基于沿海声层析的人工上升流区水平流速场和温度场观测
发布时间：2022-01-10 03:38
当前海洋生态环境遭受严重破坏,人工上升流能够有效改善海洋生态环境,对缓解全球变暖和减少海洋自然灾害都具有重要作用。但目前还缺少对人工上升流区流速和温度的长时间序列观测的方法。现有的观测方法存在观测数据有限、观测网络结构复杂等问题,无法实现小范围海域的长时间观测。沿海声层析技术能够运用较少的仪器开展长时间观测,且不受近岸繁忙的航运活动和渔业捕捞活动的限制。本文提出了使用沿海声层析的方法对人工上升流区开展长时间序列观测,能够有效弥补人工上升流区流速场和温度场长期观测的不足,为在人工上升流等小范围海域实现长期流速场和温度场的观测发挥重要作用。对此,本文进行了理论分析、数值模拟和实验观测等方面的研究。首先,本文介绍了人工上升流海洋环境中的声传播模式,运用Bellhop海洋声学传播模型模拟了人工上升流区的声线和声信号传播损失,针对人工上升流区使用沿海声层析方法观测水平流速场和温度场理论方法的研究,对人工上升流温度场进行了数值模拟,讨论了不同测站数量以及位置分布方式对于反演温度场的影响。然后,在理论研究的基础上,在浙江大学水声馆的消声水池开展了为期28天的人工上升流观测实验,分析了站位数量和位置分...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?１９９１年美国移动船声层析试验站点布设卽１６１??
图１．６关门海峡声层析实验ＣＡＴ测流结果与ＡＤＣＰ观测结果比较算法上，Ｊａｅ－ＨｕｎＰａｒｋ和ＡｒａｔａＫａｎｅｋｏ采用二维祸旋模型，的声传播，重建了不同观测条件下的流场［４２，４３］。反演进行分为矩形网格，引入流函数再对其展开成截断傅里叶级数解未知数。利用Ｌ曲线的方法求得最佳的权重因子，使得期标函数最小的情况下取得最优解，来提升反演精度｜４４１。??７??
相继获得了国家的资助并开始进行ＣＡＴ相关的研究工作。国家海洋局第二海洋??研究所于２００７年引进了?７套国外产的沿海声层析系统，在我国的舟山海域开展??了?ＣＡＴ观测实验，ＣＡＴ结果与走航ＡＤＣＰ结果基本吻合，如图１－７所示１＃，验??证了沿海流场声层析的可行性。??１２－ＪＵＩ－２００９?１５：４５：００??｜＿Ｊ??Ｌｕｏｔｏｕ?々?＞?＼??Ｃｈａｎｎｅｌ?、Ｈ?＇厂）＼丨、??鄉?、、》、ｙ、：、?、—?Ｌａｏｓｈｕｒｒ＾ｎ??Ｎｋ?＾?＼?ｖ?＾?＾?＾?Ｃｈａｎｎｅｊ＊??彳潘Ｖ鲁Ｊｌ??ｉｍ／ｓ?ｊ?Ｑｉｎｇｚｉｍｅｎ?Ｃｈａｎｎｅｌ??２９°５１Ｎ－?—＞?Ｆｏｄｕ?Ｃｈａｎｎｅｌ?＾?４０?＂??１２２°０６＇Ｅ?１２２°０９＊Ｅ?１２２°１２＊Ｅ?１２２Ｍ５Ｅ?１２２°１８Ｅ??图１．７沿海声层析（实线）与走航ＡＤＣＰ结果（点线）对比图｜４６］??这些声层析研究大都是针对流速层析而进行的，而温度的层析一般需要精确??测量双向声传播时间，因为对时钟精度的要求极高，只有极少数的温度层析实验??开展。在利用沿海声层析测温度分布方面，日本广岛大学于２０１３年在广岛湾北??部进行过一次实验，利用４个ＣＡＴ系统测量了由台风引起的海域的温度变化ｔ４７］。??图１．８是广岛湾声层析实验区域的示意图。４个ＣＡＴ站分别是ＨＩ，?Ｈ２，?Ｈ３和??Ｈ５和１０个ＣＴＤ施放位置分别是Ｃ１－Ｃ１０。通过调整各个站位的位置来提高温度??测量的准确性，最终获得声层析测温度分布的结果与ＣＴＤ观测结果具有很好一??