CN110823193A - 一种测量海洋表层湍流的浮标 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种测量海洋表层湍流的浮标，包括浮体和湍流剖面仪，所述浮体上设有波浪监控摄像头，浮体下设有湍流剖面仪。本发明提供的一种测量海洋表层湍流的浮标，解决了海洋表层湍流观测问题；选择漂流浮标为搭载平台，可以追踪海流进行连续观测，增加数据长度及可靠性；多设备同平台搭载，进行了模块化设计，在观测表层海流的同时，也同时获取温度、盐度等参数，辅助进行波浪、海冰等相关科学问题的研究，在表层湍流监测领域具有广泛的适用性。
Description
技术领域
本发明涉及海洋观测领域，特别涉及一种测量海洋湍流的装置。
背景技术
湍流被认为是经典物理中最后一个没有解决的问题，而海洋湍流也是目前物理海洋学所面临的重要挑战。大气物理属性在海面以上厚约数十米的大气层中因湍流而引起的铅直输送。它直接体现了海洋和大气之间的相互作用。湍流输送通过由小到大的海洋湍涡或大气湍涡的相互传递，分别影响到各自的大尺度现象。湍流输送包括湍流的动量和动能的传输，例如风的湍流对海浪、海水表层湍流和海面漂流的动量和能量的传递；湍流的热量输送，例如海面的水以感热和潜热等方式向大气的能量输送；物质输送，例如海洋的水分、盐类和气体等向大气的湍流输送。湍流输送的结果，必然反映在海-气界面上下的海洋要素和气象要素之中，同时影响海洋和大气的物理现象。因而，海面气层的湍流输送是深入研究海洋和大气的关系的重要问题。
目前针对海洋湍流的现场观测所使用的仪器主要是以下三种：1.利用自由下降湍流微尺度剖面仪如(MSS、FLY)测量流速微尺度剪切，由此可以直接计算湍动能耗散率；2.利用三维高频点式流速仪(ADV)直接获得高频流速脉动的观测，可以用来估计剪切雷诺应力与湍动能耗散率；3.高频宽带ADCP，可以由沿波束流速的方差估计剪切应力与湍动能生成率。
虽然以上三种方法针对海底及水体大部分湍流观测是有效且可靠的，但无法针对海洋近表层水体内湍流进行有效观测。
发明内容
针对现有技术中无法针对海洋近表层水体内湍流进行有效观测的技术问题，本发明提供了一种测量海洋表层湍流的浮标，利用浮标为平台，搭载的湍流观测传感器，数据采集系统及辅助配套的其他观测设备，进行几小时至一个月的连续湍流追踪观测实验，从而测量波浪跟踪参考系中海洋表面的湍流，获取海表湍流剖面，同时可以监测定向波光谱，海洋表层海水温度，盐度、空气温度及表层图像。
本发明提供的一种测量海洋表层湍流的浮标，包括浮体和湍流剖面仪，所述浮体上设有波浪监控摄像头，浮体下设有湍流剖面仪。
本发明中，湍流剖面仪下设有水帆。
本发明中，浮体上面中部设有支架，支架上设有波浪监控摄像头和自动气象检测站。
本发明中，水帆呈扇形或者矩形。
本发明中，浮体上设有无线发射模块和无线接收模块。
本发明中，支架上设有太阳能电池板。
本发明中，太阳能电池板一端和浮体连接，太阳能电池板另外一端和支架连接。
本发明中，浮体内设有电池，电池和太阳能电池板电性连接。
本发明中，浮体下设有营养盐分析仪和温度传感器。
本发明中，浮体上部设有GPS模块。
本发明的有益效果:
本发明提供的一种测量海洋表层湍流的浮标，解决了海洋表层湍流观测问题；选择漂流浮标为搭载平台，可以追踪海流进行连续观测，增加数据长度及可靠性；多设备同平台搭载，进行了模块化设计，在观测表层海流的同时，也同时获取温度、盐度等参数，辅助进行波浪、海冰等相关科学问题的研究，测量浮标待机时间长，传输数据量大，在表层湍流监测领域具有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明测量海洋表层湍流的浮标的结构示意图。
图2为本发明浮体倒置结构示意图。
图1-2中，1-自动气象检测站、2-波浪监控摄像头、3-浮体、4-湍流剖面仪、5-水帆、6-太阳能电池板、7-无线发射模块和无线接收模块、8-支架、9-铁皮、10-营养盐分析仪、11-温度传感器、12-传感器盖板、13-警示灯、14-湍流剖面仪固定处。
具体实施方式
下面结合附图1-2和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，但本发明的方法不限于下述实施例。
本发明中，为了便与描述，测量海洋表层湍流的浮标中部件的相对位置关系的描述是根据附图1的布图方式来进行描述的，如：上、下、左、右等位置关系是根据附图1的布图方向来确定的。
