謝 勇

（四川電力設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610095）

1 概述

水溫在火電廠供水設(shè)計(jì)與發(fā)電運(yùn)行中影響到煤耗與發(fā)電效率，在水溫排水冷卻散熱計(jì)算中是一個(gè)重要的基本參數(shù)。然而在國(guó)外濱?；痣姀S投標(biāo)、設(shè)計(jì)過(guò)程中，特別是非洲、東南亞等發(fā)展中國(guó)家或地區(qū)，工程點(diǎn)附近常常沒(méi)有海洋水溫觀測(cè)站，無(wú)法精確獲得滿足設(shè)計(jì)要求的水溫特征值。面對(duì)這一問(wèn)題，本研究初步探討了如何獲取設(shè)計(jì)海水溫度數(shù)據(jù)的分析方法。

2 海水溫度數(shù)據(jù)獲取方法

2.1 實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)法

當(dāng)工程點(diǎn)有水溫觀測(cè)站且水溫資料系列在5年以上時(shí)，可直接統(tǒng)計(jì)計(jì)算有關(guān)設(shè)計(jì)水溫特征值：如累年逐月水溫、平均水溫、最近5 年水溫最高3個(gè)月累計(jì)頻率10%的日平均水溫，水溫垂向分布的變化規(guī)律等。此種情況較理想，實(shí)際工程中，工程點(diǎn)水溫觀測(cè)系列一般不足5 年，甚至完全沒(méi)有水溫觀測(cè)資料。

2.2 相關(guān)分析法

當(dāng)水溫資料系列不足5 年時(shí)，可與鄰近站的長(zhǎng)期水溫系列建立相關(guān)關(guān)系，還可按濱海、河口漲落潮流特征建立觀測(cè)站水溫與氣溫等影響因素間的相關(guān)關(guān)系，從而對(duì)觀測(cè)站水溫系列進(jìn)行插補(bǔ)延長(zhǎng)。

當(dāng)工程點(diǎn)或鄰近地區(qū)無(wú)水溫資料時(shí)，應(yīng)設(shè)站進(jìn)行一年或三個(gè)熱季以上的水溫觀測(cè)，并同時(shí)觀測(cè)有關(guān)輔助氣象參數(shù)；分析水溫空間變化規(guī)律時(shí)，還需完成不同潮型漲落潮流的多點(diǎn)全潮逐時(shí)連續(xù)水溫觀測(cè)。并收集鄰近氣象站的長(zhǎng)期氣溫資料系列，建立相關(guān)關(guān)系進(jìn)行水溫系列的插補(bǔ)延長(zhǎng)。最高水溫滯后于最高氣溫的特征在海域中最明顯，可按其具體情況分別建立年值或月值相關(guān)，資料較少時(shí)可建立年月值混合相關(guān)。一般情況下，在天氣晴朗之時(shí)，表層水溫的日變化與氣溫的日變化趨勢(shì)一致；但如果天氣突然變化時(shí)，氣溫變化往往較大，而水溫卻變化較小，如圖1 所示。

圖1 某海灣地區(qū)一日表層水溫、氣溫、潮位變化過(guò)程線

由于地理氣候差異較大，有些鄰近氣象觀測(cè)站長(zhǎng)系列氣溫資料或鄰近海洋觀測(cè)站長(zhǎng)系列水溫資料與工程點(diǎn)短期水溫資料系列的相關(guān)性較差時(shí)，對(duì)水溫系列的插補(bǔ)延長(zhǎng)精度不能滿足工程設(shè)計(jì)要求。而運(yùn)用遙感影像解譯，獲取海水溫度資料，作為一種新手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海洋表面水溫分布研究、電站溫排水監(jiān)測(cè)、海洋環(huán)境研究等。

2.3 遙感影像解譯法

國(guó)外遙感事業(yè)發(fā)展較早，20 世紀(jì)60 年代美國(guó)已開(kāi)始了航空遙感的發(fā)展，自70 年代以來(lái)的熱紅外探測(cè)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，至今熱紅外傳感器發(fā)展已相對(duì)成熟，NOAA-AVHRR、MODIS 等遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用廣泛，并已形成了相應(yīng)的遙感水溫產(chǎn)品。我國(guó)從20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始遙感技術(shù)與應(yīng)用方面的研究，成功研制航空熱紅外遙感儀器后，將其裝載在我國(guó)發(fā)射的氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星和資源衛(wèi)星等系列衛(wèi)星上，使我國(guó)的遙感技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用和快速發(fā)展，也在海水溫度監(jiān)測(cè)應(yīng)用上發(fā)揮了重要作用。