致性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Research progress in artificial upwelling and its potential environmental effects[J]. PAN YiWen,FAN Wei,ZHANG DaHai,CHEN JiaWang,HUANG HaoCai,LIU ShuXia,JIANG ZongPei,DI YaNan,TONG MengMeng,CHEN Ying. Science China（Earth Sciences）. 2016(02)
[2]人工上升流千岛湖湖试[J]. 葛晗,陈鹰,陈家旺,黄豪彩. 海洋科学. 2014(09)
[3]基于BELLHOP的水声信道时变模型[J]. 段乐峥. 电子世界. 2014(09)
[4]气力人工上升流对水体温度的影响研究[J]. 冷金英,黄豪彩,陈家旺,樊炜,葛晗,林杉,刘明洲,杨景,陈鹰. 机电工程. 2014(04)
[5]粤东沿岸上升流对2006年夏季台风响应[J]. 潘爱军,郭小钢,许金电,黄奖,万小芳. 中国科学:地球科学. 2011(10)
[6]用沿岸上升流指数分析中国东南沿岸风生上升流的特征[J]. 苗馨,胡建宇. 海洋通报. 2011(03)
[7]下扬子五峰组上升流相烃源岩沉积特征[J]. 刘峰,蔡进功,吕炳全,刘军峰. 同济大学学报(自然科学版). 2011(03)
[8]沿海声层析仪的设计与实现[J]. 朱小华,郑红,廖光洪,梁楚进. 哈尔滨工程大学学报. 2010(01)
[9]海洋声层析应用与观测研究综述[J]. 廖光洪,朱小华,林巨,郑红,梁楚进. 地球物理学进展. 2008(06)
[10]东海外海海域营养盐的时空分布特征[J]. 王芳,康建成,周尚哲,郑琰明,吴涛. 资源科学. 2008(10)
博士论文
[1]波浪/海流引致人工上升流技术基础性研究[D]. 林杉.浙江大学 2017
[2]捕捉环境不确实性的声学—动力数据同化技术[D]. 金丽玲.浙江大学 2013
硕士论文
[1]基于沿海声层析技术的人工上升流观测[D]. 黄亮.浙江大学 2018
[2]气力人工上升流的数值模拟研究[D]. 革文科.浙江大学 2017
[3]沿海声层析技术的应用与观测研究[D]. 刘文虎.大连海洋大学 2016
[4]开式环境下差热式人工上升流速度场及温度场基础特性研究[D]. 闫旭.杭州电子科技大学 2015
[5]气力人工上升流环境效应监测与评估的初步研究[D]. 冷金英.浙江大学 2014
[6]功能型人工鱼礁及水动力特性研究[D]. 林超.浙江海洋学院 2013
[7]黄东海营养盐分布特征以及台湾东北部冷涡上升流的初步研究[D]. 温婷婷.中国海洋大学 2010
[8]海底参数反演技术研究[D]. 付金山.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3579981
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?１９９１年美国移动船声层析试验站点布设卽１６１??
图１．６关门海峡声层析实验ＣＡＴ测流结果与ＡＤＣＰ观测结果比较算法上，Ｊａｅ－ＨｕｎＰａｒｋ和ＡｒａｔａＫａｎｅｋｏ采用二维祸旋模型，的声传播，重建了不同观测条件下的流场［４２，４３］。反演进行分为矩形网格，引入流函数再对其展开成截断傅里叶级数解未知数。利用Ｌ曲线的方法求得最佳的权重因子，使得期标函数最小的情况下取得最优解，来提升反演精度｜４４１。??７??
