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海洋观测指导书

海洋调查方法

实习指导书

刘洪生编

上海海洋大学海洋科学学院

一海上调查实践的意义和目的

（一）海上调查实践的意义

海洋科学是一门实践性很强的学问，从科学角度来看，许多重大发现都是从观测中得来的。

从现实情况来看，海洋资源与环境、海洋权益、国土安全、减灾防灾等关系到国计民生的大事，又无不与海洋监测密切相连。

特别是随着海洋科学的发展，人们越来越意识到以空基、船基、陆基、海床基、自持自航设备等三维立体观测系统进行多学科、多参数高时空分辨率、长时间序列的同步观测为基础，高新技术手段的应用、可靠数据的获取是研究成果溶入国际主流、建立世界一流独树一帜的理论学说的前提。

中国目前正处于经济快速增长期，海洋事业蒸蒸日上，需要大量全面发展的海洋科技人才，因此培养学生的实践能力，意义重大。

（二）近海海上调查实践的目的

海上实践的目的主要是要求本科生，了解海洋科学研究数据获取、分析的全过程，掌握部分观测仪器的使用要领，通过对海洋现象的感性认识，加深对海洋科学理论的理解，锻炼意志，培养学生认识问题、分析解决问题的能力，为其今后更好地从事海洋研究、海洋管理、环境保护等工作打好基础。

近海海洋调查有其自身的特点，比如很少有专用的调查船，往往在研究海域当地租用渔船或其他船只，因此存在着仪器需要临时安装固定，电源不匹配，不能有良好的工作、休息条件等。

需要调查的组织者、参与者有很好的动手、动脑以及与人协调的能力，通过本调查时间希望让学生能够对此有所体验。

二海上观测全过程

在海洋调查之前首先要制定好调查大纲和调查计划。

调查大纲中要明确指出调查的目的和任务、调查海区、调查的内容、调查断面的布设、调查的日期和方法、信息资料的提供形式和经费估算等。

（一）调查大纲的制订

（1）事前尽可能收集该海区已有的资料，如过去调查的计划和报告、历史观测资料、有关的论文、文献和档案等。

根据收集到的资料，了解调查海域的环境特征、各海洋要素的分布规律和季节变化规律（潮汐、潮流、波浪、温盐的基本特征和变化规律、层化特征、锋面特征等）、前人研究的深入程度、新老任务的相关程度等，以便在这个基础上制定出经济、合理且又科学的调查大纲。

