赤道附近(144?E)的上层海流基本为东向流,在3.7?N近表层的海流速度最大达100c m/s,表现为典型的E lN i n o现象时在西赤道太平洋的海流特征三

南中国海:第13航次第8 9航段(1997/03/18 1997/04/14)二第14航次第8航段(1998/03/26 1998/03/31)二第15航次第1航段(1998/11/07 1998/11/12)和第15航次第8航段(1999/03/25 1999/03/31)在南海观测到的海流结果表现出南海的几个涡旋特征及其不同季节的变化,尤为明显的是位于南海西南部(110? 114?E,10? 15?N)区域的涡旋特征三

德雷克海峡:第12航次第3航段(1996/01/05 1996/01/07)观测显示,在德雷克海峡北部(55?S)海流呈东向偏北方向,量级在近表层达90c m/s以上,而向南1.7?(56.7?S),流向反向,呈向西偏南,近表层流速达60c m/s三但由于部分资料缺失,该反向流有待于进一步核准三

南极普里兹湾:在普里兹湾东北口附近(70? 78?E,65? 70?S),第13航次第4航段(1997/01/19 1997/01/23)和第5航段(1997/01/31 1997/02/15)二第14航次第5航段(1998/01/23 1998/02/15)二第15航次第4航段(1998/12/16 1998/12/25)和第5航段(1999/01/11 1999/01/15)都有观测资料,流速的量级较小,一般不超过30c m/s,有的只有几厘米/秒,但是流向难于确定三由于高纬度区罗经的偏差大,而且实际海流的速度不大,所以标定结果很小的误差,就会造成较大的实测海流相对误差三另外,也有可能由于实测海流中包含潮流,所以更加难于找出一致的流向,这一点有待于进一步研究三

其他海域:第13航次第3航段(1996/12/12 1996/12/22)和第6航段(1997/02/ 21 1997/02/28)在澳大利亚西南角至普里兹湾的来回航线上的观测结果的趋势基本一致三第15航次第2航段(1998/11/16 1998/11/20)和第7航段(1999/03/09 1999/03/ 19)在澳大利亚西北角至印度尼西亚来回航线上的观测结果也极为类似三

(4)去除A D C P资料中的潮汐成分三A D C P实测海流中包含潮流三要从A D C P资料中取得更为准确的海流信息,在上述有关处理后,必须从中去除潮流三一般认为,在深海大洋中,特别是在南大洋深海洋区的强大的南极绕极流(A C C)中,潮流的影响可以忽略不计,但在大陆架和陆坡区,例如南极普里兹湾海域,其影响是不可忽略的三目前,已有不少各有千秋的方法可用于去除A D C P资料中的潮汐成分[10],举例如下三

第一,最简单的方法就是在固定位置按一定的时间间隔重复地采样,长时间序列的连续锚系观测更佳,传统的调和分析便可用于去潮流成分处理[18,19]三但是这一方法不是总是可行的,因为采样和观测往往受制于其他诸多因素三

第二,另一方法是利用观测和数值模型把对潮汐的预先估计信息从A D C P记录中直接去除[20,21]三显然,这种方法受制于对区域内潮汐的先前了解程度三

第三,是用随机空间插值函数(A r b i t r a r y s p a t i a l i n t e r p o l a t i o n f u n c t i o n s)拟合A D C P 速度以描述潮汐振幅和位相的空间变化[22]三使用这些插值函数,由于忽略了动力因素,可能在相对较复杂流场区域产生问题[20],尤其是在中尺度旋涡极多的南极绕极流和南极辐散带以南的南极大陆架区域三

D o w d 和T h o m p s o n (1995)[23]提出了利用统计-动力模型从A D C P 数据中提取正压的潮流三该方法概念简单,易于实现,适合于业务化三这一方法包括用一个基于线性深

度平均的浅水方程的有限区域的潮汐模型来拟合A D C P 记录三假设穿过模型区域开阔边界的流动是在时域周期的具有与感兴趣的分潮相对应的已知频率三在边界的未知潮振幅和位相则用逆转法由区域内的A D C P 速度来估计三浅水方程的解引出为频域边界值问题,估计过程基于最小二乘回归三该方法的结果包括潮图,潮余序列和相关的误差估

计三C i s e w s k i 等(2010)[24]利用绕南极潮汐模型C A T S 2.01对在南大洋观测的走航A D -C P 资料进行了较好的正压潮流分离三

