雷發(fā)美，商少平，賀志剛，戴 昊

(1.廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院，福建 廈門 361005；2.廈門大學(xué)水聲通信與海洋信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361005；3.廈門大學(xué)海洋觀測(cè)技術(shù)研發(fā)中心，福建 廈門 361005)

海洋覆蓋了地球表面積的70%以上，與人類生活息息相關(guān)，隨著全球氣候快速變化，研究海洋的重要性日益凸顯，對(duì)海洋經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)、海洋環(huán)境保護(hù)等具有非常重要的意義。溫鹽深剖面儀(Conductivity-Temperature-Depth profiler，CTD)是測(cè)量海洋物理特性的重要工具，它為海洋學(xué)家提供了不同深度(D)下精確的海水溫度(T)和鹽度(S)等參數(shù)，從而能夠更加準(zhǔn)確地揭示海洋的基本物理特性。

牛付震(2009)、張龍等(2017)歸納了國(guó)外CTD的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[1-2]。在CTD出現(xiàn)以前，海洋界使用顛倒溫度表和南森采水瓶獲得溫度和鹽度相對(duì)深度的分布。從上世紀(jì)60年代開(kāi)始，現(xiàn)場(chǎng)的電子式溫鹽深裝置作為基本的水文調(diào)查設(shè)備被推廣運(yùn)用。在數(shù)十年的發(fā)展過(guò)程中，美國(guó)的CTD測(cè)量技術(shù)一直走在世界前列，著名的CTD生產(chǎn)廠家有SeaBird(海鳥(niǎo)公司)、FSI、YSI等。日本的CTD產(chǎn)品與海洋調(diào)查緊密結(jié)合，致力于小型低功耗產(chǎn)品的研發(fā)，注重發(fā)展鏈?zhǔn)较盗魝鞲衅鳒y(cè)量技術(shù)。英國(guó)、意大利等歐洲國(guó)家也一直進(jìn)行CTD測(cè)量技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，意大利Idronaut公司研發(fā)的300系列CTD，采用大口徑七電極電導(dǎo)率(C)傳感器，傳感器性能得到明顯改善，并且采用A/D轉(zhuǎn)換電路代替了海鳥(niǎo)公司產(chǎn)品采用的振蕩器設(shè)計(jì)，在同類產(chǎn)品中具有較高的競(jìng)爭(zhēng)力。

于厚隆等(2000)總結(jié)了國(guó)內(nèi)溫鹽深設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)于1958年首次試制成功顛倒溫度計(jì)并投入應(yīng)用，而CTD測(cè)量技術(shù)的研究始于上世紀(jì)70年代，在上世紀(jì)80年代成功研制200、1 000、3 000 m CTD[3]。近年來(lái)，我國(guó)加大了自主研發(fā)海洋測(cè)量?jī)x器設(shè)備的力度，CTD測(cè)量技術(shù)發(fā)展迅速，已取得一定的成果[4]。相繼成功研制了船體固定式、拖曳式、拋棄式等多種CTD，但是仍存在自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)，數(shù)據(jù)采集速度較慢，集成化程度不高，智能化程度較低，儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定性不佳等技術(shù)短板[2]?；谀壳皣?guó)內(nèi)海洋儀器的現(xiàn)狀，為了對(duì)國(guó)產(chǎn)CTD的性能和實(shí)際使用情況有個(gè)量化的結(jié)果，本研究在我國(guó)南海東北部海域針對(duì)海洋技術(shù)領(lǐng)域研發(fā)的較為成熟、具備產(chǎn)品化條件的CTD開(kāi)展檢驗(yàn)與驗(yàn)證。