（2）在调查大纲的基础上制定详细的调查计划，它主要包括调查断面的位置、各观测站的位置、观测项目、观测层次、航行路线、具体的调查日期等。

根据物理现象的时空特征和要解决的科学问题，确定观测的时空分辨率和调查项目，布设站位并估算调查时间。

观测断面的设置原则是尽量使观测断面沿变化最大方向（垂直于等深线）。

另外一个好的调查计划可以用最少人力、物力获得最大海洋信息量。

（3）海洋调查的方式有大面站、断面、连续、锚系浮标、潜标、追踪浮标等。

根据调查任务确定好调查方式，如果是单船调查，要说明大面和定点调查的站位和时间，如果是多船调查，要说明各船的任务、位置和同步的起始观测时间等。

（4）确定调查船只及其主要设备。

如所需绞车的数量、绞车的负重、绞车的位置、起吊设备、声学测深系统、实验室、天气观测系统、渔业调查拖网等。

（5）海洋调查仪器的准备和测试。

根据出海调查任务选定科学的调查仪器，并对各种仪器进行测试，保证仪器准确有效。

如果仪器出现故障，要及时进行维修和检测，保证出海的顺利进行。

在确保仪器无误后，对出海观测人员进行仪器的使用、维护和保养培训，避免在调查过程中因仪器操作不当而阻碍调查的顺利进行。

（6）做好调查中各种观测手段的配合。

先进的三维立体观测体系为海洋调查提供了丰富的手段。

船舶测量、浮标观测、台站观测、潜标观测、卫星观测等互相补充。

如果调查用到多种观测手段，在观测要素、观测时间和观测地点等要素上要做好各种观测手段的有机结合。

（7）经费预算。

科学的经费预算能保证用最小的资金完成调查任务，同时它是顺利执行调查方案的重要条件。

经费预算包括：

合作费用、燃油动力费用、仪器购买或调试费用、出海人员补助费用、出海物资购买费用等。

仔细出海方案并对每一项费用进行计算和落实。

（二）航次准备

（1）仪器

按任务要求，选用符合《海洋调查规范》要求的仪器和设备。

出航前必须进行全面的检测、调试，使其处于良好工作状态。

仪器的使用水深范围和测量范围必须满足测量海区的水深变化和所测量要素的变化范围，同时必须满足对观测要素及其计算参数的准确度和时空变化要求。

选用的仪器必须适用所采用的承载工具和观测方式，仪器的记录方式应便于资料的处理和加工。

调查仪器必须经过国家法定计量单位进行鉴定。

根据调查大纲的要求列出所有仪器、设备及其附属消耗品。

考虑海上调查的意外性，对于容易损坏或丢失的仪器设备必须有足够的备用，以免因此而造成调查任务的失败。

经过检查校正后的仪器设备，根据使用要求进行安装固定。

同时注意检查以下方面：

（a）绞车安装是否牢固，收放速度是否正常。

（b）仪器在水中的水密性是否良好，各种仪器在水中是否正常工作。

（c）通讯设备是否正常，各调查船之间的联系是否通畅。

（d）清点所有仪器设备是否齐全。

调查结束后对所有仪器设备进行维护和保养。

所有入水仪器都应用淡水冲洗干净后晾干保存。

对绞车等设备要涂抹黄油后保存。

（2）调查人员

根据调查任务，确定出海人员，并根据任务要求进行合理分工，列出详细名单。

对出海调查人员进行知识培训。

出海带队老师要在出海之前选定时间对所有出海人员讲解所调查海区及所要调查海洋要素的基本特征。

出海调查人员的技能培训。

包括仪器的使用、安装、调试、维护和保养，通讯工具的使用。

为了保证人身安全，要进行安全教育，学会各种逃生方法。

为保证海上调查任务的有序进行，对出海调查人员进行工作的协调和配合培训。

同时

要进行观测方法和填写报表方面的培训。

严格出海纪律。

好的出海纪律是保证人身安全、仪器安全和资料安全的前提。

保证出海期间无饮食意外和其它人身意外发生。

调查人员应做好所有出海期间的调查报表，并购买好相应的仪器消耗品，如电池等。

（3）调查船只

选用适合的船只，检查船上所有设备是否齐全、安全，包括动力系统、通讯系统、救生系统、供电系统和生活设施，如发现不符合要求的地方责令其迅速整改。

确认船只处于良好备用状态后，与船主签订协议，让船主明确其责任和义务。

并告知出发的详细地点和时间。

（4）天气查询。

确定好出海日期后，通过各种手段查获调查日期的天气情况。

如果天气的确不适合进行出海调查，要及时修改《调查计划》确定新的调查日期，并及时通知所有出海相关人员，尤其是船主，避免发生不愉快的事件。

（5）后勤保障工作

a、保险：

对所有出海人员发放救生设备，并对所有人购买人身保险；

b、劳保用品：

