CN106945787B - 一种投弃式海气通量浮标 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种投弃式海气通量浮标，包括微型气象站、温湿测量仪、支撑杆、仪器控制舱、抽芯浮球和配重，仪器控制舱的舱体置于抽芯浮球内，微型气象站和温湿测量仪设置在仪器控制舱的上方的支撑杆上，仪器控制舱的底端通过连接杆连接配重。仪器控制舱内部装有水文模块、波浪模块、测控单元，仪器控制舱上端面安装卫星天线。本发明的投弃式海气通量浮标随流漂浮采集海气界面处的气象参数和海表面水文参数，计算海气热通量，为多尺度海气相互作用观测研究提供新型观测手段。与现有观测手段相结合使用，可大幅提升全球海洋范围内海气通量的观测能力，为海洋防灾减灾、海洋环境保障、全球气候变化研究等提供重要的数据支撑。

Description

一种投弃式海气通量浮标
技术领域
本发明涉及海洋移动测量平台，特别是涉及一种用于测量海气界面通量的投弃式浮标。
背景技术
海气通量是指单位时间单位面积上海洋和大气之间发生的物质及能量交换的量，是描述海气相互作用、全球气候变化、海洋混合层和季节温跃层等大量动力学过程的重要参量。海气能量通量包括动量通量、感热通量和潜热通量。海气界面热通量的研究不仅有助于我们更清楚的了解海气相互作用的过程，为全球变化的研究提供理论基础，而且可以为数值预报模式提供更为精确的海气界面边界条件，这对于理解海气相互作用的物理机制、全球气候变化和台(飓)风的准确预报等方面是非常重要的。
目前，海气通量观测手段主要包括利用通量观测塔、锚系海气通量浮标以及船基海气通量观测、卫星遥感观测等技术手段，利用其配置的仪器设备观测海-气界面的水文气象参数。通量观测塔观测参数全面，观测值较准确，但观测塔基本集中在大陆或岛屿的岸边，观测范围极为有限。锚系海气通量浮标通过4m左右的气象参数反演得到10m高的气象参数，但由于造价昂贵和维护不便等不利因素，全球范围内应用较少，空间分辨率不足。船基观测基本都在固定航线周边，且一般在海况较好时进行，难以开展多种海气动力条件下的海气通量观测。卫星观测实为通过卫星遥感直接或反演得到的气象和水文参量进行计算海气界面热量通量，但受卫星运行轨道间隔和轨道重复时间的限制，卫星观测数据时间和空间分辨率低，误差较大。总体来说，现有海气通量观测技术设备比较复杂，造价较高并难以进行维护，在复杂的海洋环境下观测范围受到限制难以满足多尺度、多种海-气过程下的高时空分辨率的海气通量观测需求。
发明内容
针对多时间和空间尺度海洋过程下海气通量实时观测需求，本发明推出一种投弃式海气通量浮标，该浮标投放后随流漂浮开展海气界面气象水文参数的采集，可实时观测各种海洋/气象过程下海气界面的气象水文参数，并能组网应用，实现大面积海气界面气象水文数据的同步实时观测，为海气界面水文气象参数的采集提供一种新型的移动观测方法。
本发明涉及的投弃式海气通量浮标包括微型气象站、温湿测量仪、支撑杆、仪器控制舱、抽芯浮球和配重，仪器控制舱的舱体置于抽芯浮球内，微型气象站通过支撑杆设置在仪器控制舱的正上方，温湿测量仪通过支撑杆设置在仪器控制舱的侧上方，仪器控制舱的底端通过连接杆连接配重。
所述的仪器控制舱的舱体呈圆柱型结构，舱体两端固定设置圆盘状的上夹板和下夹板，舱体位于抽芯浮球芯部，抽芯浮球被上夹板和下夹板夹紧。
仪器控制舱内部装有水文模块、波浪模块、测控单元和电池，水文模块和波浪模块分别与测控单元连接。水文模块固定在仪器控制舱舱体底部偏心位置，水文模块的温盐传感器设置在仪器控制舱舱体的外部。水文模块测量海水温度和盐度参数，波浪模块测量波浪参数。仪器控制舱上端面安装卫星天线，卫星天线从仪器控制舱上端面穿入并与仪器控制舱内测控单元连接。
所述的配重通过连接杆和仪器控制舱舱体底部硬连接，用于投弃式通量浮标直立漂浮于水中。配重与仪器控制舱底部垂向距离大于1米。
所述的微型气象站固定于仪器控制舱上端面支撑杆的顶端，包括风速、风向、气温、气压传感器；支撑杆为圆柱状密封中空结构，内部可穿过线缆。微型气象站的测量传感器通过支撑杆内部的线缆与仪器控制舱内的测控单元连接。
所述的温湿测量仪固定于仪器控制舱上端面支撑杆顶端的微型气象站的侧下方，包括温度、湿度传感器和防太阳辐射罩。温湿测量仪的测量传感器通过支撑杆内部的线缆与仪器控制舱内的测控单元连接。
微型气象站和温湿测量仪的测量传感器置于与浮标水线垂向距离2.0米以上的位置。
本发明涉及的投弃式海气通量浮标使用时，通过船只将其布放入海水中，浮标在海面漂流工作。投弃式海气通量浮标通过微型气象站和温湿测量仪实时采集记录各类气象参数、位置信息和姿态数据，通过安装于仪器控制舱内部的波浪模块实时采集波浪参数，通过仪器控制舱底部的水文模块实时采集海表面温盐参数，测量数据、浮标姿态及位置信息通过位于仪器控制舱的测控单元分析处理和质量控制后由卫星天线实时传回用户终端，实现海气界面气象水文参数的实时采集与传输。
投弃式海气通量浮标随流漂浮采集海气界面处的气象参数(风速、风向、气温、气压、湿度)和海表面水文参数(温度、盐度)计算海气热通量，通过波浪模块测量的波浪参数估算波浪对海气热通量的影响，通过卫星定位估算海表面流速来估算海气界面动量通量(风应力)。该浮标以随流观测方式可追踪各类(亚)中尺度涡、海洋锋、环流等多尺度、多种类的海洋、气象动力过程，为多尺度海气相互作用观测研究提供新型观测手段和重要数据支撑。同时，该观测手段组网应用将弥补现有固定、锚系、船基以及卫星遥感等海气界面观测数据时空分辨率不足等缺点，实现大面积海域海气界面参数的实时网格化观测能力，为海气相互作用、预报模型改进优化、全球气候变化、海洋防灾减灾等重大科学研究和海洋环境保障提供较全面的数据支撑。
本发明属于低成本、易布放、免维护的海气通量实时移动观测平台，可随舰船进行全球范围内的大批量布放应用，可有效弥补现有海气通量观测时间和空间分辨率较低、观测尺度和海气动力过程种类较为单一等的不足。与现有观测手段相结合使用，可大幅提升全球海洋范围内海气通量的观测能力，为海洋防灾减灾、海洋环境保障、全球气候变化研究等提供重要的数据支撑。
附图说明
图1为投弃式海气通量浮标结构示意图。
图中标记说明：
1、微型气象站 2、温湿测量仪
3、支撑杆 4、仪器控制舱
5、抽芯浮球 6、卫星天线
7、测控单元 8、波浪模块
9、电池 10、水文模块
11、连接杆 12、配重
41、舱体 42、上夹板
43、下夹板
具体实施方式
结合附图对本发明的技术方案进一步说明。如图1所示，本发明涉及的投弃式海气通量浮标包括微型气象站1、温湿测量仪2、支撑杆3、仪器控制舱4、抽芯浮球5和配重12，仪器控制舱4的舱体41置于抽芯浮球5内，微型气象站通过支撑杆3设置在仪器控制舱4的正上方，仪器控制舱4的底端通过连接杆11连接配重12。
所述的仪器控制舱4的舱体41呈圆柱型结构，舱体41两端固定设置圆盘状的上夹板42和下夹板43，舱体41位于抽芯浮球5的芯部，抽芯浮球5被上夹板42和下夹板43夹紧。
仪器控制舱4内部装有水文模块10、波浪模块8、测控单元7和电池9,水文模块10和波浪模块8分别与测控单元7连接。水文模块10固定在仪器控制舱舱体41底部偏心位置，水文模块10的温盐传感器设置在仪器控制舱舱体41的外部。水文模块10测量海水温度和盐度参数，波浪模块8测量海中波浪参数。仪器控制舱舱体41上端面安装卫星天线6，卫星天线6从上夹板42穿入并与仪器控制舱内测控单元7连接。
所述的配重12通过连接杆11和仪器控制舱舱体41底部硬连接，用于仪器控制舱4和抽芯浮球5直立漂浮于水中，配重12与仪器控制舱4底部垂向距离大于1米。
所述的微型气象站1设置在固定于仪器控制舱4上端面的支撑杆3顶端，包括风速、风向、气温、气压的测量传感器。支撑杆3为圆柱状密封中空结构，内部可穿过线缆。微型气象站的测量传感器置于与浮标水线垂向距离2.0米以上的位置，测量传感器通过支撑杆3内部的线缆与仪器控制舱4内的测控单元7连接。
所述的温湿测量仪2固定于仪器控制舱4上端面支撑杆顶端的微型气象站1的侧下方，包括温度、湿度传感器和防太阳辐射罩。温湿测量仪2的测量传感器通过支撑杆3内部的线缆与仪器控制舱4内的测控单元7连接。
微型气象站1和温湿测量仪2的测量传感器置于与浮标水线垂向距离2.0米以上的位置。