關(guān)于不同型號(hào)的CTD之間的比測(cè)，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行過(guò)大量的海試試驗(yàn)[4]。20世紀(jì)80年代，挪威科學(xué)家Gytre(1989)用小型CTD與Neil Brown CTD進(jìn)行了同架比測(cè)試驗(yàn)[5]。到20世紀(jì)90年代，加拿大Bedford海洋研究所Hendry(1992)對(duì)EG&G Mark V CTD、SBE 9 CTD、Guildline Instruments 8737 CTD和顛倒溫度計(jì)進(jìn)行了對(duì)比[6]。Alberola等(1996)和Mizuno等(1998)則把XCTD(Expendable Conductivity Temperature Depth)與CTD進(jìn)行了比測(cè)[7-8]。瑞典的海洋科學(xué)工作者Frankois等(2002)將意大利Idronaut公司OCEAN SEVEN 320 CTD與美國(guó)SeaBird公司的SBE 911 Plus CTD進(jìn)行了海上比測(cè)[9]。Uchida等(2007)則用SBE 9 Plus CTD來(lái)校正SBE 3 CTD[10]。在國(guó)內(nèi)，張兆英(2003)對(duì)國(guó)產(chǎn)高精度CTD和SBE 911 Plus CTD進(jìn)行了海上測(cè)試[11]。國(guó)家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心對(duì)國(guó)產(chǎn)SZC15-2 CTD與進(jìn)口SBE 25 CTD進(jìn)行了海上比測(cè)[4]。任強(qiáng)等(2016)則對(duì)3種型號(hào)的CTD(分別為CTD 37 Coastal、CTD 48和CTD 304 Plus)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月的數(shù)據(jù)對(duì)比[12]。以上海試試驗(yàn)的目的不完全相同，試驗(yàn)方法也有差異，數(shù)據(jù)處理步驟也有所不同，但大都采用平均誤差(或平均絕對(duì)誤差)和均方根誤差等進(jìn)行比較。

在前人對(duì)CTD比測(cè)做了大量研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況，本研究提出了符合本次海上試驗(yàn)及后期數(shù)據(jù)處理的方法。旨在提出一種規(guī)范化的CTD海上比測(cè)試驗(yàn)步驟及后期數(shù)據(jù)的處理方法，以便促進(jìn)國(guó)產(chǎn)技術(shù)成果的完善與固化，提高設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性和批量一致性，為國(guó)產(chǎn)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的規(guī)?；瘧?yīng)用和推廣提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 參與比測(cè)試驗(yàn)的CTD

參與比測(cè)試驗(yàn)的國(guó)產(chǎn)CTD由兩家單位提供，分別為甲單位和乙單位，兩家單位各提供4臺(tái)CTD，甲單位的CTD編號(hào)分別為1#、2#、3#、4#，乙單位CTD的編號(hào)分別為5#、6#、7#、8#。比測(cè)使用的標(biāo)準(zhǔn)CTD為美國(guó)海鳥(niǎo)公司的SBE 19 Plus CTD，該CTD試驗(yàn)前經(jīng)國(guó)家海洋計(jì)量站青島分站檢定合格。各CTD的具體指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗(yàn)所用CTD主要技術(shù)參數(shù)

注：“—”表示該設(shè)備未明確給出對(duì)應(yīng)的參數(shù)。

1.2 海上比測(cè)方法

試驗(yàn)從2013年8月3日開(kāi)始持續(xù)到8月10日，使用福建海洋研究所的延平2號(hào)科考船，比測(cè)地點(diǎn)在我國(guó)南海東北部海域，站位坐標(biāo)如表2所示。該海域海底地勢(shì)較為平坦，水深滿足試驗(yàn)要求，各站點(diǎn)水深均大于CTD檢定深度20%以上，確保儀器在試驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)觸底。

安裝CTD時(shí)，國(guó)產(chǎn)CTD和標(biāo)準(zhǔn)CTD采用同架捆綁的方式固定在不銹鋼金屬框架內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)CTD安置在中間，國(guó)產(chǎn)CTD按對(duì)角線方位固定，底端對(duì)齊，盡可能讓所有CTD的傳感器保持在同一水平面上，具體安裝方式見(jiàn)圖1?？蚣茼敹伺c船上鋼纜連接，通過(guò)鋼纜把整個(gè)框架吊入水中進(jìn)行測(cè)量。