由于缺乏相关的辅助观测资料,本项目未进一步进行去潮流成分的工作三因此,所处理的南极陆架区及其附近外海的海流数据仍需进一步的去潮流成分处理后才能用于科学研究工作三

总体上,虽然原始A D C P 资料和船舶辅助资料中存在一些问题,

但是经过本文所使用的各种质量控制和标定处理后,除了高纬度水域外,大部分资料反映出了实际的海流状况,可供研究使用三6 A D C P 资料的进一步分析和应用

A D C P 记录的本来用途是取得船舶航线或点位上的海流流向和强度数据的三但根据

A D C P 的基本原理,科学家们又辅以其他观测,对其进行进一步分析,拓展了A D C P 数据

的科学应用范围三

6.1 利用A D C P 记录的后向散射强度估计浮游生物的生态特征

二十多年来,利用悬挂在浮标上的A D C P ,坐底A D C P 及船载走航A D C 记录的后向

散射强度和由其他方法采样得到的浮游生物量的关系[26],A D C P 已被广泛地应用于描

述浮游生物量的分布和浮游生物上下移动的变化规律[2,6,8,24 35],揭示周期性和突发的物理和生物事件对浮游生物的影响[8],克服了常规生物学和生态学采样方式和时空尺度上的局限性三然而,此类工作大都在中二低纬度海区进行三在南大洋,以往很少有人进行浮

游生物昼夜垂向移动和季节变化的研究三Z h o u 等(1994)[34]利用走航A D C P 观测数据研

究了南极半岛附近磷虾量的分布三C i s e w s k i 等(2010)[24]利用锚系A D C P 在南极L a z a r e v 海观测的平均体积后向散射资料,首次分析了在南大洋浮游生物周日移动及其季节和区

域变化三

6.2 利用A D C P 记录的后向散射强度资料研究悬浮物浓度

海水中悬浮物含量及其输运的观测是了解沿海及河口区域过程的重要因素三但使用的传统观测和采样技术存在很大的局限性,难以较好地了解大尺度悬浮物浓度二粒度的时二空分布和运动特征三近十几年来,科学家意识到,A D C P 的后向散射信号可被用于提取海水中悬浮物的众多信息,克服上述传统观测的许多难题三通过建立A D C P 后向散射

强度和悬浮物浓度回归关系反演悬浮物大尺度的浓度分布[36 49],计算悬浮物浓度的空间分布指数二运动速度和输出量[50],揭示悬浮物全深度的结构和分布状态[51]等已在国内外5

22第3期 董兆乾等:南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术

622极地研究第22卷得到广泛应用,尤其是在中低纬度近海二河口和海湾区域中三

7提高A D C P资料质量的技术措施和扩展应用

要提高船载A D C P走航数据反映实际流场的准确性,首先需确保A D C P系统本身的高性能和准确的系统设置;而数据处理时还在很大程度上依赖于船舶本身的相关航行参数的准确性三根据上述数据处理的实践和分析,兹提出如下技术性建议:

(1)现场观测人员的素质和认真工作是获取高质量船载A D C P走航观测数据的基础三现场观测人员应该对船载A D C P系统的技术性能和操作指南具有全面的基本了解,恰当设置有关参数三对A D C P控制计算机的时钟速率进行认真校准和记录三本次数据处理中,因无时钟速率记录,人为地设雪龙号上的A D C P控制计算机的时钟速率为1(即时钟速率准确),有可能使结果隐含着一定误差三另外,各航次应统一规定时间记录的设置,例如一律用GMT,以减轻数据处理的工作量三

(2)要尽量满足A D C P换能器安装的技术要求三理论上要求A D C P换能器与船龙骨线的夹角应该为零,微小的偏角就会产生很大的观测流速误差三安装A D C P换能器时应使其夹角越小越好三

(3)考察船本身的导航二船姿态等设备的性能和准确记录是处理和标定好A D C P资料的关键三在船用A D C P资料的标定中,无论是是航向修正,还是用 底跟踪 法和 水跟踪 法标定,以及计算船速二船位及绝对剖面流速都需要在考察船上安装高精度的导航系统和船姿态测定记录系统,特别是稳定二高精度的G P S三

船用A D C P在走航时测得的绝对流速精度在很大程度上是由船速和航向记录精度决定的三航向通常是由罗经确定的三罗经的误差由下式确定:

?=0.123四S四c o s(C)四s e c(L)(14)其中?为航向误差,单位是度,S为船的航速,单位是m/s,C为方位,L为纬度三式(14)适合理想的罗经三罗经生产厂家都为用户提供了关于船速和纬度的罗经补偿调节方法三对于科考船,船员在值班时均应按厂家提供的手册进行罗经的纬度补偿调节三罗经的误差一般可达2? 3?;有的发现达1.4? 3.4?,造成A D C P观测在沿横穿航迹方向流速分量的最大误差可达24c m/s[14]三

航向的误差主要来自罗经的误差,高纬度区域罗经的误差更大三目前在国外安装有走航式A D C P的调查船上多数安装有3D FG P S,以改进航向数据的精度[14,17,52]三在有足够卫星数量的情况下,它可提供高精度(优于0.15?)的航向数据[52],而不受船速二纬度和方位的影响三但其主要问题是其间歇性,所以不能直接作为A D C P的输入航向三在资料后处理时用3D FG P S的航向数据对罗经记录进行修正,会大大减小航向误差,进而降低A D C P观测在沿横穿航迹方向流速分量的误差三

法国I X S e a公司近年研制和生产的光子惯性导航系统P H I N S(P h o t o n i c I n t e r t i a l N a v i g a t i o nS y s t e m)[53],装有独有的光纤光学罗经(F O G),可同时输出高精度的3D船位二航向二航速二横摇二纵摇和多种其他数据,定位精度是G P S的3倍,在任何海况下穿越纬线航行时的航向精度为0.1?,分辨率为0.01?,横摇和纵摇动力学精度为0.01?三这种

不受纬度二船速和方位等因素影响的,而且可直接作为A D C P 的输入航向的系统对于装有走航A D C P 的极地科学考察船来说是最为适用的三

雪龙号船如果安装不受船速二纬度和方位影响的,并能获得高精度的航向的导航设备,一方面可以提高今后雪龙号船A D C P 的观测质量,

另一方面通过比较新设备的航向与原罗经的误差,建立罗经的误差模型,则可能用于雪龙号船历史A D C P 观测资料的航向进一步修正,从而提高其历史A D C P 资料的精度及利用价值三

(4)另外,A D C P 资料向海洋生态和悬浮物方面的扩展性应用,

与国外相比,我国学者对A D C P 资料向海洋悬浮物方面的扩展性应用已经开展了不少工作,

而向海洋生态学方面的扩展性应用,开展的工作极少三无论国外还是国内,这两方面在极地海洋的扩展性应用比起中低纬度海域的要少得多三期待相关学科的海洋学家共同合作将A D C P 资料的扩展性应用推向深入三

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33 A s h j i a nCJ,S m i t hSL,F l a g g CN,e t a l.D i s t r i b u t i o n,a n n u a l c y c l e,a n dv e r t i c a lm i g r a t i o no f a c o u s t i c a l l y d e-r i v e db i o m a s s i n t h eA r a b i a nS e a d u r i n g1994-1995.D e e p-S e aR e s e a r c h I I,2002,49:2377 2402.

34 Z h o u M,N o r d h a u s e n Wa n dH u n t l e y M.A D C P m e a s u r e m e n t s o f t h ed i s t r i b u t i o na n da b u n d a n c eo f e u p h a u s i i d s n e a r t h eA n t a r c t i cP e n i n s u l a i nw i n t e r.D e e p-S e aR e s e a r c h I,1994,41:1425 1455.

35 L u o J,O r t n e rPB,F o r c u c c i D,e t a l.D i e l v e r t i c a lm i g r a t i o no f z o o p l a n k t o n a n dm e s o p e l a g i c f i s h i n t h eA r a b i a n S e a.D e e p-S e aR e s e a r c h I I,2000,47:1451 1473.

36 W a r r e n JD,P e t e r s o nB J.U s e o f a600-k H zA c o u s t i cD o p p l e r C u r r e n t P r o f i l e r t om e a s u r e e s t u a r i n e b o t t o mt y p e, r e l a t i v e a b u n d a n c e o f s u b m e r g e d a q u a t i c v e g e t a t i o n,a n d e e l g r a s s c a n o p y h e i g h t.E s t u a r i n e,C o a s t a l a n d S h e l f S c i-

e n c e,2007,72(1-2):53 62.

37 H o l d a w a y GP,T h o r n ePD,F l a t tD,e t a l.C o m p a r i s o nb e t w e e nA D C Pa n d t r a n s m i s s o m e t e rm e a s u r e m e n t so f s u s p e n d e d s e d i m e n t c o n c e n t r a t i o n.C o n t i n e n t a l S h e l fR e s e a r c h,1999,19(3):421 441.

