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海水温度测量的技术及发展

热度0票  浏览4次 时间:2018年1月08日 09:03

摘要 在海洋观测、监测过程中,能够迅速、准确获取海水温度,对于观察和了解海洋具有重要的意义。通过对目前不同海水温度测量技术的罗列阐述,在业务、成本、人员技术要求以及实际应用上进行分析比较,说明了不同的测量方法根据不同业务需求使用,从而能够在不同的情况获取精准的海水温度数据。

 

关键词:水温;海水;测定方法

 

 

海水温度是反映海水冷热程度的一个物理量。海水温度是海水观测和监测的重要因素,对其他海水因素起着重要的影响作用。在海水物理和化学要素中,海水温度是其他物理和化学要素的测定的根本和前提。在海洋生物的栖息、生长和繁殖的过程中,海水温度起到至关重要的影响。海水温度的测定同样也关系到海流的变化、气候的变化。精确地对海水温度的测量,确保监测数据的精度,对其他海洋物理、化学、生态的研究起到至关重要的作用。随着科学技术的日新月异,海水温度观测的技术,从最基础的物理水银温度表,逐渐发展到使用基于卫星的大范围观测技术。

 

1.测量方法

1.1水银温度表测温

最常见的物理测定方式是根据冷热感温的原理,利用水银温度表进行测定。根据国家规范《GB 17378.4-2007 海洋监测规范 第4部分:海水分析》以及《水和废水监测分析方法》上,最常见的测定法是表层水温表法和颠倒水温表法,此两种方法分别测定水体表层、表层以下的温度。前者测量海洋表层水温,后者测量其他不同水层的水温。

表层水温法主要用水银温度表进行测量,主要操作是人为将水银温度表放入海水表层进行感温,然后提起进行读数,其范围在于-5~+40,精度0.1℃。[1]

颠倒水温表法用颠倒水温表进行测量。颠倒水温表由主温表和辅温表组装在厚壁玻璃套管内而成的温度表,准确度高达±0.02℃,只适用于定点不连续的测量。当温度表颠倒时,水银柱便在断点处断开,从而保留了现场温度的读数,提出水面后即可读出。辅温表是普通的水银温度表,用于订正因环境温度改变而引起的主温表读数变化。[1]

 

1.2传感器测温

随着传感器技术的大力发展,在海上观测监测技术中,传感器得到广泛应用。在海水温度的测量上,常见的温盐传感器结合海水温度和海水盐度,拥有着持续观测、数据快速传递的优点,适合长期测量作业。温度传感器采用热敏电阻,实时监测海洋水温,并且将其测量数据传输到采集板块储存。

 

1.3红外测温

红外测温是一种非接触式测流。通过接收目标物的发射、反射和传导的能力来测量其表面温度。探测的元件将采集的能量送到微处理器进行处理,然后转换成显示的温度。红外测温的探测器测得物体的辐射温度,在已知物体辐射率的前提下,通过硬件和软件的处理得到物体的真实温度。[4]

 

1.4卫星遥感测温

由于一切物体都具有向外辐射的电磁波,而且强度与温度呈正比。卫星遥感是通过测定表面的水体目标物的热辐射强度来获取其温度信息。卫星上的红外辐射强度和超强高频辐射,两者共同工作,前者测海水最上面薄层的温度数据,后者测深层的水温。随着近年来卫星技术的不断发展,利用遥感技术,根据不同海区、季节的海洋温度变化的规律,建立三维海水温度遥感模型,对于其他观测预报和其他监测要素有重大的推进作用。

 

2.各方法的优劣点比较

以上几种常见的海洋水温的测量方法各有不同优劣点,在不同的海洋观测和监测中,应根据现场的实际情况和自身的实际业务情况进行选择。

从业务的角度分析,因实际要求测量的频次、层次和时间长度不一样,测量技术因业务的需求而不同。水银水温表测温一次只能测量某站点某层次的水温,而且所用的水银温度表每隔一段时间必须进行检定以确保其测量的准确,在实际应用中仪器容易损坏,使用过程中容易产生人为读数偏差;传感器测温则可以定点长期进行测量,具有反应灵敏,长期稳定的特性,只需定期清洗传感器和比对,以确保其准确性和稳定性;红外测温具有方便携带、测量准确、效率高的优点,但是物体的辐射率是经过反复试验得到的经验值,在不同温度、压力、湿度等不同环境下,辐射率会发生变化。在实际应用必须定标,而且必须考虑到其影响因素[4];卫星遥感测温依靠卫星,对传接收技术和软硬件要求较大,其优点是大尺度实时连续的观测。

从成本上分析,因使用的测量仪器的成本不一,不同的测量技术有较大的区别。使用物理原理的水银温度表最为经济实惠,而且卫星遥感则需要仪器硬件成本和软件成本较大,红外测温和传感器测温介于两者之间。此外,不同测量技术使用的仪器的检定和维护成本也不同。

从人员技术上分析,使用人为观测的水银温度表所需人为技术较低,而遥感测温的方法只需一次设定长期使用,加上日常人为维护和不定时进行检定,就能很好针对同一站点长期的测量;使用传感器测温的技术则相对成熟,与计算机通讯技术相结合,实现了实时观测的界面,对于人员的日常使用维护和维修技术要求较高;而卫星遥感则需要专业知识较强,且具备日常软硬维护的技术。

在实际应用中,常见的岸边定点测量水温多半使用传感器测温,其稳定、实时连续的特性得到很好发挥,加上实时通讯技术,可以在计算机看到连续直观的海水温度变化。在观测某站点特定时间和特定层次时,则使用较为简单的水银温度表进行观测。而在预报观测方面,使用大尺度实时观测的卫星遥感可以很好地体现出大范围水温的变化。

 

3.结论

海水温度是观察和研究海洋变化的一个重要因素,在不同的海区、不同的季节、不同的垂直层次呈现出不同的变化,同时受到天气、洋流、径流等因素的影响,其连续变化性呈现一定的规律,海水温度测定和研究对我们研究海洋物体、化学、生物、地理等方面都有具有非常实用的价值。在测量海水温度的技术选择上,应根据实际的业务、人员以及成本,根据不同的需求和现场环境,选择适合的测量仪器和技术来对海水温度进行观测、监测。

 

 

 

参考文献

 

[1]    GB 17378.4-2007 海水监测规范 第四部分:海水分析[S].

[2]    GB 3097-1997 海水水质标准[S].

[3]    水和废水监测分析方法(第四版) [M].

[4] 李冰.海水表面温度红外测量方法的研究[D].天津理工大,2010.

[5] 唐秋华,丁继胜,杨德海等.三维海水温度遥感信息模型研究[J].海洋科学进展,2004,22(z1):152-156. 



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