表2 CTD比測(cè)站位

圖1 5臺(tái)CTD同步捆綁

進(jìn)行CTD下放測(cè)量時(shí)，海況應(yīng)該在3級(jí)以下，CTD入水后停留5 min左右，此時(shí)間段為感溫時(shí)間，若海況較高，則可以適當(dāng)加大儀器浸沒(méi)深度，確保該時(shí)間內(nèi)儀器均在海面以下，不會(huì)再次浮出水面。感溫結(jié)束后大約以0.7 m/s(延平2號(hào)絞車非空檔最大速度)的速度下放，隨著鋼纜的釋放，繞軸的半徑變小，CTD下放的速度逐漸變慢。下放過(guò)程中絞車可以固定角速度釋放，也可以在某些深度稍作停留，每暫停1次，在剖面數(shù)據(jù)上將會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)，這些拐點(diǎn)有助于數(shù)據(jù)的分析。下放過(guò)程中，實(shí)時(shí)注意絞車的計(jì)數(shù)器和測(cè)深儀的讀數(shù)，防止儀器觸底。鋼纜計(jì)數(shù)器達(dá)到預(yù)定深度時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鋼纜的傾斜角度和海底深度的情況，繼續(xù)下放適當(dāng)深度，讓儀器實(shí)際到達(dá)的深度與預(yù)計(jì)深度大致相同。到達(dá)預(yù)定深度之后，回收鋼纜，儀器出水，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，檢查數(shù)據(jù)狀態(tài)，若無(wú)異常，準(zhǔn)備下一次試驗(yàn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

由于本研究為第三方獨(dú)立開(kāi)展的適用性檢驗(yàn)試驗(yàn)，對(duì)CTD誤差造成的原因不做具體分析，僅對(duì)獲取的數(shù)據(jù)與約定的真值進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)實(shí)際需要，提出適合本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法：

1.3.1 真值 以檢定好的SBE 19 Plus CTD作為標(biāo)準(zhǔn)CTD，該CTD精度高，約定該測(cè)量值為真值。

1.3.2 質(zhì)控 所有CTD剖面數(shù)據(jù)由各單位自帶的軟件處理輸出后采用滾動(dòng)3倍標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行質(zhì)控，并對(duì)鹽度數(shù)據(jù)做平滑處理，處理完后保留整個(gè)連續(xù)的測(cè)量數(shù)據(jù)，下降和上升剖面暫時(shí)不進(jìn)行分割。

1.3.3 平均 若相互比較的兩臺(tái)CTD頻率不同，則把高頻平均成低頻。甲單位和標(biāo)準(zhǔn)CTD頻率一致，不做處理，乙單位頻率為1 Hz，標(biāo)準(zhǔn)CTD為4 Hz，因此把標(biāo)準(zhǔn)CTD數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，每4個(gè)數(shù)據(jù)取一個(gè)平均值，使兩者頻率一致。

1.3.4 對(duì)齊 海洋數(shù)據(jù)一般以深度或者時(shí)間為軸[5]，也有的采用拐點(diǎn)對(duì)齊進(jìn)行比測(cè)分析[4]。但本研究中，壓力(P)傳感器也是比測(cè)項(xiàng)目中的一項(xiàng)，也就是說(shuō)不知道壓力數(shù)據(jù)的誤差究竟有多少，甚至不能保證壓力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故不能用壓力(或深度)為比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)軸。若以時(shí)間為軸，則很難確定兩者同時(shí)開(kāi)始測(cè)量的時(shí)間點(diǎn)，強(qiáng)行按時(shí)間對(duì)齊可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)位。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，在比測(cè)過(guò)程中，不考慮架子的傾斜和各傳感器安裝的水平差異，各臺(tái)CTD的真實(shí)采樣深度是一樣的，不同CTD壓力探頭的變化趨勢(shì)一致，壓力數(shù)據(jù)的相關(guān)性應(yīng)該非常高，如果相關(guān)性差，那么這個(gè)比對(duì)就沒(méi)有意義[4]。因此只需要把各臺(tái)CTD壓力變化趨勢(shì)一致的數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)齊即可，可以采用劉玉周等(2003)使用的移相相關(guān)法[13]把數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)齊分析。