38 汪亚平,高抒,坤业.用A D C P 进行走航式悬浮物浓度测量的初步研究.海洋与湖沼,1999,6:758 763.39 W a n g YP ,G a oS ,L iK Y.A p r e l i m i n a r y s t u d y o ns u s p e n d e ds e d i m e n t c o n c e n t r a t i o n m e a s u r e m e n t su s i n g a

n A D C P m o u n t e do nam o v i n g v e s s e l .C h i n e s e J o u r n a l o fO c e a n o l o g y a n dL i m n o l o g y ,2000,18(2):193 189.40 W a n g Y ,C h uYS ,L e eHJ ,e t a l .E s t i m a t i o n o f s u s p e n d e d s e d i m e n t f l u x f r o ma c o u s t i cD o p p l e r c u r r e n t p r o f i l i n g

a l o n g t h e J i n h a eB a y e n t r a n c e .A c t aO c e a n o l o g i c aS i n i c a ,2005,24(2):16 27.41 H o i t i n kAJFa n d H o e k s t r aP .O

b s e r v a t i o n so f s u s p

e n d e ds e d i m e n t

f r o m A D C Pa n d O B S m e a s u r e m e n t s i na m u d -d o m i n a t e de n v i r o n m e n t .C o a s t a l E n

g i n e e r i n g ,2005,52(2):103 118.42 兰志刚,龚德俊,于新生,等.现场粒径分析仪与A D C P 同步测量悬浮沉积物浓度的粒径修正方法.海洋与湖沼,

2004,35(5):385 392.43 B a i XF ,G o n g DJ ,X uYP ,e t a l .S t u d y o f t h em e a s u r e m e n t o f s u s p e n d e d s e d i m e n t c o n c e n t r a t i o nb a s e d o n p u l s e -c o h e r e n t a c o u s t i cD o p p l e r p r o f i l e r o b s e r v a t i o n .A d v a n c e s i n W a t e r S c i e n c e ,2008,19(4):489 493.44 T e s s i e rC ,L eH i rP ,L u r t o nX ,e t a l .E s t i m a t i o no f s u s p e n d e d s e d i m e n t c o n c e n t r a t i o n f r o mb a c k s c a t t e r i n t e n s i t y o fA c o u s t i cD o p p l e rC u r r e n tP r o f i l e r ,C o m p t e sR e n d u s .G e o s c i e n c e ,2008,340(1):57 67.45 Y u a nY ,W e iH ,Z h a oL ,e ta l .O b s e r v a t i o n so f s e d i m e n t r e s u s p e n s i o na n ds e t t l i n g o

f f t h e m o u t ho f J i a o z h o u B a y ,Y e l l o wS e a .C o n t i n e n t a l S h e l fR e s e a r c h ,2008,28(19):2630 2643.46 原野,赵亮,魏皓,等.利用A D C P 和L I S S T -100仪观测悬浮物浓度的研究.海洋学报(中文版),2008,30(3).

47 K e r s c h b a u m s t e i n e rW ,H a i m a n nM ,L a l kP ,e t a l .O p t i m i z i n g s u s p e n d e d s e d i m e n tm o n i t o r i n g b y A D C Pm e a s u r e -

m e n t s ,W a s s e rW i r t s c h a f t 99,2009,1-2:63 69.48 吴清松,潘伟然,张国荣,等.A D C P 在琼州海峡悬浮物观测中的应用.厦门大学学报(自然科学版),2009,48(1).49 金魏芳,梁楚进,周蓓锋,等.应用走航式A D C P 测量分析与验证金塘水道的高悬浮物浓度.海洋学研究,2009,

27(3).50 D i n e h a r tRLa n dB u r a u JB .R e p e a t e d s u r v e y s b y a c o u s t i cD o p p l e r c u r r e n t p r o f i l e r f o r f l o wa n d s e d i m e n t d y n a m -

i c s i na t i d a l r i v e r .J o u r n a l o fH y d r o l o g y ,2005,314:1 21.51 K o s t a s c h u kR ,B e s t J ,V i l l a r dP ,e t a l .M e a s u r i n g f l o wv e l o c i t y a n d s e d i m e n t t r a n s p o r tw i t h a n a c o u s t i cD o p p

l e r c u r r e n t p r o f i l e r .G e o m o r p h o l o g y ,2005,68:25 37.52 G r i f f i t h sG.U s i n g 3DG P Sh e a d i n g f o r i m p r o v i n g u n d e r w a y A D C Pd a t a ,J .A t m o s .O c e a n i cT e c h n o l o g y

