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海底有缆在线观测系统研究与应用综述 总被引：1，自引：1，他引：0
获取高质量海洋观测数据是维护国家安全和权益、保障人类生存与可持续发展、应对全球气候变化、开发利用海洋资源、防灾减灾等的重要基础。随着海底观测技术的发展，海底有缆观测已成为地球观测的第三个平台。通过借鉴国内外海底观测网的成熟技术，设计研发单节点海底有缆在线观测系统，主要包含海底观测、电力信息传输和陆上人机交互信息管理等三个子系统，具有高度可扩展性，可根据监测需求集成安装常用的各类海洋观测仪器和水下高清摄像头，从而实现海洋环境和水下生物资源的原位、长期、连续、稳定的在线观测。研发的海底有缆在线观测系统构造简单、扩展性强、经济成本低，已广泛应用于山东省海洋牧场观测网的海洋生态环境和渔业资源、辽东湾的冬季海冰、海洋牧场与海上风电的融合效应、河流入海口水质、海上溢油等不同领域的业务化监测中，为我国海洋生态环境保护与修复、海洋资源开发利用、海洋防灾减灾等提供了高质量的科学数据支撑。海底有缆在线观测系统是业务化海洋在线观测技术领域里的创新研究，具有重要科学意义和广泛应用前景。 相似文献
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中国海域波浪能资源分布及波浪能发电装置适用性研究 总被引：1，自引：1，他引：0
首先全面综述了国内外波浪能资源开发利用现状,系统总结了目前国内外海洋波浪能资源发电技术中应用的主要波浪能资源开发装置及存在问题;基于ERA-Interim再分析数据,给出了中国海域的平均波浪能流密度和季节特征,从而获取高波能资源分布区域,得到了中国海域波浪能资源分布富集区域;结合不同海岸岸线及海底类型,综合给出了中国波能资源富集区域中发电装置适用建议、高峰发电季节。对提高我国波浪能资源开发利用、推动海洋可再生能源行业的发展具有重要意义,也为实用化、商业化海洋波浪能资源选址提供了科学依据。 相似文献
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为海岛供电，是波浪能开发利用技术的重要应用领域。在海岛周边波浪能资源开发利用之前，需对波浪能资源进行精细化勘查，并在此基础上准确分析掌握工程实施海域的波浪能资源特征，以便开展有针对性工程设计。本文以威海褚岛北部海域为研究目标，结合对历史数据和水动力理论分析，制定精细化勘查方案，并通过代表性验证试验，对方案进行修正，再应用修正后的方案对目标海域进行长期观测。该方法改进了传统的波浪观测方法，更适用于小区域波浪要素的精细化观测，且在保证观测质量的前提下，有效降低了观测成本。另一方面，针对波向四季变化明显，且海岛周边波浪受岛岸线反射和绕射影响且地形变化剧烈的特点，本文利用改进的SWAN（simulating waves nearshore）数值模型计算目标海域波浪能资源，并结合统计学方法，研究波浪能量随波向分布特征的计算分析方法，得出褚岛周边海域全年波浪能量随波向的分布特征。 相似文献
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为完善海洋观测体系,提高海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用性,文章以海洋经济较发达和遭受海洋灾害较多的温州市和台州市为例,选取潮位、波浪和水温3个重要海洋观测要素,分析海洋观测数据在海洋预报和海洋防灾减灾中的适用,并提出对策建议。研究结果表明:由于观测时间较短、地理位置特殊和数据代表性不足,海洋观测站的潮位数据未能在台风风暴潮的预报和防灾减灾中有效发挥作用;由于波浪观测仪器布设位置的地形阻挡和观测站少,波浪数据的预报准确性和实际应用不足;个别观测站的水温数据不适用于大面海洋环境和赤潮的预报,且缺少对低温灾害的观测。针对海洋观测数据的实际应用与相关业务脱节的问题,未来应提高观测数据质量、紧密结合当地海洋预报和海洋防灾减灾工作需求、开展重点目标保障预报工作以及加强海洋观测宣传教育。 相似文献