移相相關(guān)是指將采樣序列xi或yi的前面數(shù)據(jù)去掉部分，即采樣序列向左移位，從而改變初相使得兩者的相關(guān)性最高。對(duì)于本研究試驗(yàn)數(shù)據(jù)而言，就是選取標(biāo)準(zhǔn)CTD下行過(guò)程中表層下降或者底層上升的轉(zhuǎn)折點(diǎn)附近的一段壓力序列，然后在被測(cè)試CTD的壓力序列中找出與其相關(guān)性最高的一段數(shù)據(jù)序列，這樣就可以求出這兩臺(tái)CTD的相位差，一般來(lái)說(shuō)這個(gè)相位差即為整個(gè)壓力數(shù)據(jù)序列的相位差，扣除這個(gè)相位差即可對(duì)齊兩臺(tái)CTD的采樣數(shù)據(jù)，移相相關(guān)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。如果測(cè)量時(shí)在一個(gè)剖面中設(shè)置多個(gè)拐點(diǎn)(即測(cè)量時(shí)稍作停留或者略微向上提升)，則可以計(jì)算出多個(gè)相位差，正常情況下，這些相位差應(yīng)該相等，如果相位差不等，會(huì)出現(xiàn)遞增或者遞減的情況，表明這兩個(gè)數(shù)據(jù)序列的采樣頻率略有不同。例如，經(jīng)過(guò)移相相關(guān)對(duì)齊后發(fā)現(xiàn)甲單位的CTD頻率比標(biāo)準(zhǔn)CTD略高，這一點(diǎn)從甲單位CTD自身的時(shí)鐘記錄信息也可以證明，查看數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)甲單位的時(shí)間軸并非嚴(yán)格按1 s遞增，過(guò)一段時(shí)間就有部分時(shí)間會(huì)重復(fù)1次。采樣頻率的不同不會(huì)影響測(cè)量的真實(shí)性，但數(shù)據(jù)需要插值處理后才能與標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行比對(duì)。

1.3.5 精度計(jì)算 數(shù)據(jù)對(duì)齊后，去除感溫段和上行段的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)中所有剖面的CTD數(shù)據(jù)均正常，只需使用下行階段的數(shù)據(jù)，上行的數(shù)據(jù)作為備份使用。對(duì)CTD下行剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算公式分別如下：

圖2 2013年8月6日乙單位7#CTD在X2站壓力移相相關(guān)校準(zhǔn)前后對(duì)比

(1)

(2)

式(1、2)中：u為平均誤差，σ為均方根誤差。xi、yi為兩種觀測(cè)方式在同一深度的測(cè)量值，其單位由測(cè)量的量決定(壓力為Pa，溫度為℃，電導(dǎo)率為mS/cm)，xi表示參試儀器測(cè)量結(jié)果，yi為標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)量結(jié)果，n為樣本個(gè)數(shù)。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[14]，用均方根誤差來(lái)表示參試儀器的精度，呂國(guó)濤等(2009)也采用均方根誤差來(lái)表示精度[15]。

1.3.6 誤差傳播 由于標(biāo)準(zhǔn)CTD自身存在誤差，計(jì)算國(guó)產(chǎn)CTD精度時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用誤差傳播[14]定律扣除標(biāo)準(zhǔn)儀器的誤差。

2 結(jié)果與討論

2.1 數(shù)據(jù)獲取結(jié)果

由于甲、乙兩家CTD的最大測(cè)量深度不同，先進(jìn)行低量程800 m深度的測(cè)量。原本計(jì)劃在X1、X2、X3站位分別進(jìn)行2次CTD投放試驗(yàn)，但在X2站第二次測(cè)量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)CTD開(kāi)關(guān)未開(kāi)，該剖面無(wú)法進(jìn)行比對(duì)，在X3站時(shí)，由于天氣變化，海況不允許，第二次投放取消。在C1～C4站仍進(jìn)行800 m深度測(cè)量試驗(yàn)，但在C2～C4站換甲、乙單位的另外兩臺(tái)CTD，標(biāo)準(zhǔn)器不變。在C2站測(cè)量時(shí)，乙單位1臺(tái)CTD電池電量不足，沒(méi)有獲取數(shù)據(jù)，在C5站補(bǔ)做，保證甲、乙兩單位的每臺(tái)CTD至少有6個(gè)800 m剖面的數(shù)據(jù)可以用于對(duì)比。C5站補(bǔ)做完成后開(kāi)始乙單位1 500 m深度試驗(yàn)，從C5～C8站每個(gè)站位均做兩次，做完2個(gè)站位換另外2臺(tái)CTD，測(cè)量過(guò)程中各臺(tái)儀器沒(méi)有出現(xiàn)故障，每臺(tái)CTD均有4個(gè)1 500 m剖面的數(shù)據(jù)可以用于對(duì)比。試驗(yàn)具體測(cè)量情況見(jiàn)表3。

