CN104792811A

CN104792811A - 海洋温盐跃层模拟装置

Info

Publication number: CN104792811A
Application number: CN201510262688.5A
Authority: CN
Inventors: 高坤; 田雨; 邓云; 程敏
Original assignee: National Ocean Technology Center
Current assignee: National Ocean Technology Center
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2015-07-22

Abstract

本发明公开了一种海洋温盐跃层模拟装置，包括温盐跃层模拟水槽、温盐跃层注水装置、控温控制箱和小型制冷机，温盐跃层模拟水槽分别与温盐跃层注水装置、控温控制箱和小型制冷机连接；温盐跃层模拟水槽内由下至上依次设有加热棒、盐度传感器、下层温度传感器和上层温度传感器，温盐跃层注水装置由淡水水箱、引流管和注水海绵组成。海洋温盐跃层模拟装置在使用时，先在温盐跃层模拟水槽中放入一半体积的盐水，然后通过注水装置注入上部淡水，通过控温控制箱控制上部淡水降温和下部盐水升温，使得上部淡水和下部盐水产生温差，温度稳定后，在上部淡水和下部盐水交界处，形成温度和盐度剧烈变化的海洋温盐跃层。

Description

海洋温盐跃层模拟装置

技术领域

本发明涉及海洋环境监测装置，具体地说，涉及一种海洋温盐跃层模拟装置。

背景技术

在海洋调查中，海水温度、盐度是最基本的参数之一，对于海洋环境研究具有重要的作用。在现场海洋环境中，除了存在大水团和水流之外，还存在着很多细微结构，诸如海面以下100-200米左右，存在着温度和盐度有巨大梯度变化的温盐跃层，跃层中垂直方向数厘米微细尺度的水层温差从0.1～3℃不等。温盐跃层是由于冷而淡的海水位于暖而咸的海水之上时，在两者的交界面处因发生双扩散对流现象而产生的。温盐跃层对于研究海洋微细结构以及水下航行器的安全航行有着非常重要的意义，因此对温盐跃层的一些特性研究变得非常重要。

图1显示了目前温盐跃层的测量方式。由船载投放式CTD(温盐深仪)进行海上现场测量，在预定站位，由调查船1的钢缆绞车2将船载投放式CTD3吊放在海水中，并以均匀的速度下放，使得船载投放式CTD3穿越温盐跃层，完成不同深度点的跃层的温度和盐度测量，取得温盐跃层数据后再对数据进行处理、分析，从而对温盐跃层的特性进行研究。

采用海上现场测量来研究海洋中的温盐跃层虽然比较客观准确，但是使用调查船的费用非常昂贵，而且由于海况的原因一次出海所获得温盐跃层数据数量有限，严重限制对温盐跃层的特性研究；并且由于温盐跃层一般位于海面以下100-200米，无法对温盐跃层进行直观的观察，不利于对温盐跃层特性的研究。

发明内容

针对现有海洋温盐跃层的特性研究存在着实地测量困难，无法直接观察温盐跃层变化状况的问题，本发明推出了海洋温盐跃层模拟装置，其目的在于通过海洋温盐跃层模拟装置在实验室中生成海洋中存在的温盐跃层，以便于方便、直观的观察研究温盐跃层的特性，解决获取温盐跃层数据困难和无法直接实地观察和研究温盐跃层的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

本发明涉及的一种海洋温盐跃层模拟装置，包括盐跃层模拟水槽、盐跃层注水装置、控温控制箱和小型制冷机，温盐跃层模拟水槽分别与温盐跃层注水装置、控温控制箱和小型制冷机连接；温盐跃层模拟水槽内由下至上依次设有加热棒、盐度传感器、下层温度传感器和上层温度传感器，加热棒安装在温盐跃层模拟水槽的底部，盐度传感器和下层温度传感器安装在温盐跃层模拟水槽的下部中间位置，上层温度传感器安装在温盐跃层模拟水槽的上部中间位置；控温控制箱分别与加热棒、盐度传感器、下层温度传感器和上层温度传感器相连接，下层温度传感器和上层温度传感器分别给控温控制箱提供控制信号；小型制冷机通过制冷管与温盐跃层模拟水槽相连接，制冷管插入到温盐跃层模拟水槽上部；控温控制箱通过下层温度传感器的输出信号控制温盐跃层模拟水槽中的加热棒的开关，控温控制箱通过上层温度传感器的输出信号控制小型制冷机的开关。