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波浪观测在海洋环境预报、海洋工程建设、海洋资源调查、航海安全等领域具有重要作用。基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）浮标进行波浪观测的方法具有全天候、实时、准确度高、价格低等诸多优点,同时还可以在浮标上集成其他海洋环境测量仪器,因此越来越受到世界各国研究者的重视。本文提出一种基于GNSS浮标的波浪参数反演方法,并成功应用于浙江温州海域,在海试过程中,同公认的波浪骑士浮标对比,平均波高相关系数达到0.95,标准差为4.06 cm,平均波周期相关系数为0.92,标准差为0.24 s,完全符合国家标准。本文所用浮标系统还可以搭载多种海洋环境要素观测传感器,可将数据实时传输至接收终端,具有较高的应用价值。 相似文献
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海底沙波的迁移对海底基础工程具有潜在危害,成为人们日益关注的热点。目前对海底沙波迁移过程的研究缺乏原位长期观测数据的支撑,设计一种海底沙波迁移过程的原位观测装置,通过水压差与高程差变化的对应关系来确定沙波的形态变化和迁移过程。并且在室内波浪水槽中对装置观测的可行性和观测结果的准确性进行验证,同时在仰口湾潮滩进行现场观测应用。该装置室内试验测量计算得到沙波表面高度变化5.9 cm,而观测得到沙波表面高度实际变化5.5 cm,两者吻合程度很好。试验结果表明,这套海底沙波迁移过程原位观测装置能对沙波外部形态变化进行测量且准确度较高,为海底沙波迁移的观测提供了新方法。 相似文献
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国际海洋观测技术发展趋势与中国深海台站建设实践 总被引：4，自引：0，他引：4
20世纪80年代以来,海洋观测呈现"多元化、立体化、实时化"的发展趋势,地区和国家的海洋观测系统在关键海域发挥着重要作用。随着技术的发展和理念的创新,区域海洋观测系统被广泛应用并得到不断完善。国际海洋观测台站如英国爱尔兰海区域、美国卡罗来纳州海区和加拿大维多利亚海底实验观测网的多元化观测系统(VENUS)都是值得借鉴的例子,他们把多元化、立体化的实时测量数据与海洋物理、生态和生物化学模式紧密结合起来,实现了海洋环境的可预报性。同时,美国、英德法等国和日本实施的一系列海底观测系统,使海洋观测更加完备化。在这种国际大背景下,我国积极推进的海洋观测研究网络工程中的第一个深海台站——西沙海洋观测研究站在2008年已经建设完成并投入运行,该台站实现了长时效的多参数海洋环境实时监控。西沙观测系统主要包括自动气象站、岛屿外缘坐底式海底和海底边界层观测子系统、生物捕获器、西沙上层海洋环境观测子系统和海洋光学监测子系统等。由于海洋环境结构复杂、工作环境恶劣以及资源缺乏等因素的影响,海洋观测一直是高风险的工作。最后希望通过比较国内外观测系统,中国海洋观测事业能够学习国外先进的思路和技术,自身取得更大进步。 相似文献
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综述了水下实时观测潜标系统及其技术进展。以潜标技术为基础,通过水下绞车、自升降通信浮标、水下滑翔机及波浪滑翔器等技术途径,设计了水下实时观测系统方案,探讨了水下数据实时传输关键技术,开展了水下观测数据实时传输功能验证试验,初步实现了观测数据实时/准实时传输。 相似文献
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通过海洋中的各类海底缆线,可以搭建海洋观测系统,有效地开展长期海洋观测。虽然我国该类系统建设起步较晚,但是具有理论和硬件多方面的后发优势。只要海洋管理和科研部门注意沟通协作和前期筹划,可以保证我国此类系统建设的速度和质量。文章将从我国近海与海底缆线有关的海洋现状出发,分析建设基于海底缆线的海洋观测系统在我国近海的重要意义,梳理我国建设该系统所面临的机遇与挑战,展望该类系统在我国近海的应用前景,并考虑我国近海的实际情况,提出在青岛胶州湾湾口海区建立本系统示范应用的设计方案。 相似文献