食品、休息条件、工作服、手套、雨衣、棉衣、防滑防冻鞋、相关药品等。

c、保证必要的消耗品备用。

（三）出海调查

确保人员安全、仪器安全和数据安全。

仪器操作要小心仔细，并做好防震、防水。

（1）分工

根据调查要素进行分工，并根据调查时间进行分班制度。

如调查时间为白天，可实行两班制，如调查时间为昼夜，可实行三班或四班制。

所有调查人员要严格执行分工和分班制度！

（2）值班

值班人员必须按时交接班，不得迟到、早退。

不得擅离岗位，不得作与工作无关的其它事情。

如接班人员因其它事情不能接班，原值班人员要坚持工作，保证测量工作的连续性。

交班前，交班人员应将全部记录、仪器和工具整理好，并交代清楚。

同时向接班人员交代观测中发现的特殊情况和仪器设备中的问题。

接班后，值班人员除完成值班任务后，应检查上一班的全部工作，发现疑问或漏洞及时向原值班人询问，予以补充或改正。

（3）观测与记录

工作人员应严格按照观测方法进行观测和记录，记录内容除测量数据外，还应包括观测站位、观测时间、水深、天气现象、工作情况等。

同时填写好工作日志。

记录要及时、准确、有效。

记录结束后要进行校正，确认无误后进行签字。

如因特殊原因无法获取所测数据时，应备注表明原因。

所记录材料必须妥善保存。

防止遗失或调入水中！

在调查结束后，所有观测记录要上交出海负责人，负责人进行检查和确认后再安排专门人员进行数据处理和分析。

（四）数据分析与处理

对出海调查获取的观测数据根据相关规范进行整理、分析与计算。

分析计算的方法必须合理有效。

（1）数据预处理。

对观测数据中明显不合理的要进行物理剔除。

在进行物理剔除时要通过反复的论证，切忌盲目！

（2）所有电子仪器观测数据要进行校验，以保证数据的准确性。

如CTD要用采回的水样测盐度来校验。

（3）数据预处理后，根据科研要求对各物理量进行统计分析。

画出各要素剖面图、断面图和时空分布图，并分析其基本特征。

（五）航次报告

调查报告是指现场观测后记录整个观测过程及对所得结果初步分析而形成的一个书面报告，它包括调查目的、调查计划、参加人员、使用仪器、实际执行过程、获得的数据以及初步结论等部分。

撰写调查报告的一个根本目的是为以后利用这些数据时提供真实翔实的背景情况，因此调查报告应当尽量详细，特别是观测过程中的细节要仔细记录。

而观测结果，比如数据，电子文件的列表也要详尽记录，有可能的话要将数据本身在单独的附录中全部列出。

调查报告要及时撰写，以免遗忘观测的过程。

三　调查项目

1定位及测深

a．定位，使用手持式GPS定位

b．测深，使用回声测深仪

2气象与海况

a．风速，使用三杯风速仪

b．天气现象

c．海况、水色、透明度，使用透明度板及水色计

3温度、盐度及密度观测

a.　SBE37观测

b.SBE19Plus观测

4海流

a．大面站海流观测，使用直读海流计SLC9-1A以及声学多普勒海流计（ADCP）

5水质

a．采水

b．大面站水质（叶绿素、溶解氧、浊度、pH、PAR），仪器为YSI水质仪

四租用船只

租用沪崇渔24522。

五现场观测要求

（一）分工和位置

一共分5组，

第一组：

定位、测深、风速、风向，水色、透明度，采水

第二组：

SBE37和SBE19Plus

第三组：

直读海流计

第四组：

声学多普勒海流计（ADCP）

第五组：

YSI水质仪

船只到达测站后，待船停稳后，使用回声测深仪测量水深，同时使用GPS进行定位，并通报各个观测小组水深和位置；水色和透明度选择船背光一侧进行观测；风速、海况和云量选择船上没有遮挡的高点测量；直读海流计、S4海流计和水质仪在流大时候选择背流、原理船尾位置进行观测，防止仪器搅到船底；采水和水质仪同时进行，避免船上污染影响。

每组结束后通知带队老师，最后一组完成后通知船长开船。

（二）日志记录

每组单独记录本组观测值班日志，根据各自观测项目记录水深、位置、仪器下水时间、出水时间、记录的文件名字、透明度和水色、云量、风速和风向、采样深度，采样时间以及观测中出现一切的非常规状况。

气象观测小组同时负责记录总的航海日志，包括参加出海人员、出海海域、时候离开港口、什么时候到站、每站位置、水深、什么时候返回港口、交班情况。

所有记录使用铅笔，数字用仿宋体，字体不能潦草，出现错误时候不能使用橡皮擦拭，将错误地方用铅笔划掉，在旁边重新记录，每张记录表格上签写记录人员名字，换班时候记好换班日志（记录换班时间和交接人员）。

