UCTD海上比測方法探討

胡 波，李 暉，張 川

（1.國家海洋標準計量中心，天津 300112；2.國家海洋技術中心，天津 300112）

UCTD海上比測方法探討

胡 波1，李 暉2，張 川1

（1.國家海洋標準計量中心，天津 300112；2.國家海洋技術中心，天津 300112）

在海洋勘測工作中，對于海洋動力學參量——電導率、溫度、深度的測量是最為基礎和重要的監測內容。拖曳式溫鹽深剖面測量系統（Underway Conductivity Temperature Depth Measure System，簡稱UCTD）是最新發展起來的一種高技術走航CTD剖面測量裝置。文中介紹了UCTD海上定點比測試驗，通過分析比測試驗的結果，驗證了此儀器各參量的測量性能，并分析造成各設備測量差別的原因，為此類儀器的研制及校準工作提供了參考依據。

UCTD；定點比測；數據處理

我國擁有18 000 km海岸線，300多萬km2管轄海域。近年來，海洋觀測和監測越來越被人們所重視，而我們的觀測和監測儀器還主要依賴于進口。為改變這種現狀，國家863項目重點扶持了一批國產的海洋觀測、監測儀器的研制項目。為了驗證這些儀器在海洋環境中運行的可靠性及測量數據的準確性，對其進行現場比測[1]是最為有效的檢驗方法。

溫度、鹽度（電導率）、深度是海洋動力學中最重要的3個參量，對這些基本海水性質參量的分布規律及變化的描述與分析，在物理海洋及海洋地質、化學、生物等各個學科的研究中，都有著舉足輕重的地位[2]。拖曳式溫鹽深剖面測量系統（Underway Conductivity Temperature Depth Measure System，簡稱UCTD）是目前最新發展起來的一種高技術走航CTD剖面測量裝置，可給出高密度的海水溫度、電導率剖面數據，用于描述海洋水體的精細溫鹽結構及其時空特征和規律。按照CTD測量裝置所在載體的運動狀態不同可分為兩種測量方式：船舶定點測量和走航測量。UCTD的探頭體積小、重量輕，利用安裝在船上的輕便專用絞車進行投放和回收，可在船只航行過程中快速、大范圍地完成CTD剖面測量，回收后可重復使用，具有突出的高效、低成本的特點和推廣應用價值，受到海洋學家和海洋工作者及軍方的高度關注和重視。UCTD剖面測量系統組成如圖1所示。

本文中介紹了對于國產研制的UCTD的比測方法，采用定點比測的形式對儀器各參量的性能進行考察，通過對實驗數據的分析比較，得出結論。

1 比測方法

所謂比測，是指在規定條件下，對相同準確度等級的同種計量基準、標準或工作計量器具之間的量值進行的比較。用作比測的計量基準、標準或工作計量器具必須經計量檢定確認合格，同時還應按照經合法程序認定的 “比測方法”進行。所謂現場校準或現場比測，則是在測量儀器或測量系統的使用現場進行的校準或比測。

針對UCTD的特點，最理想的比測方法是被測儀器與參比儀器工作環境、條件完全一致，但由于實際工作中的限制，無法達到此理想狀態，具體分析如下：

思路1：該儀器為走航式測量儀器，能否找到一種儀器固定在UCTD探頭上同時進行拖曳測量，進行比測？理論上可行，然而如果固定別的設備到UCTD探頭上，其流線型設計和自身的性能肯定會受到影響，此方法無法保證UCTD測量的準確性。

思路2：可否在走航過程中用兩條線纜分別拖曳兩個儀器?答案也是否定的，由于海流和海浪的作用，兩條線纜很容易紐結在一起，造成回收過程中海洋儀器的丟失。

思路3：既然不能在走航過程中比測，還可以考慮停航時的定點比測。在UCTD下放和回收時分別做定點比測，無論是被測的UCTD還是作為參比的高精度CTD，在這兩個定點的數據都是可靠的。

圖 1 UCTD剖面測量系統組成

按照思路3的比測過程，具體操作為：在停航情況下，先投放UCTD，然后下放高精度的其它類型的CTD，比較兩者下降過程中的數據；或者先下放高精度CTD，回收完成后迅速下放UCTD，比較CTD上升過程和UCTD下降過程的數據。

2 數據處理方法

將CTD的數據轉化為按照壓力1 db變化的形式，再利用差值法將UCTD數據也做同樣形式的轉換，然后比較兩者同一壓力下的溫度、電導率和鹽度數據，求其相關系數、誤差和標準差等。

本文以國家海洋技術中心研制的UCTD和美國海鳥公司生產的SBE911plusCTD為例，進行說明。UCTD和SBE911plusCTD的技術指標對比見表1。

取兩者在一個3 000 m水深的站位的數據進行比測，以SBE911plusCTD的數值為約定真值，然后比較UCTD與它在同一壓力下的溫度、電導率和鹽度誤差，比較各項參數隨壓力變化的趨勢，統計結果見表2，變化曲線如圖2所示：

圖2 比較UCTD與SBE911plus CTD各項參數隨壓力變化的趨勢曲線

表1 UCTD和SBE911plusCTD技術指標對比

3 結論

通過表2和圖2的曲線分析可知：溫度、電導率和鹽度數據存在較好的一致性，如相關系數都在0.99以上，但溫度、電導率和鹽度在淺水區和躍層存在較大的誤差。當然該結果也與海況有很大關系。通過定點比測試驗為此類儀器的研制及校準工作提供了參考依據。

表2 D3000_2站位比測結果統計表

[1]趙維三,李希玲.海洋監測儀器的現場校準和比測[J].氣象水文海洋儀器,2004,(1):52-54.

[2]袁志偉,趙忠生,郭心順.溫鹽深剖面儀技術改造研究[J].海洋技術,2009,28(4):11-13.

[3]馮士筰，李鳳岐，等.海洋科學導論[M].北京：高等教育出版社，1999.

Abstract：The conductivity,temperature and depth is the most fundamental and important measurement elements for marine monitoring and investigation.The UCTD (Underway Conductivity-Temperature-Depth)is a new ships sailing upper ocean temperature and salinity section survey device.The UCTD prototype in-situ comparison test is introduced.The analysis result verified the measurement performance of UCTD.The measurement errors are analyzed to provide a reference for the following work.

Key words：UCTD;in-situ comparison test；data processing

Comparison Test Method of Underway Conductivity-Temperature-Depth Measure System in the Ocean

HU Bo1,LI Hui2,ZHANG Chuan1
（1.National Center of Ocean Standard and Metrology,Tianjin 300112,China;2.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China）

P716

B

1003-2029（2011）01-0041-03

2010-05-28

國家高技術研究發展（863）計劃——海洋動力參量拖曳式剖面測量系統（UCTD）技術研究資助項目（2006AA09A307-02）