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《海洋技术学报》2023,(1)
本文以表层漂流浮标、漂流式波浪浮标和漂流式海气界面浮标为代表介绍了无动力海面移动观测平台的观测需求、特点、最新进展和发展趋势。无动力海面移动观测平台除具备重量轻、体积小、随波性好等特点外,相比其他观测平台最大的优势在于成本低、实时性强,可有效弥补定点观测在全球大洋空间分辨率的不足。随着海洋与气象环境观测传感器的自动化、小型化和低功耗化,尤其是在可再生能源供应和卫星数据通讯技术的支撑下,这一类型平台观测能力的可拓展性非常强。除可直接开展海洋环境声学、光学和电磁学要素的观测外,还可成为海洋化学、海洋生物、海洋地质等海洋学科的专属平台,并具备海上目标探测识别能力。随着无动力海面移动平台观探测能力的不断提高、使用成本的降低和快速投放技术的发展,此类平台在海洋观探测领域尤其是深远海区域观探测快速响应方面将有非常广阔的应用前景。 相似文献
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以低功耗、多参数、安全可靠为设计目标,提出一种基于北斗卫星通信的海洋多要素观测系统设计。设计以嵌入式微控制器STM32F103RET6为核心,实现以漂流浮标为载体的海洋环境噪声测量,同时实现对海洋气温、气压、风速、风向及表层海温的多要素观测;以可充电锂电池组和太阳能电池板组合方式供电,同时进行必要的电源管理,有效提高漂流浮标的工作寿命;采用我国自主知识产权的北斗系统进行定位及双向通信,安全性高。实验表明,基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计具有可行性,满足低功耗、多参数、安全可靠的设计要求,为以表面漂流浮标为载体的海洋多要素数据采集控制提供新的硬件设计方法。 相似文献
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为了解决北极海域海洋观测与通讯导航节点浮标的供电问题,提出利用北极海域冰面上冷空气与冰下海水之间的温差能转换为电能,为冰基浮标供电。根据北极温差的时空分布特性与冰基浮标的应用场景,提出了一种基于有机朗肯循环的冰基浮标温差能发电系统,并对其进行了建模与仿真分析。根据5 种工质的热力循环性能计算结果,确定R124 工质作为系统的循环工质。仿真结果表明：温差能发电系统在北极冬季两个月的总发电量为745 kWh,相当于3.72 t 能量密度为200 Wh/kg 的锂电池。因此,北极海域温差能转换发电系统能输出相当可观的功率与电能,显著提升冰基浮标的供能水平,提高其观测能力,延长其持续工作时间,减少破冰船对其的维护频率,从而打造冰下观测网络的关键节点,支撑北极冰下移动观测网络的构建。 相似文献
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国产深海准实时传输潜标系统设计 总被引：2，自引：2，他引：0
基于海洋环境安全保障、海洋环境预报和海洋科学研究的需要，开展国产深海准实时传输潜标系统的设计，重点进行锚泊系统水动力分析、观测设备工作同步性、准实时通讯系统安全可靠和系统低功耗等整体技术设计；开展轻型感应耦合传输缆制作、大深度感应耦合传输和智能收放通讯等数据实时通讯技术的研究；进行适用于准实时传输潜标系统的多种类国产设备的稳定性和可靠性优化、规模化集成和系统化的应用示范，形成半潜升降式准实时通讯潜标与浮子式准实时通讯潜标各1套。所设计的准实时传输潜标系统集成了1台抗污染CTD、19台感应耦合CTD、8台感应耦合T、4台感应耦合传输的ADCP、2台单点海流计和6台感应耦合数据传输仪，并配有2套声学释放器；潜标系统本体设计含有3个水下流线型浮体、1套通讯浮子、1套准实时卫星通讯装置（半潜式水下绞车或海面浮子）和1套锚泊缆系，可实现深达2 000 mm的剖面温盐深和海流等海洋要素的高频率、多要素、多层次的长期连续观测和数据准实时传输，以便对科学问题解决和海洋环境安全保障等提供及时的数据支撑。 相似文献