（三）采样层次：

SBE37、SBE19Plus和水质仪从表层放至底层，这里底层定义为：

水深小于50m时候为底上2m，水深50m-200m，为距离底上为水深4%。

直读海流计、S4海流计按照标准层次下放，标准层次定义为：

_水深10m以浅，观测层次定为：

表层、5m、底层，表层定义为船吃水深度以下，3m以上，本次实习定位水下2m，底层为底上2m，当根据水深确定的底层深度和5m层相差小于1m时候，只观测表层和底层。

水深10m到15m，观测层次定为：

表层、5m、10m、底层，当根据水深确定的底层深度和10m层相差小于1m时候，只观测表层、5m、底层。

水深15m到20m，观测层次定为：

表层、5m、10m、15m、底层，当根据水深确定的底层深度和15m层相差小于1m时候，只观测表层、5m、10m、底层。

水深20m到25m，观测层次定为：

表层、5m、10m、15m、20m、底层，当根据水深确定的底层深度和20m层相差小于1m时候，只观测表层、5m、10m、15m、底层。

水深25m到30m，观测层次定为：

表层、5m、10m、15m、20m、25m、底层，当根据水深确定的底层深度和25m层相差小于1m时候，只观测表层、5m、10m、15m、20m、底层。

水深30m到50m，观测层次定为：

表层、5m、10m、15m、20m、25m、30m、底层，当根据水深确定的底层深度和30m层相差小于2m时候，只观测表层、5m、10m、15m、20m、25m、底层。

水深50m到75m，观测层次定为：

表层、5m、10m、15m、20m、25m、30m、50m、底层，当根据水深确定的底层深度和50m层相差小于5m时候，只观测表层、5m、10m、15m、20m、25m、30m、底层。

水深75m到100m，观测层次定为：

表层、5m、10m、15m、20m、25m、30m、50m、75m、底层，当根据水深确定的底层深度和75m层相差小于5m时候，只观测表层、5m、10m、15m、20m、25m、30m、50m、底层。

六现场操作说明

（一）绳结

绳结是用来固定仪器用的，所有仪器在船上必须要固定好。

对于要下水的仪器一般要在两处拴牢，一处是将绳子拴到仪器上，绳子的另一端要拴在船上，这样可以保证仪器的安全。

本次实践中所使用的绳结基本为两种：

1仪器与绳子的连接

2绳子与船的连接

（二）采水

本次实践采用直筒式采水器进行采水，使用时将采水器顶端按照图7、图8拴上一根长绳，长绳的另一端按图10拴到船上。

采水时将采水器下部出水乳胶管口打结，然后将采水器放到指定深度，然后向上提采水器，注意中途不能停，特别是不能再向下放。

出水时一定注意不要将采水器碰到船舷上。

出水后将采水器放到船上，打开乳胶管的结，用采到的水将水样瓶清洗3次，每次用水50ml。

然后水样瓶装满水，盖好盖，并在水样瓶上要做好标记，标记上要写明年月日、采样站位、采样层次（中层要标明深度），如20060424A中层（5m）。

将采水器中余水倒掉，系好采水器出口的乳胶管，进行下一层次的采样。

或将采水器放到稳妥的地方，等待下一站位。

七仪器使用说明

（一）GPS使用说明

1仪器名称、型号

GPS是GlobalPositioningSystem的缩写，即全球卫星定位系统。

它由空间站、地面站和用户三部分组成。

空间站由美国发射的24颗GPS专用卫星组成，均匀分布在6条倾斜角为55o的地球同步圆形轨道上，高度为201832公里，它们连续发射GPS信号。

地面站由一个主控站和五个监控站组成，用来对GPS卫星进行监视、遥测、跟踪和控制，以纠正卫星轨道、姿态和工作特性的变化。

而用户部分则是各种GPS接收机，比如本次实践中使用的手持式接收机。

GPS定位仪的用途是随时都能测出用户的当前位置和时间，而带导航功能的接收机则在设置站点后能带领用户依仪器的指示到达目地，可以让用户知道距所要到达站点的距离、运行的速度和预计到达的时间等。

