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海洋观测已呈现陆、海、空联合组网观测形式,这是海洋观测发展的必然趋势和未来走向。但我国在海洋水下观测能力方面极其薄弱,特别是与国际海洋发达国家相比存在较大差距,本文主要整理了国外水下观测网发展的有关政策、重点项目及技术装备,并对我国面临的海洋发展形势进行了分析,提出了我国海洋水下观测网发展战略建议,供有关管理人员和科研人员参考。

海浪周期在海洋工程设计中有着重要作用,而不同的海洋工程设施在设计时所选用的周期参数也不同,因此不同周期间的换算关系也就显得尤为重要。本文利用南海北部油气田区1 a的实测海浪周期数据,研究了其谱峰周期、有效周期、跨零周期和最大波高周期等的相互关系,并与相关规范和文献研究结果进行对比,给出了南海海浪周期间的关系式,从而为海洋工程设计提供了支持,也为南海海浪周期关系研究提供了参考。

以长兴组台地边缘礁滩储层发育认知为指导,将三维与二维地震资料相结合,开展台洼边缘礁滩与台地边缘礁滩的沉积背景、发育模式、古地貌的综合对比研究,对四川盆地中部蓬溪-武胜台洼边缘礁滩发育演化特征进行分析,提出了四川盆地东南部泰来、永兴场及义和地区3种台洼边缘礁滩发育模式。受开江-梁平陆棚、峨眉地裂运动以及微古地貌影响,泰来地区以台洼边缘礁滩沉积为主,永兴场地区沉积低能生屑滩,义和地区发育成排生物礁带及点礁。从长兴期整个四川盆地沉积格局分析,蓬溪-武胜台洼边缘礁滩与开江-梁平陆棚边缘礁滩整体沉积格局相似,但台洼边缘生物礁滩纵向发育规模偏小,横向分布面积广泛。

通过表面观察及电化学方法研究X80钢在含有SRB的海水溶液中阴极保护准则的适用性,测试结果表明:腐蚀控制因素为阳极控制,对金属施加阴极极化第5天降低金属腐蚀速度主要通过增大金属表面SRB的附着电阻和电荷转移电阻实现;而施加阴极极化第10天,阴极保护主要通过改变金属表面电荷转移电阻控制腐蚀速度,且阴极极化电位越大控制效果越好。无阴级保护的金属试样腐蚀产物较多且附着力差,施加阴极保护的金属试样腐蚀产物较少且附着力较强。阴极保护的确能对存在SRB的海水溶液环境中X80钢起到阴极极化作用,但极化5 d时传统的阴极保护准则中-850 mV_CSE(即-770 mV_SCE)电位未达到85%的保护要求,-950 mV_CSE(即-870 mV_SCE)电位刚刚能满足保护要求;而极化10 d时2种极化电位下保护度都有所下降且都不能满足保护要求,因此还需要进一步实验确定其合适的阴极保护电位。

收集7个时期的历史图件或卫星遥感影像,运用RS和GIS技术,进行信息提取和实测岸线数据验证,获取各时期浙江大陆海岸线矢量,统计分析结果显示:(1)浙江大陆海岸线总体上表现为海岸线位置外推加快,平直的人工岸线不断取代曲折的自然岸线,部分近岸岛屿并入大陆,海岸线长度明显缩短,百年来人工岸线所占比例由48.01%上升至67.46%。(2)人工岸线和围垦面积变化规律总体呈现出3个明显阶段:1913—1970年自耕农时代高滩围垦阶段,人工岸线长度增加288.78 km,围垦面积仅增593.35 km²;1970—1995年集体农业时代联围堵港阶段,围垦面积快速增加,人工岸线长度反而减少;1995—2014年工业与城镇化建设围垦阶段,人工岸线长度增加116.66 km,而围垦面积剧增1 053.00 km²。(3)河口区大陆海岸线全线平移外推,海岸线长度则有增有减,1913年以来浙江主要河口区围填海面积达1 914.85 km²,占全省围填海面积的76.79%。(4)海湾区大陆海岸线变化以截弯取直为特点,岸线总长度持续减少,百年来三大港湾围填海面积达429.32 km²,占全省的17.22%。

海岸人工地貌建设是沿海国家开发利用海岸带资源的重要方式,海岸人工岸线的形成改变了自然岸线的格局,并影响着岸线的自然演替规律。基于1990,2000和2010年3期TM遥感影像,提取不同时相的浙江省大陆海岸线信息,对浙江大陆海岸线类型构成及人工岸线建设对岸线格局的影响进行了分析。结果表明:(1)受人类开发活动的影响,近20 a来浙江大陆海岸格局以人工岸线不断增长为特征;(2)不同岸段的人工岸线增长速度有明显差异,以杭州湾、三门湾及台州湾沿岸岸线变化最为显著;(3)20 a间,浙江大陆岸线整体向海推进趋势明显,仅少数岸线发生了海岸蚀退;(4)人工岸线的建设通过对自然岸线的截弯取直,缩短了自然岸线的长度,降低了自然岸线的曲折度,却使浙江省大陆海岸线的多样性指数不断增加。