表3 CTD海上比測(cè)投放情況

續(xù)表3

X1站第一次測(cè)量的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3和圖4，圖3a和圖4a為溫度測(cè)量結(jié)果，和標(biāo)準(zhǔn)CTD相比，曲線幾乎完全吻合。圖3b和圖4b為壓力測(cè)量結(jié)果，曲線趨勢(shì)和各個(gè)拐點(diǎn)及逆壓現(xiàn)象基本一致，但乙單位的最大值相對(duì)比較小。圖3c和圖4c為電導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果，曲線吻合很好，相比之下，甲單位電導(dǎo)率曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線的吻合程度略微好于乙單位。圖3d和圖4d為鹽度測(cè)量結(jié)果，從圖3d可以看出，甲單位的曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線趨勢(shì)非常一致，但尖峰正好相反，原因不明，圖4d中乙單位的鹽度曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線總體趨勢(shì)一致，但細(xì)微之處存在一些偏差，改進(jìn)空間較大，但從其他站位的數(shù)據(jù)來(lái)看，有的CTD鹽度曲線吻合程度相當(dāng)好，說(shuō)明乙單位CTD之間的一致性有待改進(jìn)。限于篇幅，其余站位數(shù)據(jù)圖不一一給出。

圖3 2013年8月5日甲單位CTD與標(biāo)準(zhǔn)CTD在X1站第一次測(cè)量獲取的原始數(shù)據(jù)

圖4 2013年8月5日乙單位CTD與標(biāo)準(zhǔn)CTD在X1站第一次測(cè)量獲取的原始數(shù)據(jù)

2.2 誤差計(jì)算結(jié)果

對(duì)各組CTD的壓力、溫度、電導(dǎo)率、鹽度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，各項(xiàng)平均誤差、均方根誤差和最大誤差(m)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出，甲單位CTD的壓力平均誤差在-1～17 kPa之間，而乙單位CTD的壓力平均誤差均為負(fù)，800 m測(cè)量時(shí)，在-22～-6 kPa之間，1 500 m測(cè)量時(shí)，在-33～-17 kPa之間，隨著測(cè)量深度加大，平均誤差也在逐漸增加。甲單位的4臺(tái)CTD的溫度平均誤差比較一致，均在-0.02 ℃左右，乙單位的溫度平均誤差分布在-0.07～0.05 ℃之間，只有8#CTD在1 500 m測(cè)量時(shí)為負(fù)，其余均為正。甲單位電導(dǎo)率平均誤差也比較一致，均在0.01 mS/cm左右，乙單位的電導(dǎo)率平均誤差在0.00～0.07 mS/cm之間，除了7#CTD不同深度差別較大之外，其余3臺(tái)隨深度的變化較小。甲單位CTD鹽度的平均誤差均為0.02，乙單位CTD鹽度的平均誤差在-0.13～0.04之間，不同CTD之間差異較大。

表4 國(guó)產(chǎn)CTD誤差分析結(jié)果

從表4中最大誤差來(lái)看，甲單位CTD壓力的最大誤差總體上比乙單位?。粶囟鹊淖畲笳`差兩者相當(dāng)，但甲單位CTD的溫度最大誤差比真值小，而乙單位的比真值大；甲單位CTD電導(dǎo)率最大誤差總體比乙單位小，但甲單位CTD的鹽度最大誤差明顯比乙單位大，究其原因，是鹽度曲線上所有的尖峰方向恰好相反(圖3d)。

從表4中均方根誤差來(lái)看，甲單位CTD的壓力、溫度、電導(dǎo)率的均方根誤差的平均值分別為14 kPa、0.04 ℃、0.02 mS/cm，由于壓力精度采用的是滿量程的相對(duì)誤差，而乙單位4臺(tái)CTD滿量程平均值為7.94 MPa，因此將甲單位壓力均方根誤差轉(zhuǎn)換成相對(duì)值后為0.18% FS，乙單位各項(xiàng)均方根誤差分別為24 kPa(與甲單位一樣，轉(zhuǎn)換成相對(duì)值為0.22% FS)、0.05 ℃、0.05 mS/cm，而表1中比測(cè)用的標(biāo)準(zhǔn)CTD各項(xiàng)精度分別為0.1% FS、0.005 ℃、0.005 mS/cm。從三者均方根誤差可以看出，參試單位的儀器精度與標(biāo)準(zhǔn)儀器較為接近，特別是甲單位，因此必須考慮測(cè)量誤差之間的積累和傳播。根據(jù)誤差傳播定律，兩者之間的誤差為線性傳播，采用如下公式[14]進(jìn)行計(jì)算：

