胡 波，李 暉，張 川

（1.國(guó)家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心，天津 300112；2.國(guó)家海洋技術(shù)中心，天津 300112）

UCTD海上比測(cè)方法探討

胡 波1，李 暉2，張 川1

（1.國(guó)家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心，天津 300112；2.國(guó)家海洋技術(shù)中心，天津 300112）

在海洋勘測(cè)工作中，對(duì)于海洋動(dòng)力學(xué)參量——電導(dǎo)率、溫度、深度的測(cè)量是最為基礎(chǔ)和重要的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。拖曳式溫鹽深剖面測(cè)量系統(tǒng)（Underway Conductivity Temperature Depth Measure System，簡(jiǎn)稱UCTD）是最新發(fā)展起來的一種高技術(shù)走航CTD剖面測(cè)量裝置。文中介紹了UCTD海上定點(diǎn)比測(cè)試驗(yàn)，通過分析比測(cè)試驗(yàn)的結(jié)果，驗(yàn)證了此儀器各參量的測(cè)量性能，并分析造成各設(shè)備測(cè)量差別的原因，為此類儀器的研制及校準(zhǔn)工作提供了參考依據(jù)。

UCTD；定點(diǎn)比測(cè)；數(shù)據(jù)處理

我國(guó)擁有18 000 km海岸線，300多萬km2管轄海域。近年來，海洋觀測(cè)和監(jiān)測(cè)越來越被人們所重視，而我們的觀測(cè)和監(jiān)測(cè)儀器還主要依賴于進(jìn)口。為改變這種現(xiàn)狀，國(guó)家863項(xiàng)目重點(diǎn)扶持了一批國(guó)產(chǎn)的海洋觀測(cè)、監(jiān)測(cè)儀器的研制項(xiàng)目。為了驗(yàn)證這些儀器在海洋環(huán)境中運(yùn)行的可靠性及測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比測(cè)[1]是最為有效的檢驗(yàn)方法。

溫度、鹽度（電導(dǎo)率）、深度是海洋動(dòng)力學(xué)中最重要的3個(gè)參量，對(duì)這些基本海水性質(zhì)參量的分布規(guī)律及變化的描述與分析，在物理海洋及海洋地質(zhì)、化學(xué)、生物等各個(gè)學(xué)科的研究中，都有著舉足輕重的地位[2]。拖曳式溫鹽深剖面測(cè)量系統(tǒng)（Underway Conductivity Temperature Depth Measure System，簡(jiǎn)稱UCTD）是目前最新發(fā)展起來的一種高技術(shù)走航CTD剖面測(cè)量裝置，可給出高密度的海水溫度、電導(dǎo)率剖面數(shù)據(jù)，用于描述海洋水體的精細(xì)溫鹽結(jié)構(gòu)及其時(shí)空特征和規(guī)律。按照CTD測(cè)量裝置所在載體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同可分為兩種測(cè)量方式：船舶定點(diǎn)測(cè)量和走航測(cè)量。UCTD的探頭體積小、重量輕，利用安裝在船上的輕便專用絞車進(jìn)行投放和回收，可在船只航行過程中快速、大范圍地完成CTD剖面測(cè)量，回收后可重復(fù)使用，具有突出的高效、低成本的特點(diǎn)和推廣應(yīng)用價(jià)值，受到海洋學(xué)家和海洋工作者及軍方的高度關(guān)注和重視。UCTD剖面測(cè)量系統(tǒng)組成如圖1所示。

本文中介紹了對(duì)于國(guó)產(chǎn)研制的UCTD的比測(cè)方法，采用定點(diǎn)比測(cè)的形式對(duì)儀器各參量的性能進(jìn)行考察，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析比較，得出結(jié)論。

1 比測(cè)方法

所謂比測(cè)，是指在規(guī)定條件下，對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同種計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具之間的量值進(jìn)行的比較。用作比測(cè)的計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具必須經(jīng)計(jì)量檢定確認(rèn)合格，同時(shí)還應(yīng)按照經(jīng)合法程序認(rèn)定的 “比測(cè)方法”進(jìn)行。所謂現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)或現(xiàn)場(chǎng)比測(cè)，則是在測(cè)量?jī)x器或測(cè)量系統(tǒng)的使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的校準(zhǔn)或比測(cè)。

針對(duì)UCTD的特點(diǎn)，最理想的比測(cè)方法是被測(cè)儀器與參比儀器工作環(huán)境、條件完全一致，但由于實(shí)際工作中的限制，無法達(dá)到此理想狀態(tài)，具體分析如下：