相继获得了国家的资助并开始进行ＣＡＴ相关的研究工作。国家海洋局第二海洋??研究所于２００７年引进了?７套国外产的沿海声层析系统，在我国的舟山海域开展??了?ＣＡＴ观测实验，ＣＡＴ结果与走航ＡＤＣＰ结果基本吻合，如图１－７所示１＃，验??证了沿海流场声层析的可行性。??１２－ＪＵＩ－２００９?１５：４５：００??｜＿Ｊ??Ｌｕｏｔｏｕ?々?＞?＼??Ｃｈａｎｎｅｌ?、Ｈ?＇厂）＼丨、??鄉?、、》、ｙ、：、?、—?Ｌａｏｓｈｕｒｒ＾ｎ??Ｎｋ?＾?＼?ｖ?＾?＾?＾?Ｃｈａｎｎｅｊ＊??彳潘Ｖ鲁Ｊｌ??ｉｍ／ｓ?ｊ?Ｑｉｎｇｚｉｍｅｎ?Ｃｈａｎｎｅｌ??２９°５１Ｎ－?—＞?Ｆｏｄｕ?Ｃｈａｎｎｅｌ?＾?４０?＂??１２２°０６＇Ｅ?１２２°０９＊Ｅ?１２２°１２＊Ｅ?１２２Ｍ５Ｅ?１２２°１８Ｅ??图１．７沿海声层析（实线）与走航ＡＤＣＰ结果（点线）对比图｜４６］??这些声层析研究大都是针对流速层析而进行的，而温度的层析一般需要精确??测量双向声传播时间，因为对时钟精度的要求极高，只有极少数的温度层析实验??开展。在利用沿海声层析测温度分布方面，日本广岛大学于２０１３年在广岛湾北??部进行过一次实验，利用４个ＣＡＴ系统测量了由台风引起的海域的温度变化ｔ４７］。??图１．８是广岛湾声层析实验区域的示意图。４个ＣＡＴ站分别是ＨＩ，?Ｈ２，?Ｈ３和??Ｈ５和１０个ＣＴＤ施放位置分别是Ｃ１－Ｃ１０。通过调整各个站位的位置来提高温度??测量的准确性，最终获得声层析测温度分布的结果与ＣＴＤ观测结果具有很好一??致性
【参考文献】：
期刊论文
[1]Research progress in artificial upwelling and its potential environmental effects[J]. PAN YiWen,FAN Wei,ZHANG DaHai,CHEN JiaWang,HUANG HaoCai,LIU ShuXia,JIANG ZongPei,DI YaNan,TONG MengMeng,CHEN Ying. Science China（Earth Sciences）. 2016(02)
[2]人工上升流千岛湖湖试[J]. 葛晗,陈鹰,陈家旺,黄豪彩. 海洋科学. 2014(09)
[3]基于BELLHOP的水声信道时变模型[J]. 段乐峥. 电子世界. 2014(09)
[4]气力人工上升流对水体温度的影响研究[J]. 冷金英,黄豪彩,陈家旺,樊炜,葛晗,林杉,刘明洲,杨景,陈鹰. 机电工程. 2014(04)
[5]粤东沿岸上升流对2006年夏季台风响应[J]. 潘爱军,郭小钢,许金电,黄奖,万小芳. 中国科学:地球科学. 2011(10)
[6]用沿岸上升流指数分析中国东南沿岸风生上升流的特征[J]. 苗馨,胡建宇. 海洋通报. 2011(03)
[7]下扬子五峰组上升流相烃源岩沉积特征[J]. 刘峰,蔡进功,吕炳全,刘军峰. 同济大学学报(自然科学版). 2011(03)
[8]沿海声层析仪的设计与实现[J]. 朱小华,郑红,廖光洪,梁楚进. 哈尔滨工程大学学报. 2010(01)
[9]海洋声层析应用与观测研究综述[J]. 廖光洪,朱小华,林巨,郑红,梁楚进. 地球物理学进展. 2008(06)
[10]东海外海海域营养盐的时空分布特征[J]. 王芳,康建成,周尚哲,郑琰明,吴涛. 资源科学. 2008(10)
博士论文
[1]波浪/海流引致人工上升流技术基础性研究[D]. 林杉.浙江大学 2017
[2]捕捉环境不确实性的声学—动力数据同化技术[D]. 金丽玲.浙江大学 2013
硕士论文
[1]基于沿海声层析技术的人工上升流观测[D]. 黄亮.浙江大学 2018
[2]气力人工上升流的数值模拟研究[D]. 革文科.浙江大学 2017
[3]沿海声层析技术的应用与观测研究[D]. 刘文虎.大连海洋大学 2016
[4]开式环境下差热式人工上升流速度场及温度场基础特性研究[D]. 闫旭.杭州电子科技大学 2015
[5]气力人工上升流环境效应监测与评估的初步研究[D]. 冷金英.浙江大学 2014
[6]功能型人工鱼礁及水动力特性研究[D]. 林超.浙江海洋学院 2013
[7]黄东海营养盐分布特征以及台湾东北部冷涡上升流的初步研究[D]. 温婷婷.中国海洋大学 2010
[8]海底参数反演技术研究[D]. 付金山.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3579981
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