(3)

式(3)中：mz為合成誤差，m1為標(biāo)準(zhǔn)CTD精度，m2為國(guó)產(chǎn)CTD精度，三者單位一致。根據(jù)式(3)計(jì)算的國(guó)產(chǎn)CTD精度結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 國(guó)產(chǎn)CTD實(shí)測(cè)精度

2.2 討論

從以上各項(xiàng)精度的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，甲單位CTD的壓力、溫度、電導(dǎo)率實(shí)測(cè)精度分別為0.15% FS、0.04 ℃、0.02 mS/cm，與產(chǎn)品標(biāo)稱精度0.10% FS、0.01 ℃、0.01 mS/cm接近，但溫度偏差較大。乙單位CTD的壓力、溫度、電導(dǎo)率實(shí)測(cè)精度分別為0.20% FS、0.05 ℃、0.05 mS/cm，其中壓力的實(shí)測(cè)精度高于產(chǎn)品標(biāo)稱精度(標(biāo)稱精度為2% FS)，溫度和電導(dǎo)率的實(shí)測(cè)精度則與標(biāo)稱精度(分別為0.05 ℃和0.05 mS/cm)相當(dāng)。由于試驗(yàn)中的各CTD均未給出鹽度標(biāo)稱精度，因此不對(duì)鹽度精度進(jìn)行對(duì)比?？傮w上，兩家國(guó)產(chǎn)CTD各項(xiàng)實(shí)測(cè)精度基本上達(dá)到或接近自身產(chǎn)品指標(biāo)參數(shù)。

試驗(yàn)中，默認(rèn)各臺(tái)CTD壓力探頭的變化趨勢(shì)是一致的，且其余參數(shù)的測(cè)量與壓力同步進(jìn)行。數(shù)據(jù)分析時(shí)，既不能使用壓力(或深度)對(duì)齊，也不能采用時(shí)間對(duì)齊，因?yàn)椴粌H不能準(zhǔn)確對(duì)齊各臺(tái)CTD的起始時(shí)間，而且不同CTD采樣頻率可能不完全一樣，例如甲單位和標(biāo)準(zhǔn)CTD的產(chǎn)品說(shuō)明中采樣頻率均為4 Hz，但甲單位的實(shí)際頻率為4.006 791 Hz，若不處理，即使起點(diǎn)時(shí)刻對(duì)齊，后續(xù)的采樣時(shí)間也無(wú)法對(duì)齊。因此，本研究采用移相相關(guān)法來(lái)對(duì)齊不同CTD之間的原始數(shù)據(jù)，避免引入新的誤差，以便更加準(zhǔn)確的進(jìn)行后續(xù)誤差分析。從數(shù)據(jù)分析結(jié)果來(lái)看，移相相關(guān)法能有效的對(duì)齊不同CTD之間的數(shù)據(jù)，該方法也可以為其他海洋監(jiān)測(cè)儀器(例如XCTD、XBT、Glider等)的比測(cè)試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

3 結(jié)論

在本研究海試過(guò)程中，各參試儀器沒(méi)有出現(xiàn)機(jī)械和性能故障，獲取了相應(yīng)的剖面數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)完整真實(shí)有效。國(guó)產(chǎn)CTD獲取的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)CTD的數(shù)據(jù)曲線趨勢(shì)一致，線形基本吻合。甲單位CTD各項(xiàng)指標(biāo)精度高于乙單位，且甲單位不同CTD之間的一致性較好。兩家國(guó)產(chǎn)CTD各項(xiàng)實(shí)測(cè)精度基本上達(dá)到或接近產(chǎn)品標(biāo)稱精度，但與標(biāo)準(zhǔn)CTD相比，還有一定差距。由于不同單位CTD的產(chǎn)品標(biāo)稱精度不同，定位不同，因此，使用時(shí)可以有選擇地用于與其觀測(cè)精度指標(biāo)相匹配的觀測(cè)。本研究使用的移相相關(guān)法，能有效的對(duì)齊不同CTD之間的數(shù)據(jù)，避免使用壓力(深度)或時(shí)間對(duì)齊帶來(lái)的誤差，文中的海上比測(cè)方法和數(shù)據(jù)處理方法也可以為其他類似的海洋設(shè)備比測(cè)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

致謝：感謝延平2號(hào)科考船上所有船員的熱心幫助。