海水溫度的反演，就是指從衛(wèi)星傳感器量化的圖像數(shù)據(jù)中獲得定量海水溫度的數(shù)學(xué)物理方法，其主要問(wèn)題在于通過(guò)消除信息傳輸過(guò)程中大氣輻射的影響，建立從圖像灰度值到海水溫度值的反演計(jì)算模型。用于海水溫度反演的方法，主要有單通道法、多通道法、多時(shí)相法等。使用遙感數(shù)據(jù)作為研究海水溫度反演的數(shù)據(jù)，主要包括MODIS 數(shù)據(jù)、HJ-1A/1B CCD/IRS 數(shù)據(jù)、Landsat ETM+數(shù)據(jù)等[1]。

表1 研究海水溫度常用遙感數(shù)據(jù)

3 工程應(yīng)用

3.1 實(shí)例分析

某濱海電廠位于印度洋西海岸，工程點(diǎn)附近無(wú)水溫觀測(cè)站，前期設(shè)計(jì)階段開(kāi)展了工程海域全潮水文觀測(cè)工作、取排水口海域一年期水溫觀測(cè)資料，同時(shí)收集了工程點(diǎn)附近岸上氣象站的同期氣溫資料。但進(jìn)行同期水溫與氣溫相關(guān)性分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，日平均溫度、最高溫度、最低溫度的相關(guān)系數(shù)均小于0.75，且實(shí)測(cè)系列較短，不宜進(jìn)行月值、年值相關(guān)分析。從一個(gè)大潮和一個(gè)小潮的逐時(shí)連續(xù)分層水溫觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，水溫垂向變化較小，水深20m 范圍內(nèi)，表層、中層和底層水溫變化不超過(guò)0.2℃，平均差值小于0.1℃。該擬建電廠取水口布置水深小于10m，故認(rèn)為表層水溫可以代表垂線平均水溫。如圖2 所示。

圖2 某海灣地區(qū)日平均水溫與氣溫線性相關(guān)圖

由于工程點(diǎn)無(wú)長(zhǎng)系列水溫觀測(cè)資料，也不宜根據(jù)氣溫相關(guān)分析對(duì)短期水溫資料進(jìn)行展延，嘗試應(yīng)用MODIS 遙感數(shù)據(jù)解譯獲取工程海域的海水表面溫度SST。而且，國(guó)內(nèi)已有相關(guān)研究，鄭嘉涂等[2]用分裂窗算法進(jìn)行MODIS 熱紅外數(shù)據(jù)的海表溫度反演，將之與實(shí)測(cè)海表溫度進(jìn)行對(duì)比，得到反演精度的相對(duì)誤差約為1.0%。本研究選取了實(shí)測(cè)水溫期間的MODIS 遙感SST，通過(guò)分析比較，MODIS 數(shù)據(jù)與同期實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)的月平均水溫差值在0～0.4℃，均差-0.1℃，平均相對(duì)誤差小于1%。以上對(duì)比分析表明，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)作為輔助手段，對(duì)于分析該濱海電廠工程海域的平均水溫有一定的參考價(jià)值，見(jiàn)表2。

表2 工程海域modis 數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)SST 比較

3.2 各種方法比較

綜合以上各種設(shè)計(jì)海水溫度的分析方法，可以概述為，實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)法是根本，相關(guān)分析法是補(bǔ)充，遙感影像解譯法是輔助，但所有的技術(shù)手段和方法都需要實(shí)測(cè)資料來(lái)驗(yàn)證，判斷誤差是否在工程設(shè)計(jì)允許誤差范圍內(nèi)，見(jiàn)表3。

表3 設(shè)計(jì)水溫的分析方法比較

由于濱?；痣姀S取排水口海域面積小，設(shè)計(jì)水溫需根據(jù)長(zhǎng)期連續(xù)觀測(cè)資料分析統(tǒng)計(jì)，需高或者超高時(shí)空分辨率的遙感數(shù)據(jù)方可滿足要求。而目前常用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)重訪時(shí)間多在1d 以上，熱紅外波段的空間分辨率可達(dá)到60m；航空遙感監(jiān)測(cè)可人工設(shè)置飛行方案，空間分辨率較高，但成本高。并且遙感數(shù)據(jù)的收集、后期處理、水溫解譯等工作量巨大，能否僅依靠有限的時(shí)空分辨率衛(wèi)星遙感資料和產(chǎn)品，及當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)系列氣溫、短期實(shí)測(cè)水溫等資料，比較準(zhǔn)確的推求設(shè)計(jì)水溫特征值的方法還有待進(jìn)一步研究[3-4]。

4 結(jié)論

本文初步探討了獲取濱?；痣姀S設(shè)計(jì)水溫?cái)?shù)據(jù)的3 種方法，實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)法是根本，相關(guān)分析法是補(bǔ)充，遙感影像解譯法是輔助。實(shí)際工程應(yīng)用中，建議采用多種方法來(lái)分析設(shè)計(jì)水溫。衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)作為輔助手段，對(duì)濱?；痣姀S設(shè)計(jì)水溫取值有一定的參考價(jià)值。