琼州海峡白沙门海滩是海口市重要旅游资源,历史研究表明自20世纪60年代以来其一直处于侵蚀退化状态。本文选取1994—2015年的19景Landsat遥感影像提取白沙门海滩水边线并计算海滩坡度,分析海滩冲淤,结果表明:1994—2008年海滩处于冲刷状态,高潮位的水边线平均向岸回退了104.71 m, 低潮位的水边线平均向岸回退了95.49 m,但是2000年附近时段的人工补沙弥补了海滩侵蚀退化;2008—2015年海滩转为淤积状态,高潮位的水边线平均向海前进了34.17 m,低潮位的水边线平均向海前进了25.52 m,海滩淤积可能是海滩东侧的新埠岛围填海工程造成的。

水深反演对于浅海地形调查、海岸带保护和开发具有重要的意义。本文选取南海东锣岛海域为研究区,采用SPOT-6 6 m高分辨率数据,基于SPOT-6多光谱数据和水深实测值分别建立蓝-绿、蓝-红等6个波段比值模型。结果显示,绿-红波段的比值模型精度最高,R²值达到0.706 4,这对于反演热带海洋地区水深具有一定借鉴意义。基于该模型的反演结果对不同水深范围内的平均相对误差进行比较,结果表明:0~5 m水深范围反演误差较高,主要由于该范围水体情况较复杂,5～10 m 水深范围内平均相对误差最小为13.62%,而随着水深的增加,反演的误差增大,分析误差的主要来源是海水中的悬浮颗粒物、黄色物质、叶绿素质量浓度等方面的影响。

海底管道阻流板(Spoiler)自沉埋技术是一种新型管道自埋技术,为深入了解其作用机制及其效果,本文通过分析安装有阻流板的杭州湾海底管道历年检测资料,结合管道附近海域海床、潮流动力特性,深入探讨了阻流板装置在实际工程中的运行效果,分析了其作用机制及其适用条件。研究发现安装阻流板装置的杭州湾海底管道在往复潮流作用下逐渐埋入海床,其埋入段长度由2005年的50%增加到2013年的80%以上,而且平均埋入深度超过2.6 m,自埋效果较好;而在管道路由与海流平行段或管道敷设于抗冲刷强海床上时,阻流板作用不能有效发挥,管道仍然呈现裸露状态。

为了最终实现对海洋中尺度涡流(简称中尺度涡)的自动采样,首先应该发展中尺度涡动态特征识别技术。本文基于SLA(Sea Level Anomaly)数据,实现了对中尺度涡动态特征的检测算法。主要内容是制定了一个判别相邻两组SLA数据中的涡流,是否为同一涡流子在不同时刻的状态的标准,即判别下一时刻SLA数据中是否存在涡流是由上一时刻确定的被检测涡流演化而来的。通过确定这种进化关系,可以得到被检测涡流的一系列动态状态信息,例如:面积变化速率、中心移动情况以及其他情况。本算法的计算量不大,从而可以应用到实时涡流跟踪的环境中。值得注意的是,本文中的算法不仅仅局限于应用SLA数据,SSH(Sea Surface Height)等大部分反映海洋高度的数据也可以使用。

海洋站业务化观测仪器是业务化海洋观测系统的重要实体支撑。将我国海洋站中典型的国产业务化测量仪器与美国同类仪器在性能指标方面进行了对比分析,结合世界前沿海洋仪器发展现状总结了未来主要发展趋势,探讨了我国业务化海洋仪器优先发展的主要方向。结果表明,相比美国,我国国产验潮仪精度低1个数量级,测波仪的波高、周期和波向精度分别平均低0.2 m、0.27 s和5°~10°,国产观测仪器在业务运行可靠性和稳定性方面存在不足。世界海洋观测装备将更加信息化、智能化、专业化和模块化,并通过谱系化发展使其功能日臻完善,可靠性不断提高。在此趋势下,我国业务化海洋观测仪器应优先重点发展高精度传感原件和材料、抗生物污损和防腐蚀技术以及智能电子电路、人工智能和自动化技术等。

超短基线定位系统可以为水下调查设备提供精确的定位信息,是当今海洋探测工作必不可少的装备。超短基线定位系统的定位结果包含了多种来源的误差影响,对超短基线定位数据进行有效的处理是保证水下精确定位的前提。本文通过对超短基线基阵进行校准,并对其定位精度进行精度评估,对海上应用采集到的数据进行处理分析,对原始数据中出现的跳点进行剔除、滤波处理,得到较可靠的水下定位结果。

为了适应我国近海海洋环境监测快速、多要素的现场监测需求,研制了一套船载水样自动采集系统,系统控制方式简单灵活,具有全自动、半自动和手动三种控制模式。该系统由采水泵、复合采水缆、电动绞车、电控柜、储水罐等硬件和控制软件组成。在软件的控制下,绞车、采水泵等执行元件可自动开启和关闭,自动完成同一地点不同深度的多层水样采集。与传统人工采水方式相比,可大大减轻实验人员的劳动强度,减小水样采集的深度误差。渤海和东海大量的海上试验证明该系统性能稳定,能够适用于营养盐分析仪对水样的要求。

针对混响环境非自由声场中声源测量的问题,本文以消声水池和混响水槽为实验环境,以换能器辐射的声场为研究对象,以水听器阵列为测量前端,进行了混响环境非自由声场中声源对象的测量、分析和重构的实验研究。通过单层水听器阵列对非自由声场进行声压分布测量,并对测量结果作声波分离处理,将分离前后的声压分布和在消声水池中测量的声压分布进行比较,给出了声源频率为5 000 Hz和7 000 Hz时,声场重构的误差分析结果。结果表明,基于单层水听器阵列声压测量的声波分离方法,能够较精确地对混响环境中的声场进行重构。