现在普通GPS定位精度一般不大于10米，需要更高的定位精度，可用差分GPS定位其精度小于1米。

本次实践所使用的GPS是GM-101型手持式GPS。

2操作说明

（1）各控制键说明

a开、关键按住键2秒钟开机和关机，在夜间可用此键开关背光灯。

b翻页键逐次显示四个主要画面

c主菜单键用于设置、设定、输入等。

d箭头键用于移动光标及输入数字或字母。

e比例键用于放大和缩小海图比例。

按住2秒也可以让地图出现

f确认键用于设置、输入、导航等的确定

（2）操作过程

a开机、关机及调整亮度

b逐次显示四个主要画面

c设置航点

d输入航路点

e实时存储目地点并编为航点

f工作、导航开始

3注意事项

aGPS接收机使用时要尽量在较高的地方，以免受周围的障碍物的遮蔽，影响定位的精确度。

b在使用GPS时，如出现数字不清，开不了机、定位误差很大时，这可能是电池不足的缘故。

要及时更换。

此GPS使用两节五号电池。

在安装电池时一定要看清正负极才能安装。

正常开机走航时，一次电池能用6-7小时。

如工作超过5个小时一定要带备用电池。

cGPS用完后用专用软布清理主机上的污物，单独包好后妥善存放。

（二）回声测深仪使用说明

1仪器名称、型号

所使用的仪器为KONDEN–CVS106型彩色地形测深仪（见图12）。

该仪器可测量海洋、港湾、江河、湖泊、水库、河口水域的地形，适宜于浅海水域中使用。

其量程范围分别为：

5-75m，精度为：

0.2-2m。

2操作说明

（1）仪器硬件连接

将测深仪参照图14连接好，注意电源正负极不要接反。

然后将换能器放置到船底以下，记录换能器到水面的距离，此距离需要加上仪器的读数才能得到水深。

（2）仪器操作步骤

仪器硬件连接完成后，按以下步骤操作仪器。

a打开仪器主机电源

按下ON键打开电源。

自动范围图像将出现在屏幕的右下端。

按住OFF键几秒钟可关闭电源。

b调节屏幕亮度

按下BRT键在屏幕上显示BRT单词，然后，重复按下可调节亮度，10最亮，1最暗。

每按一下，亮度水平按10到1的顺序循环变化到下一个水平。

c选择深度范围

选择自动范围模式时，在屏幕正上方显示AR。

深度变化自动显示在下方。

上箭头表示减少深度范围,下箭头表示增加深度范围。

按住上箭头或下箭头可在屏幕上显示自动范围或范围及其设定水平.显示范围后,重复的按两个箭头中的任一个以选择最佳范围．每按一下范围选择将变到下一个水平（更深一级的）.自动范围的变化将选择一个接近于该深度所对应的标准深度值.

d调节所得数据

调节颜色使得底部表面图像为红色,且边缘的颜色逐渐变为蓝色。

红色的地面宽度并不是准确的宽度。

返回的反射信号强度是变化的，且能够用不同的颜色表现出来。

因此，如果如果反射是从一个很深的范围或软底传回的，则底部不可以用红色表示。

按下上箭头或下箭头显示单词GAIN和它的水平。

然后，再按上下箭头直到底部显示为红色。

每按一下，将在1（最低）到20（最高）之间变化一步。

e选择图像速度

按下IMAGESPEED键显示IMAGESPEED亟待选择的速度。

然后再按该键选择一个符合要求的合适速度。

每按一下速度变化再STOP（最慢）到2/1（最快）间循环变化。

第一个数字表示图像向左移动的次数，第二个数字表示每移动一次脉冲传送的数字。

3注意事项

a仪器存储的温度：

-15-＋55oC。

b仪器要小心轻放，勿受碰撞。

使用过程中要保护电缆，勿受摩擦和挤伤。

c仪器用毕，要用淡水清洗水下探测传感器。

d水下探测传感器机身要薄薄擦一层机油或防锈脂。

e水上主机在使用中要避免受潮或被溅上水滴。

在船舷使用时，要加塑料袋保护。

f插接和脱开电缆插头时要小心，以免造成损伤；当信号不通时，请检查电缆插头内是否脱焊。

如脱焊可以按原接线方法焊接。

（三）直读海流计使用说明

1仪器名称、型号

（1）概述

本次实践所使用的海流计是由中国海洋大学仪器厂生产的SLC9-2型直读式海流计。

该仪器可供测量海洋、港湾、江河、湖泊、水库、河口中不同深度下水流的速度和方向，尤其适宜于浅海水域中使用。

同时它还可以用浮子把探测器飘离船体测量表层流的速度和方向。

（2）SLC9-2直读式海流计的原理和构造

SLC9-2型直读式海流计的结构，如图15所示。

仪器的水上主机，是以一个低耗电单元微计算机为基础而构成的数据终端（6）。

流速由旋桨

（1）感受，其转速正比于流速，比例系数约为2.5转/米。

转速经磁性耦合使流速传感器（11）内的舌簧管通断，变为流速脉冲经电缆送到主机。

通过计数和线性处理，即得流速测值。

流向采用罗盘电位器式传感器（8），机身（10）和尾翼（7）随水流改变走向，这样罗盘就可以根据地磁得到流向，此信号经V-F变换器变为调频信号，经电缆据（4）送到主机。