Claims (2)

1.一种投弃式海气通量浮标，其特征在于：包括微型气象站、温湿测量仪、支撑杆、仪器控制舱、抽芯浮球和配重，仪器控制舱的舱体置于抽芯浮球内，微型气象站通过支撑杆设置在仪器控制舱的正上方，温湿测量仪通过支撑杆设置在仪器控制舱的侧上方，仪器控制舱的底端通过连接杆连接配重；
所述仪器控制舱内部装有水文模块、波浪模块和测控单元，水文模块和波浪模块分别与测控单元连接；水文模块固定在仪器控制舱舱体底部偏心位置，水文模块的温盐传感器设置在仪器控制舱舱体的外部；仪器控制舱上端面安装卫星天线，卫星天线与仪器控制舱内测控单元连接；
所述的配重通过连接杆和仪器控制舱舱体底部硬连接，用于投弃式通量浮标直立漂浮于水中；
所述的微型气象站固定于仪器控制舱上端面支撑杆的顶端，包括风速、风向、气温、气压传感器；支撑杆为圆柱状密封中空结构，内部可穿过线缆；微型气象站的测量传感器通过支撑杆内部的线缆与仪器控制舱内的测控单元连接；
所述的温湿测量仪固定于仪器控制舱上端面支撑杆顶端的微型气象站的侧下方，包括温度、湿度传感器和防太阳辐射罩；温湿测量仪的测量传感器通过支撑杆内部的线缆与仪器控制舱内的测控单元连接；所述微型气象站的测量传感器置于与浮标水线垂向距离2.0米以上的位置，所述仪器控制舱舱体两端固定设置圆盘状的上夹板和下夹板，舱体位于抽芯浮球芯部，抽芯浮球被上夹板和下夹板夹紧。
2.根据权利要求1所述的投弃式海气通量浮标，其特征在于，所述配重与仪器控制舱底部垂向距离大于1米。
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