CN109212152A - 一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法 - Google Patents

一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法 Download PDF

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赵紫涵
李子琳
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Abstract

本发明公开了一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，包括以下步骤：步骤一调设海床观测装置和参数；步骤二布设观测装置；步骤三获取原始高频数据；步骤四原始数据预处理和计算平均流速和平均溶解氧浓度的脉动量；步骤五利用步骤四的计算流速和溶解氧浓度的脉动量计算水平通量和垂向通量。该观测方法的观测装置包括电池仓、声学多普勒点式流速仪和针式溶解氧传感器。本发明的有益效果是：多套仪器同步观测，原位同步获取水体中流速和溶解氧浓度的高频数据；实现长期观测、存储，数据分辨率高；在不干扰水体环境的基础较准确地得到了溶解氧水平和垂直通量。

Description

一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法
技术领域
本发明涉及溶解氧通量领域，特别涉及一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法及观测装置。
背景技术
海洋中的溶解氧DO是重要的生源要素，也是海洋生态系统维持发展的关键因子，如果水体中的溶解氧浓度过低，会对生态系统造成不良影响。水体中溶解氧的含量容易受到水体水平流动和垂向混合的影响，所以需要准确地计算溶解氧水平和垂向通量。目前的观测方法效率低，消耗大，且现阶段流速和溶解氧观测的同步性较差，同时，计算溶解氧通量也不简便，所以需要一种在不干扰水体的前提下，可以对溶解氧和流速数据进行原位同步观测的近底边界层溶解氧通量的测量方法。
发明内容
鉴于上述存在的缺陷，本发明的目的是提供一种在不干扰水体的前提下，可以对溶解氧和流速数据进行原位同步观测的近底边界层溶解氧通量的测量方法和观测装置。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，所述内容包括以下步骤：
自行设计一组观测装置，包括原材料的选择如需要抗耐腐蚀性、固定仪器、观测装置的稳固设计等。观测装置包括：声学多普勒点式流速仪ADV、针式溶解氧传感器和电池仓。
设计仪器的安装位置和观测方式，合理搭配仪器，保证近底边界层的流速与溶解氧得到有效的观测。
设置仪器的观测任务，包括观测区域水平方向和垂直方向的流速以及观测区域的溶解氧浓度。
本发明的有益效果是：
本发明的一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，将声学多普勒点式流速仪ADV、针式溶解氧传感器和电池仓组装在一起，能够长时间的观测指定区域的流速与溶解氧，并且能够实现流速数据与溶解氧数据的同步观测，便于提高我们所计算的溶解氧通量的准确性。
附图说明
图1为一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法观测装置示意图；
图2为一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法数据测量流程图；
图3为一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法溶解氧水平通量和垂向通量的计算流程图。
图中：
1.吊环 2.电源线 3.ADV
4.电池仓 5.传感器连接导线 6.吊具
7.针式溶解氧传感器 8.配重铅块 9.尖角
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，目的在于设计出合理的观测装置同时能够保证在不干扰水体的情况下，对海底近底边界层中流速和溶解氧有效合理同步地的观测，便于计算溶解氧通量。具体实施步骤如下：
设置一组海床基观测装置，如图1所示，其中首先是原材料的选择，需要具有耐海水腐蚀的特性，本发明里的观测装置材料选择的是不锈钢管、不锈钢板以及不锈钢棒，不锈钢型号为316L。底座采用三角形，每个角上固定一块大圆盘，作用是防止底座陷入到更深的海底沉积物中，大圆盘下放加放一块大圆铅块，作用是加重装置，使之在海底更稳固，铅块下边的尖角是方便扎入到泥里；装置的上部分采用圆柱框架型，目的是减小水平对流的阻力；装置顶部的半环采用活动式的，不受拉力时随机倒入到装置的侧身。装置上仪器夹子设计：采用一端固定在装置上，另一端是活口，将仪器放上后，利用螺丝将夹子的两侧上紧，各夹子规格与仪器规格一致。
仪器安装与搭配：如图1所示，在仪器架上安装ADV、针式溶解氧传感器以及电池仓。在ADV的信号发射探头下15cm处放置针式溶解氧传感器，以保证观测的数据的同步性。
仪器观测任务：采样模式为连续采样模式，采样时间为三到四个月，ADV仪器和针式溶解氧传感器的采样频率为32Hz，采样深度为近底边界层。
海床基观测装置布放：利用科考调查船将观测装置运送到指定海域，通过悬吊的方式将观测装置垂直匀速缓慢下放，最终使观测装置平稳放置在海底完成观测。
数据读取和处理：将测得的水平流速u，v和垂向流速w以及DO数据进行预处理，包括去异常值并对丢弃异常值后的空缺进行线性插值和对高频数据进行每15分钟的平均，即将数据预处理后，将实测数据减去平均数据求得脉动数据，即u’，v’，w’，DO’。
计算溶解氧通量：溶解氧通量包含两部分，一是两个方向的水平通量，即二是垂向通量，即
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，步骤如下：
步骤一，设置海床基观测装置：该装置为三角形底座，底座下方的三个角分别向下有带铅块的固定圆盘，铅块下边设有方便扎入到泥里的尖角；底座上部为安装测试仪器的圆柱框架；圆柱框架顶部为活动式半环提手；所述圆柱框架上安装有声学多普勒点式流速仪ADV、传感器和电池仓，所述ADV与电池仓、传感器分别电连接，且传感器用夹子夹在ADV信号发射探头下15cm处；
步骤二，调设观测装置各仪器参数：包括采样模式、采样频率、工作时间、流速和溶解氧数据；
步骤三，布设观测装置：将上述观测装置放置海底测量海洋近底边界层的水平流速u、v，垂向流速w和溶解氧DO的数据，其中u、v为两个方向且夹角为90°的水平流速；
步骤四，数据读取和原始数据预处理：待ADV采集完数据并存储后，取回观测装置读取数据，并将测得的水平流速u，v和垂向流速w以及DO数据进行预处理，包括对u，v，w和DO去异常值并对丢弃异常值后的空缺进行线性插值和对高频数据进行每15分钟的平均，即获得水平流速的平均数据垂向流速的平均数据溶解氧的平均数据上述数据预处理后，实测数据减去平均数据求得脉动数据，即水平流速的脉动数据u’，v’，垂向流速的脉动数据w’，溶解氧的脉动数据DO’；
步骤五，根据步骤四处理后的数据计算溶解氧通量：溶解氧通量的水平通量为垂向通量为
2.根据权利要求1所述的一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，其特征在于，步骤一所述三脚架底座为316L型不锈钢管，且装置架上有固定仪器用的夹子。
3.根据权利要求1所述的一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，其特征在于，步骤一所述传感器采用针式溶解氧传感器，原位获取水体中流速和溶解氧的同步数据，其中ADV和针式溶解氧传感器均为相同的采样频率32Hz、连续采样模式、3-4个月的采样时间。
4.根据权利要求4所述的一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，其特征在于，所述针式溶解氧传感器与ADV的流速观测是在同一水体测量。
5.根据权利要求4所述的一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，其特征在于，所述针式溶解氧传感器将采集的高频流速和溶解氧DO数据通过导线传入ADV。
6.根据权利要求4所述的一种海洋近底边界层溶解氧通量测量方法，其特征在于，所述针式溶解氧传感器将采集的高频流速和溶解氧DO数据通过导线传入ADV中，再由计算机软件WINADV导出成Excel、Matlab格式的文件进行数据处理。
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