Argos漂流浮标的若干观测结果

表层漂流浮标是一种利用Argos卫星系统定位与传送数据的海洋观测设备,它可以利用Lagrangian法则连续观测表层海流及表层水温。文章利用近年在南海和西太平洋投放的部分卫星跟踪表层漂流浮标所取得的观测资料,分析观测海域的表层海流特征及其漂移路径上的温度变化,得出以下结果。(1)由浮标的漂移轨迹看出,黑潮表层流路年际变异相当大。(2)2003年1月,黑潮表层水有入侵南海的趋势,似无西北太平洋表层水深入南海的迹象;夏季南海表层水由南海流出经吕宋海峡汇入黑潮主干。(3)秋季台湾东北海区存在一个强反气旋涡,空间尺度约270km。(4)黑潮主干在秋末冬初经过东海时明显呈弯曲流动,并形成许多小尺度的气旋式涡。(5)在九州西南海域,黑潮表层流并无分支北上进入对马暖流区。(6)2003年春季,黑潮在日本以南的弯曲不明显,并伴随有冷、暖涡产生,暖涡的强度和空间尺度都要比冷涡大得多。(7)由漂流浮标观测得到的的表层海水的温度分布明显呈日变化和季节变化的特征。在浮标漂移路径呈反气旋或气旋式转动的区域,表层水温对应出现高或低温区;但出现在台湾以东的低温区则与此时期的台风过境有关。

基于Argos漂流浮标的东海黑潮特征分析

基于1979—2008年的表面漂流浮标资料,在选定区域(21°～33°N,120°～132°E)内对3个东海黑潮特征断面上的表层流速结构进行分析。选取的特征断面分别是位于台湾东北东海黑潮南段的SS断面,位于黑潮所流经东海的中央地段的PN断面和位于日本九州与奄美群岛之间的TT断面。Argos漂流浮标资料的统计结果能够较好地反映东海黑潮不同流段的主要特征及其季节变化。东海黑潮中段相对于其他流段流速强、流幅宽、流量大的特征最为显著,也最为稳定。

Argos表面漂流浮标在黑潮区的若干观测结果

利用近几年国家海洋局第二海洋研究所及国家海洋技术中心在南海和西北太平洋海域布放的部分卫星跟踪表面漂流浮标所取得的观测资料,分析了浮标流经海域的表层海流特征及浮标漂移路径上水温的变化。结果表明:2003年1月,黑潮表层水有入侵南海的趋势,夏季南海表层水经吕宋海峡流出,汇入黑潮主干;夏末冬初,黑潮主干经过东海时明显呈弯曲流动;2003年春季,日本以南海域黑潮弯曲不明显;台湾东北部海域存在一个强反气旋涡;表层海水的温度日变化和季节变化明显,在浮标漂移路径呈反气旋或气旋式转动的区域,对应出现了表层水温的高、低温区。

利用漂流浮标资料对黑潮及其邻近海域表层流场及其季节分布特征的分析研究

利用1987年以来WOCE项目及我国自行投放或进入黑潮及其邻近海域（15°-36°N,114°-135°E）的共计323个卫星跟踪海表面漂流浮标资料,得到全年平均及季节平均的浮标轨迹及（1/4）°×（1/4）°格点平均的表层流矢量结果。分析认为：对于全年平均的表层流场,黑潮表层流路主要表现了对大洋西边界地形的适应,并呈现出6个较大的弯曲,其中在反气旋型弯曲处都发生分支或入侵现象、气旋型弯曲处这种现象却不明显。对于季节平均的表层流场,黑潮表层不同流段分别表现出各自显著的季节差异：吕宋海峡附近海域,表层水向南海的入侵只发生在秋、冬两季,而春、夏两季却不发生;在台湾以东海域,黑潮表层流路与黑潮右侧反气旋涡的存在与否密切相关,春季没有涡旋存在时,黑潮表层流路常出现气旋式大弯曲,其他三个季节反气旋涡存在时,黑潮表层流路相对平直;在台湾东北海域,黑潮表层水向东海南部陆架区的入侵以秋、冬季最强,春季次之,而夏季几乎不发生;在赤尾屿以北的东海黑潮中段,黑潮流动比较稳定,其表层平均流径走向由偏北到偏东依次约为冬（北偏东30°）、春（北偏东33°）、秋（北偏东38°）、夏（北偏东45°）;流路宽度由宽至窄依次约为秋（90 km）、春（80 km）、冬（70 km）、夏（60 km）,而流速由大至小依次为夏、春、秋、冬,且各季节都表现出北段流速大于南段的现象;在九州西南海域,春、秋两季黑潮表层水发生明显的向北入侵,入侵的黑潮水与东海外陆架水共同成为对马暖流的一部分来源,而夏季这种现象不明显,九州西南海域黑潮表层流路北界的位置以秋季最为偏北（但最北不超过31°N）、流路也最宽;在琉球群岛外缘海域,南半部基本没有北上的表层流存在,只有在冲绳群岛-奄美群岛以东海区,秋、夏、春三季表层反气旋涡旋都比较活跃,在涡旋的西侧有顺着冲绳群岛-奄美群岛的东北向流,其中秋季最为明显。这些结果可以为黑潮及其邻近海域的深入研究提供较为客观、直接的参考。

