[发明专利]一种海气界面通量测量浮标

说明书

技术领域

本发明涉及海洋测量装置，特别涉及中高海况下海气界面通量测量的浮标装置。

背景技术

在相互制约的大气海洋系统中，海气界面通量是实现海洋和大气相互作用的重要途径，描述了气候的形成和变化，显示海洋与大气能量交换幅度，是影响全球气候变化的重要机制，被列为海洋学和气象学等许多领域共同研究的内容。

浮标装置是测量海气界面通量的重要设备，浮标体由重力錨系留在海面以上，浮标上设置的传感器，实现对海洋和大气进行海气界面通量的测量。

现有的海气界面通量测量浮标，多为如图1所示的圆盘形单一浮标体结构形式。浮标体由圆盘标体1和塔架结构2构成，圆盘标体1与塔架结构2通过高强度螺栓连接。圆盘标体1通过系留索由重力锚系留在海中，圆盘标体为浮标整体提供浮力。圆盘标体1内部配置浮力舱，同时也设置仪器舱等必要设施。塔架结构2和圆盘标体1上搭载传感器4，用于测量海气界面通量相关数据。太阳能电池板3设置在塔架结构2上，用于为浮标搭载的传感器供电以及蓄能。

现有的圆盘形浮标在近海海洋环境的低海况下适应能力较好，但是，由于其体积和重量过大，在中高海况下稳定性差、易倾覆，浮标体升沉和摇摆幅度较大，容易导致海气界面通量数据测量误差增大，对海气通量测量有非常大的局限性。

发明内容

针对现有海气界面通量测量浮标的单一圆盘浮标体结构，存在环境适应性较差、浮标升沉和摇摆幅度较大的问题，本发明推出一种用于海气界面通量测量的新型浮标结构，其目的在于由多根封闭式空心圆柱组装而成的浮标体主架提供浮标体浮力，加强中高海况下浮标装置的稳定性和环境适应能力，以利于海气界面通量测量。

本发明所涉及的海气界面通量测量浮标包括浮标体、系留系统、水文气象传感器。

水文气象传感器是浮标搭载的测量器件，由多种不同类型的传感器构成，不同类型的传感器分别固定在浮标体上。

系留系统用于对浮标体系留，包括系留索和重力锚，采用单点绷紧式系留形式。系留索上部为缆绳，下部是锚链，锚链连接重力锚。

浮标体包括标体主架、上支撑组件、下支撑组件、龙骨、阻尼盘、桅杆。标体主架上端和下端分别连接上支撑组件和下支撑组件，下支撑组件的下面连接龙骨，龙骨下端连接阻尼盘，阻尼盘下连接系留系统的系留索缆绳，上支撑组件上侧连接竖立的桅杆。标体主架、上支撑组件、下支撑组件、龙骨、阻尼盘、桅杆的中心在同一条轴线上。

标体主架由六根封闭式空心圆柱体构成，用以提供浮标体浮力，分别与上、下支撑组件通过法兰连接。空心圆柱体垂直设置，六根空心圆柱体上端点和下端点分别在一个水平面上。

标体主架上端连接的上支撑组件，为对角相连的正六边形平面结构，各连接边为封闭式空心圆柱体。上支撑组件上搭载太阳能电池板及通讯天线。

上支撑组件上侧连接的桅杆为空心圆柱体，桅杆的下端连接上支撑组件对角连接线中点，桅杆上搭载水文气象传感器。

标体主架下端连接的下支撑组件，由封闭式空心圆柱体连接而成的立体结构，成棱椎体状。下支撑组件的上部为正六边形平面结构，从六个边的连接点斜向引下六根空心圆柱，六根空心圆柱相交形成下支撑组件的下端点。下支撑组件上配置仪器舱和浮筒，仪器舱呈圆筒形。仪器舱内放置蓄电池及数据采集器，数据采集器与水文气象传感器连接。

龙骨为空心圆柱体结构，上端连接下支撑组件的下端点，下端连接阻尼盘。

阻尼盘为封闭式正六边形空心圆柱结构，各对角线相连，用于调整浮标体稳性和挂载系留系统。

本发明涉及的海气界面通量测量浮标较之圆盘式浮标较为稳定性，浮标体升沉和摇摆角度较小。浮标体满足初稳心高度h≥0.1m、基本衡准数K>1、摇摆角θ<15°，在中高海况下波流、风极限荷载的作用下浮标体结钩不会发生损伤，大大提高了海气界面通量测量的数据准确性。搭载的水文气象传感器收集海气通量测量数据，由浮标体上的通讯天线发出，并由接收站通过互联网接收测量数据，以完成在海气通量测量和准实时数据传输。

附图说明

图1为圆盘形海洋测量浮标结构示意图；

图2为海气界面通量测量浮标结构示意图；

图3为海气界面通量测量浮标的标体主架结构示意图；

图4为海气界面通量测量浮标的下支撑组件结构示意图。

图5为海气界面通量测量浮标的下支撑组件结构侧视图。

图中标记说明：

1、圆盘标体            2、塔架结构

3、太阳能板            4、传感器