思路1：該儀器為走航式測(cè)量?jī)x器，能否找到一種儀器固定在UCTD探頭上同時(shí)進(jìn)行拖曳測(cè)量，進(jìn)行比測(cè)？理論上可行，然而如果固定別的設(shè)備到UCTD探頭上，其流線型設(shè)計(jì)和自身的性能肯定會(huì)受到影響，此方法無法保證UCTD測(cè)量的準(zhǔn)確性。

思路2：可否在走航過程中用兩條線纜分別拖曳兩個(gè)儀器?答案也是否定的，由于海流和海浪的作用，兩條線纜很容易紐結(jié)在一起，造成回收過程中海洋儀器的丟失。

思路3：既然不能在走航過程中比測(cè)，還可以考慮停航時(shí)的定點(diǎn)比測(cè)。在UCTD下放和回收時(shí)分別做定點(diǎn)比測(cè)，無論是被測(cè)的UCTD還是作為參比的高精度CTD，在這兩個(gè)定點(diǎn)的數(shù)據(jù)都是可靠的。

圖 1 UCTD剖面測(cè)量系統(tǒng)組成

按照思路3的比測(cè)過程，具體操作為：在停航情況下，先投放UCTD，然后下放高精度的其它類型的CTD，比較兩者下降過程中的數(shù)據(jù)；或者先下放高精度CTD，回收完成后迅速下放UCTD，比較CTD上升過程和UCTD下降過程的數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)處理方法

將CTD的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為按照壓力1 db變化的形式，再利用差值法將UCTD數(shù)據(jù)也做同樣形式的轉(zhuǎn)換，然后比較兩者同一壓力下的溫度、電導(dǎo)率和鹽度數(shù)據(jù)，求其相關(guān)系數(shù)、誤差和標(biāo)準(zhǔn)差等。

本文以國(guó)家海洋技術(shù)中心研制的UCTD和美國(guó)海鳥公司生產(chǎn)的SBE911plusCTD為例，進(jìn)行說明。UCTD和SBE911plusCTD的技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表1。

取兩者在一個(gè)3 000 m水深的站位的數(shù)據(jù)進(jìn)行比測(cè)，以SBE911plusCTD的數(shù)值為約定真值，然后比較UCTD與它在同一壓力下的溫度、電導(dǎo)率和鹽度誤差，比較各項(xiàng)參數(shù)隨壓力變化的趨勢(shì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2，變化曲線如圖2所示：

圖2 比較UCTD與SBE911plus CTD各項(xiàng)參數(shù)隨壓力變化的趨勢(shì)曲線

表1 UCTD和SBE911plusCTD技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

3 結(jié)論

通過表2和圖2的曲線分析可知：溫度、電導(dǎo)率和鹽度數(shù)據(jù)存在較好的一致性，如相關(guān)系數(shù)都在0.99以上，但溫度、電導(dǎo)率和鹽度在淺水區(qū)和躍層存在較大的誤差。當(dāng)然該結(jié)果也與海況有很大關(guān)系。通過定點(diǎn)比測(cè)試驗(yàn)為此類儀器的研制及校準(zhǔn)工作提供了參考依據(jù)。

表2 D3000_2站位比測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

[1]趙維三,李希玲.海洋監(jiān)測(cè)儀器的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)和比測(cè)[J].氣象水文海洋儀器,2004,(1):52-54.

[2]袁志偉,趙忠生,郭心順.溫鹽深剖面儀技術(shù)改造研究[J].海洋技術(shù),2009,28(4):11-13.

[3]馮士筰，李鳳岐，等.海洋科學(xué)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，1999.

Abstract：The conductivity,temperature and depth is the most fundamental and important measurement elements for marine monitoring and investigation.The UCTD (Underway Conductivity-Temperature-Depth)is a new ships sailing upper ocean temperature and salinity section survey device.The UCTD prototype in-situ comparison test is introduced.The analysis result verified the measurement performance of UCTD.The measurement errors are analyzed to provide a reference for the following work.

Key words：UCTD;in-situ comparison test；data processing

Comparison Test Method of Underway Conductivity-Temperature-Depth Measure System in the Ocean

HU Bo1,LI Hui2,ZHANG Chuan1
（1.National Center of Ocean Standard and Metrology,Tianjin 300112,China;2.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China）

P716

B

1003-2029（2011）01-0041-03

2010-05-28

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展（863）計(jì)劃——海洋動(dòng)力參量拖曳式剖面測(cè)量系統(tǒng)（UCTD）技術(shù)研究資助項(xiàng)目（2006AA09A307-02）