通过计数和线性处理，即得流向测值。

（3）主要技术指标和性能

流速测量范围：

0.03-3.50m/s

准确度：

≤±1.5％满量程

启动流速：

0.03m/s

流向测量范围：

0-360º

准确度：

≤±4º

电缆长度：

50-100m，抗拉100kg。

记忆功能：

24个整点的流速和流向。

打印定时：

3、15、30min，RS-232接口。

电源：

直流6V（4×1.5V的二号电池）

仪器使用环境温度：

-10-＋45ºC

2操作说明

（1）快速设定方式

仪器在打开电源开关后，按RESET键，液晶显示器先显示0030约2s作为进入快速方式的提示。

这时按一下SET，仪器即进入快速方式。

若未及时操作，只要再按一下RESET，又可再次得到上述提示。

在快速方式中，没有数据记忆功能，不必设定日历时钟。

（2）正常工作模式

a开机、设定打印周期

开机时DUMP开关应置于OFF位置，然后再打开电源。

在开电源或按RESET后，液晶显示器先显示0015；再循环显示3、15、30，这是你选择的打印记录的周期。

当显示值符合你的要求时，按一下SET，打印周期被设定。

接着，显示器显示一次空白，提示此项设定已经完成。

b要设置日历时钟（一般情况下不作此项工作）在打印周期设定完后，出现询问性显示1111，如你要求设置日历时钟，请按一下SET；如果不要，请等2s，仪器即进入正常测量。

c日历时钟的设定

若在仪器1111时按过SET，就必须进行这一步工作。

进入日历时钟设定后，首先依次显示年（a）值，2不显示000、001、002、003等，当年值符合要求时，请按一下SET。

依此类推，依次设定月，日，时，分。

若配有打印机，在完成时钟设定后，打印机会打印出近几年设定的日历数以及打印周期。

d正常工作

仪器工作基本周期为3min流速的测量平均值。

这时，显示器为前次测量的流向值；同时“：

”符号周期性闪动，表示正在进行流速测量。

测量结束，峰鸣器提示用户进行读数。

液晶显示器交替显示流向值和流速值，重复8次。

e记忆数据的导出

本仪器具有自动记忆整点数据的功能。

只要在测量结束时，把打印导出开关（DUMP）置于开关（ON）的位置；在一个测量显示周期完成后，仪器即依次显示所记忆的数据序号、流速值和流向值。

请注意，如果仪器启动后还没有经过一次整点，也就是仪器还没有记忆数据，则上述操作无效。

3注意事项

（1）对意外事故的处理办法

如果流速流向测量均正常，突然无流速信号而流向正常，这是因为流速传感器中舌簧管偶尔通断不正常所致。

只需把水下探测器中的流速传感器由螺丝刀轻轻敲直到出来为止。

有时流速读数发生错误，这时可能是电池不足所致，更换所有电池。

（2）维护与保养

a甲板主机在使用中要避免受潮或被溅上水滴。

在船舷使用时，要加塑料袋保护。

b插接和脱开电缆插头时要小心，以免造成损伤；当信号不通时，请检查电缆插头内是否脱焊。

如脱焊可以按原接线方法焊接。

c仪器存储的温度：

-15-＋55oC。

d存储环境的相对湿度：

不大于95％。

e仪器要小心轻放，勿受碰撞。

使用过程中要保护电缆，勿受摩擦和挤压。

f仪器用毕，要用淡水清洗水下探测器。

最好拆下旋桨清洗轴尖和轴承孔，再向轴承孔内滴入少许机油，再安装还原。

g仪器用毕，水下探测器机身要薄薄擦一层机油或防锈脂。

h仪器用毕，取出电池。

（四）SBE37和SBE19Plus

1仪器名称、型号及说明

温度、深度、盐度剖面仪，SBE37和SBE19Plus

2操作说明

（１）软件安装说明

a．插入光盘并打开；

b．双击Seasoft-Win32-