[发明专利]一种应用于海洋涡旋三维剖面结构现场观测的浮标系统

说明书

本发明涉及海洋监测设备领域，尤其是一种应用于海洋涡旋三维剖面结构现场观测的浮标系统。其包括:水帆、波浪能浮标平台、浮球、钢缆和锚块，所述水帆由四块帆板构成，四块帆板呈十字形固定连接于波浪能浮标平台的外框架上，所述浮球与钢缆的顶端相连接，所述锚块与钢缆的底端相连接，所述钢缆穿过波浪能浮标平台，所述波浪能浮标平台沿钢缆爬行。它可随海洋涡旋漂流，实现对海洋涡旋，尤其亚中尺度涡旋三维剖面结构的长时间连续、自适应跟踪、多参数同步、超高时空分辨观测。

技术领域

本发明涉及海洋监测设备领域，尤其是一种应用于海洋涡旋三维剖面结构现场观测的浮标系统。

背景技术

海洋涡旋是海洋环流的重要组成部分，其空间尺度通常从几千米到几百千米，时间尺度从几天到几年，对海洋中的物质、能量、热量等传输和混合起着重要作用，同时对海洋中多尺度运动、海洋生态、大气环境及气候变化等都有着十分重要的影响。因此，海洋涡旋已成为当前海洋科学研究的前沿和热点问题之一。

海洋涡旋研究的重要前提是准确获取其随时间变化的三维流场、温盐、生化参数等结构信息。目前，获取海洋涡旋信息的主要途径分为海洋卫星遥感和现场观测两种手段。首先，海洋卫星遥感手段通常根据卫星高度计数据，进行海面高度异常统计，以实现对涡旋的识别和追踪。这种手段对全球海洋涡旋长时间尺度下的基本特征统计较为有效，但缺点也较为明显。一方面受制于当前卫星遥感分辨率限制，还无法实现对海洋亚中尺度涡旋的识别观测(亚中尺度涡旋是实现不同尺度动力过程物质循环和能量级联的关键纽带，其机理对提高全球气候的精细化预报水平具有至关重要作用)；另一方面当前海洋遥感技术还不足以穿透海洋表面，无法直接探测涡旋内部三维结构。因此，当前卫星遥感观测手段只能满足对海洋涡旋的初步观测。其次，现场观测手段主要包括潜标、水下滑翔机、漂流浮标、船测等手段。其中，潜标观测是一种“守株待兔”方式，无法实现对运动涡旋的跟踪观测，观测数据有限，且成本极高；水下滑翔机技术往往依赖于卫星对涡旋识别追踪数据以进行路径规划，同时也无法实现自适应跟涡观测(跟流效果有限)，存在跟涡滞后性，而且搭载传感器能力有限，无法实现多参数同步观测，对短周期涡旋(几天)观测时间分辨率仍稍显不足；漂流浮标具备较好的跟涡效果，但通常只能测量表面流场，而无法真实反映涡旋内部的三维流场结构(深度可达几百米)，同时涡旋其它三维参数根本无从获取；船测通常仅能获取涡旋局部的三维流场分布，受制于成本，还无法作为常用有效手段。因此，发展一种高时空分辨率、具备跟涡自适应、多参数同步的现场观测系统对海洋涡旋三维结构信息获取具有重要价值。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种应用于海洋涡旋三维剖面结构现场观测的浮标系统，它一方面可随海洋涡旋漂流，可实现对海洋涡旋，尤其亚中尺度涡旋三维剖面结构的长时间连续、自适应跟踪、多参数同步、超高时空分辨观测；一方面解决了小驱动力作用下单/双向状态无法正常切换的问题，即具有高灵敏性；一方面解决了恶劣海况下单/双向状态切换控制部件的误触发问题，即具有防误触发设计；再一方面解决了高频次剖面连续工作的严重磨损问题，即具有防磨损设计；可以在波浪的作用下，波浪能浮标平台沿钢缆上下运动，往复不断，可搭载不同类型的传感器，完成海洋三维剖面参数测量，布放/回收方便、搭载(负载)能力强、不消耗电源、工作深度从几米至几百米、且能获取长时间序列、超时空高分辨率剖面信息，其采用的技术方案如下：

一种应用于海洋涡旋三维剖面结构现场观测的浮标系统，其特征在于，包括:水帆、波浪能浮标平台、浮球、钢缆和锚块，所述水帆由四块帆板构成，四块帆板呈十字形固定连接于波浪能浮标平台的外框架上，所述浮球与钢缆的顶端相连接，所述锚块与钢缆的底端相连接，所述钢缆穿过波浪能浮标平台，所述波浪能浮标平台沿钢缆爬行。