温盐跃层注水装置由淡水水箱、引流管和注水海绵组成，所述淡水水箱、所述引流管、所述注水海绵依次连接；淡水水箱位于温盐跃层模拟水槽的侧上方，便于淡水在重力作用下引流到注水海绵上面；注水海绵为圆盘形多孔状结构，便于淡水的吸收、扩散及悬浮在盐水和淡水上面；引流管为柔软的胶管结构，可以自由弯曲，便于引流管随着注水海绵上升而上升。

温盐跃层模拟水槽的槽体本身由压盖、水槽底座、跃层槽体和支撑柱组成；压盖安装在跃层槽体的顶部；水槽底座安装在跃层槽体底部，水槽底座采用耐盐水腐蚀的不锈钢材料制作；跃层槽体为圆筒状结构，跃层槽体采用透明状的亚克力材料制作，便于对温盐跃层的直接观察；支撑住位于跃层槽体的外侧，用于对跃层槽体起到支撑保护作用，压盖与水槽底座之间通过支撑柱连接固定。

加热棒内嵌在水槽底座内部，便于均匀加热。

本发明所涉及的海洋温盐跃层模拟装置在用于海洋温盐跃层的实验室模拟仿真时，先在温盐跃层模拟水槽中放入一半体积的盐水，通过盐度传感器获得下层盐水的盐度，然后通过温盐跃层注水装置来注入上层淡水，淡水水箱加满淡水后放置在温盐跃层模拟水槽的上部，引流管的一端插入到注水海绵内部后把注水海绵放置到下层盐水的上面，注水海绵悬浮在上面，引流管的另一端与淡水水箱连接开始缓慢注入淡水，随着淡水的缓慢注入，注水海绵随着缓慢上升，当上层淡水漫过温盐跃层模拟水槽中的制冷管后，停止注入淡水，取出引流管和注水海绵。启动控温控制箱来控制小型制冷机和加热棒来实现上层淡水降温和下层盐水升温，使得上层淡水和下层盐水产生温差。温度稳定后，在上层淡水和下层盐水交界处，形成温度和盐度剧烈变化的海洋温盐跃层。

本发明的有益效果是：通过设计海洋温盐跃层模拟装置进行实验室仿真，可以更直观的观察到海洋中温盐跃层的变化情况，节约大量成本，更方便实验研究。

附图说明

图1为目前温盐跃层测量方式示意图；

图2为本发明的海洋温盐跃层模拟装置示意图。

图中标记说明：

1、调查船 2、钢缆绞车

3、船载投放式CTD 4、注水装置

5、淡水水箱 6、引流管

7、注水海绵 8、温盐跃层模拟水槽

9、压盖 10、制冷管

11、支撑柱 12、传感器连接线

13、上层淡水 14、小型制冷机

15、跃层槽体 16、控温控制箱

17、下层盐水 18、加热棒

19、大电流电缆 20、水槽底座

21、盐度传感器 22、下层温度传感器

23、温盐跃层 24、上层温度传感器

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：

如图2所示，本发明所涉及的海洋温盐跃层模拟装置，包括温盐跃层模拟水槽8、温盐跃层注水装置4、控温控制箱16和小型制冷机14，温盐跃层模拟水槽8分别与温盐跃层注水装置4、控温控制箱16和小型制冷机14连接。

温盐跃层模拟水槽8的槽体本身由压盖9、水槽底座20、跃层槽体15和支撑柱11组成；压盖9安装在跃层槽体15的顶部，水槽底座20安装在跃层槽体15底部，跃层槽体15为圆筒状结构，支撑住11位于跃层槽体15的外侧，对跃层槽体15起到支撑保护作用，压盖9与水槽底座20之间通过支撑柱11连接固定；温盐跃层模拟水槽8内由下至上依次设有加热棒18、盐度传感器21、下层温度传感器22和上层温度传感器24；加热棒18内嵌在水槽底座20内部中间位置，便于对下层盐水17的均匀加热，盐度传感器21和下层温度传感器22安装在跃层槽体15的下部中间位置，上层温度传感器24安装在跃层槽体15的上部中间位置。