本发明中所用到的自动气象检测站1、波浪监控摄像头2、浮体3、湍流剖面仪4和水帆5等能够普通市场途径采购或者定制获得，所用到的自动气象检测站1型号是风途物联网科技有限公司FT-QXX，所用到的波浪监控摄像头2型号是摄徒SJ7000高清防抖防水运动摄像机，所用到的浮体3是泡沫板或者密度小于水密度的塑料板，所用到湍流剖面仪4型号是北京赛迪海洋技术中心湍流剖面仪MSS，
实施例一：本发明测量海洋表层湍流的浮标
本发明提供的一种测量海洋表层湍流的浮标，包括浮体3和湍流剖面仪4，所述浮体3上设有波浪监控摄像头2，浮体3下设有湍流剖面仪4。浮体3下面中部设有湍流剖面仪固定处14，通过湍流剖面仪固定处14将湍流剖面仪4套接固定到浮体3下，湍流剖面仪4上部伸入到浮体3下部湍流剖面仪固定处14对应的空隙中，使得湍流剖面仪4能够在一定范围内沿竖直方向上下活动。
本发明中，湍流剖面仪4下设有水帆5。
本发明中，浮体3上面中部设有支架8，支架8上设有波浪监控摄像头2和自动气象检测站1。
本发明中，水帆5呈扇形或者矩形。
本发明中，浮体3上设有无线发射模块和无线接收模块7，无线发射模块和无线接收模块7采用深圳莱安科技配有高增益的无线视频传输控制系统，传输距离超过35km，传输数据量大而且稳定。
本发明中，支架8上设有太阳能电池板6。
本发明中，太阳能电池板6一端和浮体3连接，太阳能电池板6另外一端和支架8连接。
本发明中，浮体3内设有电池，电池和太阳能电池板6电性连接。
本发明中，浮体3下设有营养盐分析仪10和温度传感器11，营养盐分析仪10和温度传感器11外部设有传感器盖板12，传感器盖板12上面有微孔既能保证测试到海水数据，也能不影响浮标移动。
本发明中，浮体3上部设有GPS模块和铁皮9。
实施例二：本发明测量海洋表层湍流的浮标的应用
在适用本发明测量海洋表层湍流的浮标时，布放前，对测量浮标进行装配，并将无线发射模块、无线接收模块和陆地或者测量船上对应的无线接收模块与无线发射模块匹配，测量时GPS模块的位置数据和湍流剖面仪4、自动气象检测站1的气象数据都通过视频传输控制系统传输到控制船舶或者陆地上。使得无线接收模块能够接收到测量浮标上无线发射模块发出的测量数据和位置坐标数据和视频，获取海表湍流剖面，同时可以监测定向波光谱，海洋表层海水温度，盐度、空气温度及表层图像，同时也利用湍流剖面仪4测量到表面以下的海水温度、盐度和深度(通过压力传感器测量)及微结构切变。
检测过程中，利用支架8上部的警示灯13提醒过往船只避让，尽量减少船只等对其靠近影响，保证数据的稳定性和连续性。
测量结束后对其进行回收，作业人员在布放的工作船上通过GPS模块对其进行定位寻找，找寻到后利用端头带有磁铁的缆绳通过测量浮标上的铁皮9吸住浮标提起到船上，完成测量。
如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种测量海洋表层湍流的浮标，包括浮体和湍流剖面仪，其特征在于，所述浮体上设有波浪监控摄像头，浮体下设有湍流剖面仪。
2.如权利要求1所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述湍流剖面仪下设有水帆，湍流剖面仪内设有湍流传感器、盐度传感器、温度传感器和深度传感器。
3.如权利要求1所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述浮体上面中部设有支架，支架上设有波浪监控摄像头和自动气象检测站。
4.如权利要求2所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述水帆呈扇形或者矩形。
5.如权利要求3所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述浮体上设有无线发射模块和无线接收模块。
6.如权利要求3所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述支架上设有太阳能电池板。
7.如权利要求6所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述太阳能电池板一端和浮体连接，太阳能电池板另外一端和支架连接。
8.如权利要求6所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述浮体内设有电池，电池和太阳能电池板电性连接。
9.如权利要求1所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述浮体下设有营养盐分析仪和温度传感器。
10.如权利要求9所述的测量海洋表层湍流的浮标，其特征在于，所述浮体上部设有GPS模块和铁皮。
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