,1994,11,1135 1143.53 C o u r r e g e l o n g u eL f o r B u r e a uV e r i t a s ,E CT y p eE x a m i n a t i o nC e r t i f i c a t e t o I X S e aM a r l y -l e -R i o ,F r a n c e ,f o rG y r o C o m p a s sP H I N SF i b e r -O p t i cN a v i g a t o r ,2007,h t t p ://w w w.i x s e a .c o m /p d f /i m o -p h i n s .p d f .922第3期 董兆乾等:南大洋船载走航式A D C P 资料的技术处理和技术

032极地研究第22卷

A D C PD A T AT E C H N I C A LP R O C E S S I N GO FT H EC H I N A R E S

A N D I T SM U L T I D I S C I P L I N A R YA P P L I C A T I O N

D o n g Z h a o q i a n1,J i a n g S o n g n i a n2a n dH eZ h i g a n g3

(1P o l a rR e s e a r c h I n s t i t u t e o fC h i n a,S h a n g h a i200136,C h i n a;

2O c e a nP h y s i c sL a b o r a t o r y,D e p a r t m e n t o fG e o g r a p h y,U n i v e r s i t y o fC a l i f o r n i a,

S a n t aB a r b a r a,C A93106-4060,U S A;

3S o u t hC h i n aS e a I n s t i t u t e o fO c e a n o l o g y,C A S,G u a n g z h o u510301,C h i n a)

A b s t r a c t

T w e l v e c r u i s e su n d e r w a y d a t ao fA c o u s t i cD o p p l e rC u r r e n tP r o f i l e r(A D C P)i n-s t a l l e do nb o a r dX u e l o n g V e s s e l b e t w e e nC h i n a a n d t h eA n t a r c t i c h a v e b e e no b t a i n e db y t h eC h i n e s e N a t i o n a lA n t a r c t i c R e s e a r c h E x p e d i t i o n s(t h e C H I N A R E s)s i n c e1995.

H o w e v e r,m o s t o f t h e mi s s t i l l s t o r e d i n t h e d a t a b a s e a s o r i g i n a l.T h i s p a p e r p r e s e n t s a b a s i c f l o wc h a r to f t h eA D C Pd a t a p r o c e s s i n g b a s e do na n a l y s i so f r e l a t i v er e c o r d sb y n a v i g a t i o na n d p o s i t i o n i n g e q u i p m e n t so nb o a r d,a n do u rk n o w l e d g eo nt h eo c e a n o-g r a p h i c s t a t u s a l o n g t h e t r a n s e c t so f t h es h i p.T h e f l o wc h a r t i n c l u d e sd a t as c a n n i n g, t i m e c o r r e c t i o n,l o a d i n g d a t a i n t od a t a b a s e s,e d i t i n g,c a l i b r a t i o na n dr o t a t i o n,n a v i g a-t i o nc a l c u l a t i o n,a n dl a s t l y c o m p u t i n g a b s o l u t ec u r r e n tv e l o c i t i e sa n d m a k i n g v e c t o r p l o t s a td i f f e r e n t l a y e ra l o n gp a r t so f t h es h i p t r a c k s f o rt h eC H I N A R E-12t h(1995/ 1996),-13t h(1996/1997),-14t h(1997/1998),a n d-15t h(1998/1999)(i n a u s t r a l s u m-m e r s).A b s o l u t ec u r r e n tv e c t o r p l o t sw e r eo b t a i n e df o r t h i s p r o c e s s e dd a t as e t.S u c h t e c h n i c a l p r o c e s s i n g f l o wc h a r tm a y f a c i l i t a t e f o rA D C Pd a t a p r o c e s s i n g,a n a l y s i s o f t h e o t h e r c r u i s e s i n t h e f u t u r e.W em a d e t e c h n i c a l a d v i c e o nh o w m o r e a c c u r a t eA D C Pd a t a w o u l db eo b t a i n e da c c o r d i n g t oo u r p r o c e s s i n g e x p e r i e n c e.W ea l s od e s c r i b e df a r t h e r A D C Pd a t a a n a l y s i s a n dm u l t i d i s c i p l i n a r y a p p l i c a t i o n s.

K e y w o r d s S o u t h e r nO c e a n,s h i p b o a r dA D C P,d a t a p r o c e s s,o c e a n c u r r e n t.

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