[實用新型]一種冰下上層海洋長期定點自動剖面綜合觀測網系統

有效

• 申請號: 201920079170.1
• 申請日: 2019-01-17
• 公開（公告）號: CN209089005U
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 劉貴杰;劉鑄劍;路懿平;王新寶
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學;青島森科特智能儀器有限公司
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04N7/18;G01C13/00
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 孫靜雅

本實用新型公開了一種冰下上層海洋長期定點自動剖面綜合觀測網系統，所述的系統包括兩個以上的水下子系統，所述的水下子系統包括固定于海底的錨定，雙并聯聲學釋放器單元與錨定頂部的鎖緊環相連接，絞車驅動及電能供給單元的底部通過線纜與雙并聯聲學釋放器單元相連接，頂部通過線纜與安裝在觀測儀器搭載單元底部的承重頭相連接，在觀測儀器搭載單元的頂部安裝衛星通訊天線，在絞車驅動及電能供給單元內安裝可以存儲觀測儀器搭載單元所發來觀測數據的存儲器。本實用新型所公開的冰下上層海洋長期定點自動剖面綜合觀測網系統，能夠實現對南極冰下上層海洋環境的有效監測。為極地海洋觀測與監測提供了一種安全可靠高質量的解決方案。

技術領域

本實用新型涉及南北極海洋環境剖面觀測系統領域，具體的說涉及該領域內的一種冰下上層（500米以潛）海洋長期定點自動剖面綜合觀測網系統。

背景技術

作為地球的冷源，南北兩極是全球氣候系統的重要組成部分，在氣候的形成和變化過程中起著重要的作用。作為全球大洋輸送帶的驅動器，極地海洋在其中扮演著最為重要的角色。在全球變暖的背景下，極地海洋成為更加引人注目的地方。北極海冰的加速減退，已經成為氣候的“北極放大”效應中最為突出和最具代表性的例子；而南極海冰的不減反增，又充分顯示出氣候變化的多樣性和復雜性。由于海冰和極夜等不利因素造成的現場考察困難，導致極地海洋在全球海洋中仍然是被了解最少的部分。因此，對極地海洋的觀測在全球氣候變化研究中日益受到重視。

現有的南北極冰下海洋環境觀測系統主要有：

（1）Argo浮標系統，即自沉浮式剖面探測浮標系統，專用于海洋次表層溫、鹽、深剖面測量。Argo浮標系統用于對海洋進行長期的漂流觀測，無法獲得同一點的常年觀測數據。Argo浮標系統由探測設備、傳感器、平臺終端以及搭載平臺構成。

（2）ITP系統是一種冰基拖拽式海洋剖面觀測系統，其組成部分包括置于海冰表面的浮筒、懸于浮筒下面的纜繩、纜繩底端的鎮重器以及由馬達驅動的沿纜繩上下運動的剖面測量器，剖面測量器中又包括測量裝置、控制器、驅動系統和電池。冰上單元固定在海冰上，下面與穿過冰洞由重塊拉直的包塑鋼纜相連接，載有觀測設備（主要是CTD）的浮體沿鋼纜上下移動，實現剖面觀測。ITP能夠測量垂直剖面的電導率、溫度、壓力、溶解氧、光合有效輻射和熒光葉綠素。

（3）海豹搭載CTD系統，將試驗檢測儀器綁定在海豹身體上，通過海豹的移徙活動來觀測所需要的各種參數。它極大地豐富了夏季以外的南大洋觀測數據，但是海豹的位置不定，數據的空間重復性不好，難以開展過程性的研究；此外受到儀器設備和衛星通訊成本的限制，海豹數據的垂向分辨率較差，精度也不高。

（4）如圖1所示，隋元杰等人提出了一種帶有水下探測中繼平臺的潛標系統設計方案，通過中間中繼控制倉來實現水面與水底的數據交換。

以上的觀測系統主要存在以下缺點：Argo浮標系統由于在水下不能進行GPS定位，無法確定觀測數據的地理位置，因此其水下觀測數據幾乎無法使用；ITP系統目前只能應用于北極的多年冰上，南極海冰多為當年冰，除了冬季以外，無法提供足夠堅實的海冰用于支持ITP；海豹搭載CTD系統受海豹位置的不確定性影響，觀測效果不佳，難以得到可靠的觀測結果；隋元杰等人的潛標系統設計方案中剖面觀測浮球與絞車采用水聲通信，傳輸速度慢、傳輸波特率低，無法適應冰下長期運行和包括視頻信號在內的數據大量快速傳輸的需求，沒有冰山探測和避障功能，仍不能用于冰下上層海洋自動剖面綜合觀測。

南極的海冰平均厚度只有1m左右，但是冰山較多，其水下部分常深達數百米，因此，南極海洋潛標多在300m以深。這樣，冰下海洋的上層（北極為50m，南極約為200m）成為常規潛標觀測的盲區。冬季，海冰幾乎完全覆蓋了極區海洋，水下設備無法升出海面進行衛星通訊，也使在中緯度海洋普遍使用的水下漂流浮標（如Argo浮標系統）失效。由于南極海冰絕大多數為當年冰，缺乏能夠承載ITP系統的多年冰，ITP系統尚不能在南極應用。因此，目前對南極冰下上層海洋的觀測還幾乎是一片空白。

實用新型內容