新型表层漂流浮标体设计分析

表层漂流浮标在应用于海洋调查研究时,浮标体外形对浮标通讯稳定性及数据回收等会产生一系列影响,也直接制约浮标使用寿命。为此,考虑减少风阻和水阻,减小浮标体对水帆运动的影响,提出了一种新型的适用于近远海海洋观测的表层漂流浮标体葫芦形外形设计方案。结合流体力学理论分析,运用Solid Works软件分别对葫芦形浮标体和常用的圆柱形浮标体建模,并利用Workbench软件CFX流体分析模块开展了流体分析和比较,结果表明葫芦形浮标体所受压力更均匀,其水下部分压力值较圆柱浮标体减小约28%,证明葫芦形外形浮标体更具可靠性。

基于卫星漂流浮标的南海表层海流观测分析

基于1989-2013年的卫星跟踪漂流浮标资料和1993-2012年的卫星高度计资料，分析了南海表层流场，给出南海各季节多年平均的实际流场和地转流场结构，对南海实际流和地转流的季节变化特征进行了初步探讨，并比较了南海各季节表层实际流场和地转流场的异同。结果表明，南海海域各季节上层环流结构与海域季风关系密切，实际流场和地转流场总体均呈现显著的季节变化特征。通过比较发现，在夏、秋、冬这3个季节，实际流场和地转流场大的环流形势特征基本相同，中小尺度的环流特征有所差别；在春季，两者则呈现出相反的环流特征，环流特征差异明显。

低功耗双处理器漂流浮标系统

漂流浮标具有结构简单、易布放、不需要额外动力等方面的优点,在海洋观测领域已经有了较为广泛的应用。然而现有的漂流浮标为了控制成本和整体功耗,搭载的传感器较少,在使用中能够采集到的数据种类较少,并且由于电子系统设计相对简单,一旦出现故障,无法解决,导致实际使用时长往往达不到设计使用时长。因此,本文以低功耗、高可靠性、多样化载荷为设计目标,提出一种具备扩展性的双系统漂流浮标的设计方案,能够尽可能地提高漂流浮标的可靠性,同时基于双系统设计了一种低功耗切换算法。该款漂流浮标系统可在主模块损坏时及时启用备用模块工作,并可对当前电池电量、工作环境状态及模块功能状况进行处理分析,根据分析结果实现对系统未来工作模式的决策,系统功耗降低了20%,同时实现了漂流浮标系统的长时序高效观测。

基于回归模型的南海表层漂流浮标轨迹模拟研究

分别利用地转流、风海流和ROMS模式表层海流中的一项或者多项作为自变量,建立了关于表层漂流浮标漂移速度的回归模型,模拟了2017年12月—2018年2月和2019年12月—2020年2月的南海海域表层漂流浮标轨迹。根据回归模型结果对浮标进行72 h的漂移轨迹模拟,对比结果显示:基于地转流、风海流和ROMS模式表层海流3项作为自变量的回归模型(MEGR)效果最好,其浮标模拟轨迹的72 h平均距离误差为38 km,平均角度误差为35°,平均综合技术得分为0.34。将风海流和地转流作为自变量加入到以ROMS模式表层海流结果为自变量的回归模型中,浮标模拟轨迹的72 h平均距离误差减少10 km,平均角度误差减少5°,平均技术得分提高0.09,特别是在涡旋附近区域的模拟效果得到显著提升。该方法对利用ROMS模式结果进行漂移浮标轨迹预测具有较好的校正效果。此外,风海流叠加地转流数据和ROMS模式数据在南海漂流浮标轨迹的预测方面具有较好的互补性;在南海流速相对稳定的区域,利用MEGR模型得到的拟合流速可以较为准确地模拟漂移浮标轨迹,在南海涡旋活跃的区域,该模型效果有待进一步提升。

表层漂流浮标系统超低功耗改进设计及实现

针对目前国内外表层漂流浮标系统工作时间有限的问题,设计一种基于STM32单片机的表层漂流浮标系统,对浮标系统进行低功耗设计,主要表现在系统硬件改进设计、低功耗器件选型、RTC的研究使用、数据最优采样存储等,另外进行软件优化,包括系统工作方式优化、卫星发射策略优化等。从而获得超低功耗的浮标系统,有效提升海上工作时间。实际测试结果表明,此系统满足实用性,并且漂流浮标低功耗系统有了可观的实验效果,对长时间海洋数据稳定获取具有重大意义。

表层漂流浮标的研制与海上实验

本文介绍了国内首次研制的表层漂流浮标的基本情况，包括结构设计、传感器选择及海上实验，该浮标目前仅测量海流和水温二个参数。文中给出了２２天的水温实例数据和ＡＲＧＯＳ系统对浮标的定位数据。