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提出了一种新型综合发电船,其主要由驳船、波浪能转换装置、风能转换装置、太阳能转换装置和其余发电相关设施五个部分组成;本装置基于驳船这一可移动载体,能够根据实时能源情况更改工作场地,是一个可移动的分布式能源供应系统,它能够综合利用选定区域内的波浪能、风能和太阳能进行发电,解决现有海上能源发电系统存在的发电效率低、稳定性差和单元发电成本高等问题。文中详细阐述了该发电装置的结构和工作原理,并从设计、运用等方面浅析了该发电装置的优点。这种综合发电船具有较大的推广性和实用性。 相似文献
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为解决海洋监测微型传感器供能问题,设计新型波浪能捕获装置,在海面振荡浮筒气室产生空气气柱,驱动介电弹性体形变发电为传感器供能。建立振荡浮子式气柱数值模型,研究新型振荡水柱发电计算理论。利用水动力仿真软件AQWA求解浮子所受波浪力作用振荡幅值、辐射阻尼和附加质量。基于Simulink软件分别计算波浪作用下浮子位移和气室内水柱位移,根据两者的位移差计算气室体积变化所产生的空气压强、介电弹性体发电薄膜形变量和系统输出电能,单次循环周期最大发电量达到24.6 mJ。分析波浪周期、发电薄膜几何参数等对输出电能的影响。 相似文献
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受全球气候变化的影响,极区海浪尤其是北极海浪在过去几十年发生了显著的变化,使得海冰边缘区海冰与海浪的相互作用愈发显著。本文从物理海洋学的角度出发,较系统地总结了海冰对海浪作用研究的国内外现状,从理论和实测的角度分别探讨了海冰对海浪能量的耗散及其引起的波动频散关系的变化,同时分析了当前海冰覆盖海域海浪的数值模拟与现场观测研究,指出了未来开展有冰海域海浪数值模拟与预报所面临的主要问题,并对该方向今后的研究做出展望。总体来看,尽管海冰对海浪作用的机理复杂且与海冰类型高度相关,但是海冰对海浪能量的衰减与传播距离基本呈指数关系,并且海冰会一定程度上影响海浪的传播速度。未来依然需要更多不同海冰类型下海浪的观测数据以开展进一步的机理分析、模型检验和参数校准,进而实现高精度的业务化预报。 相似文献
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董昌明 LIM KAM SIAN Kenny Thiam Choy 蒋星亮 曹玉晗 嵇宇翔 王森 余洋 陆晓婕 周书逸 韦销蔚 BETHEL Brandon Justin 徐广珺 董济海 孙文金 王海丽 单海霞 王锦 王东霞 滕芳园 曹茜 谢文鸿 游志伟 王子韵 林连杰 《海洋科学进展》2022,40(4):660-683
海洋预报是进行海上活动的安全保障,海洋预报系统技术已经成为现代海洋气象业务的技术支撑。海洋观测、数据同化、数值模拟和高性能计算机等技术的进步极大地推动着海洋业务化预报的发展。采用大气数值模式（WRF）、海洋数值模式（CROCO）和海浪数值模式（SWAN）的多模式高分辨率离线耦合方式,添加南京信息工程大学“海洋数值模拟与观测实验室”团队自主研发的一系列海洋模式参数化方案,包括浪致混合参数化方案、亚中尺度参数化方案、海山诱导混合参数化方案以及涡旋诱导的沿等密度面和跨等密度面混合参数化方案,并通过同化技术和最新的人工智能技术与观测资料相结合,构建一种面向中国边缘海的风浪流多参数耦合预报系统,用于海上风电功率的预报和其他海洋灾害预警。实际观测资料的验证表明,该预报系统能较准确地模拟海上风场、海流、海温、波浪、潮汐等海洋气象要素。同时实现了按需实时可视化全景展示。 相似文献