控温控制箱16通过大电流电缆19与加热棒18相连接，控温控制箱16通过传感器连接线12与盐度传感器21、下层温度传感器22和上层温度传感器24相连接，传感器连接线12固定在跃层槽体15侧壁上，下层温度传感器22和上层温度传感器24分别给控温控制箱16提供控制信号；小型制冷机14通过制冷管10与温盐跃层模拟水槽8相连接，制冷管10环形插入到上层淡水13上部；控温控制箱16通过下层温度传感器22的输出信号控制温盐跃层模拟水槽8中的加热棒18的开关来控制下层盐水17的温度，控温控制箱16通过上层温度传感器24的输出信号控制小型制冷机14的开关，来控制上层淡水13的温度。

温盐跃层注水装置4由淡水水箱5、引流管6和注水海绵7组成；淡水水箱5位于温盐跃层模拟水槽8的侧上方，引流管6的一端连接淡水水箱5，另一端插入到注水海绵7内部，注水海绵7漂浮在下层盐水17或者上层淡水13的上面。

海洋温盐跃层模拟装置在使用时，先在温盐跃层模拟水槽8中放入一半体积的盐水，通过盐度传感器21获得下层盐水17的盐度，然后通过温盐跃层注水装置4来注入上层淡水13，淡水水箱5加满淡水后放置在温盐跃层模拟水槽8的上部，引流管6的一端插入到注水海绵7内部后把注水海绵7放置到下层盐水17的上面，注水海绵7悬浮在上面，引流管6的另一端与淡水水箱5连接并开始缓慢注入淡水，随着淡水的缓慢注入，注水海绵7随着缓慢上升，当上层淡水13漫过温盐跃层模拟水槽8中的制冷管10后，停止注入淡水，取出引流管6和注水海绵7。启动控温控制箱16控制小型制冷机14和加热棒18来实现上层淡水13降温和下层盐水17升温，使得上层淡水13和下层盐水17之间产生温差。当温度稳定后，在上层淡水13和下层盐水17交界处，形成温度和盐度剧烈变化的海洋温盐跃层23。

Claims

1.一种海洋温盐跃层模拟装置，其特征在于:包括温盐跃层模拟水槽、温盐跃层注水装置、控温控制箱和小型制冷机，温盐跃层模拟水槽分别与温盐跃层注水装置、控温控制箱和小型制冷机连接；所述温盐跃层模拟水槽内由下至上依次设有加热棒、盐度传感器、下层温度传感器和上层温度传感器，加热棒安装在温盐跃层模拟水槽的底部，盐度传感器和下层温度传感器安装在温盐跃层模拟水槽的下部中间位置，上层温度传感器安装在温盐跃层模拟水槽的上部中间位置；所述控温控制箱分别与加热棒、盐度传感器、下层温度传感器和上层温度传感器相连接；所述小型制冷机通过制冷管与温盐跃层模拟水槽相连，制冷管插入到温盐跃层模拟水槽的上部。

2.根据权利要求1所述的海洋温盐跃层模拟装置，其特征在于：所述温盐跃层注水装置由淡水水箱、引流管和注水海绵组成；所述淡水水箱位于温盐跃层模拟水槽的侧上方；所述引流管的一端连接淡水水箱，另一端插入到注水海绵内部，引流管为柔软的胶管结构；所述注水海绵为圆盘形多孔状结构。

3.根据权利要求1所述的海洋温盐跃层模拟装置，其特征在于：所述温盐跃层模拟水槽的槽体本身由压盖、水槽底座、跃层槽体和支撑柱组成，压盖安装在所述跃层槽体的顶部，水槽底座安装在跃层槽体底部，水槽底座由耐盐水腐蚀的不锈钢材料制作，跃层槽体为圆筒状结构，跃层槽体由透明的亚克力材料制作，支撑柱位于跃层槽体的外侧，压盖与水槽底座之间通过支撑柱连接固定。

4.根据权利要求3所述的海洋温盐跃层模拟装置，其特征在于：所述加热棒内嵌在水槽底座内部。