我国Argo浮标的设计与研究

自沉浮式剖面探测浮标是一种海洋观测平台,首先应用在国际Argo计划,故又称之为Argo浮标,专用于海洋次表层温、盐、深剖面测量。仪器布放后自行在大海中工作2a以上,直至电源耗尽;2004年11月8日实验的Argo浮标潜入深度已达到1900m,历时两年的浮标研究工作,在下潜深度、上浮水面、剖面测量、数据处理、卫星传递数据等功能上已经达到国际Argo组织的要求。文章详细阐述了剖面浮标的设计与研制内容和各种试验项目及所得数据,不仅为浮标设计提供科学的实测数据,还为今后该仪器产品化进程提供大量可靠依据和检测方法。

关于发展我国漂流浮标和锚泊浮标技术的建议

本文综述了 90年代国外漂流浮标和锚泊浮标技术的发展动态 ,从战略发展的高度提出了研制多参数表层漂流浮标、多次往返式剖面仪、绷紧式锚泊浮标和水质监测浮标的建议 。

距离水下永动还有多远?我国首台自供能漂流浮标下水了

由中船重工710所为全球海洋观测计划（Argo计划）研制的我国首台“深海型海洋温差自供能漂流浮标”已成功完成样机生产，其整体技术处于国际领先水平，并理论上实现了“水下永动机器人”。

吕宋海峡黑潮表层形态EOF模态分析

应用Argos表层漂流浮标资料所指示的浮标轨迹图以及基于卫星高度计资料和三维水动力模型海面高度场数据的经验正交函数(EOF)模态分析,探讨了黑潮在吕宋海峡形变的时空分布特征.结果表明:吕宋海峡黑潮的形态呈现明显的季节变化,其中跨隙形态为其最基本的形态;秋冬两季,部分黑潮水会以流套和分支的形式入侵南海,流套最西可延伸至118°E;春夏季节则几乎不出现流套或者分支的结构,相反会有一部分南海水汇入黑潮主干.模型数据模态分析结果还再现了冬季黑潮水沿着南海北部陆坡向西入侵的形态.

台湾东北部黑潮表层水入侵东海陆架的季节变化规律

基于1998-2011年进入台湾东北部的WOCE-SVP（World Ocean Circulation Experiment -Surface Velocity Programme）计划的Argos浮标运行轨道数据，分析了台湾东北部的环流特征、黑潮表层水入侵东海陆架的季节变化规律。结果表明：在春夏季，黑潮表层水入侵仅限于陆架外缘，而在秋冬季，黑潮表层水可深入东海陆架或进入台湾海峡。自黑潮区入侵至100 m和150 m等深线的浮标数量在秋冬季较多，春夏季较少。台湾海峡的浮标轨迹在春夏季几乎皆为北向，在秋冬季皆为南向。在秋季，东海中部和南部陆架会在黑潮西侧出现逆流和涡旋。可见，台湾东北部环流具有显著的季节特征；黑潮表层水入侵东海陆架在秋冬季较强，春夏季较弱。本研究采用最新的Argos浮标数据，揭示了台湾东北部黑潮入侵东海陆架的季节变化规律。

赤道太平洋近表层上升流的估计

利用1979—2006年间的卫星跟踪漂流浮标资料计算得到多年平均的赤道太平洋近表层流场,并估计赤道中东太平洋上混合层水平流场的散度和上升流流量。主要结论包括:1)赤道中东太平洋上升流区域主要集中在日界线以东以赤道为中心的±2°纬度带内,并且赤道南北约4°处各有一下沉流区域;2)赤道中东太平洋附近(165°E—85°W,2°S—2°N)散度平均约为2.0×10-7s-1,对应30m深处上升流区域整体体积输送约为43Sv,其中大约一半的上升流水体随热带流圈在赤道外4°N/S附近下沉,其余部分向两极输送;3)赤道中东太平洋辐散在春季达到最大值2.1×10-7s-1,而在秋季最弱;4)在El Nio期间辐散减弱,而在La Nia期间辐散增强,其中纬向流所致的辐合辐散也起到一定作用。

吕宋海峡浮标轨迹的拉格朗日拟序结构分析

文章利用海表流速得到的拉格朗日拟序结构(Lagrangian coherent strctures,LCSs),并结合漂流浮标轨迹资料,分析吕宋海峡附近水域表层环流和水输运特征。结果显示,LCSs能够很好地描绘吕宋海峡附近水域的表层水体输运结构,解释了浮标运动轨迹的变化。冬季,吕宋海峡附近水域存在着条带状LCSs,以东南-西北走向由太平洋穿过吕宋海峡进入南海;夏季,跨海峡的LCSs在形态上转变为西南-东北走向,并由南海经吕宋海峡进入太平洋。LCSs形成的输运通道与壁垒揭示了吕宋海峡水交换季节变化的原因,太平洋与南海表层水主要沿着以上两种形态LCSs构成的输运通道进行交换。