[发明专利]自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪

说明书

本发明公开了一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪，本发明属于海洋观测技术领域，尤其是海洋湍流混合观测领域，涉及温度和湍流热耗散率同步观测的仪器及方法。一种自容式海洋温度和湍流热耗散率同步测量仪，包括热敏电阻、控制仓、和电池仓三个部分；所述热敏电阻为两根，设置在控制仓的头部；所述控制仓内部设置有主控制单元和数据采集存储单元，数据采集存储单元与热敏电阻相连，主控制单元与数据采集存储单元相连；所述电池仓设置在控制仓的尾部，通过减震连接器与控制仓相连。本发明结构简单，尺寸小巧，固定在海洋潜标的锚系或其他观测平台上，通过热敏电阻测得温度数据，并反演出湍流热耗散率，从而实现海洋温度和湍流混合的同步测量。

技术领域

本发明涉及海洋观测技术领域，尤其是海洋湍流混合观测领域，具体涉及一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪。

背景技术

海洋湍流混合过程是海洋中最主要的动力过程之一，对海洋多尺度动力过程有重要的调制作用。一方面，海洋中的大、中尺度结构的动能通过级串过程向小尺度传递，最终通过湍流混合耗散掉；另一方面，湍流混合将深层海水抬升，从而维持全球大洋的翻转环流。海洋湍流混合的特征量，如湍动能耗散率和湍流热耗散率等，需要通过现场观测来实现。

传统的海洋湍流混合观测仪器为自由下落的剖面式观测仪，如湍流海洋微结构观测仪(TurboMap)，垂向微结构剖面仪(VMP)等，其主要缺陷是：需要通过通讯脐带缆与母船甲板单元相连；只能进行单个剖面观测，不能长时间观测；尺寸较大，操作较复杂，且价格高昂，需要占用较高的人力物力和观测船时。最近海洋学者发明的可抛弃式湍流混合观测仪(如ZL 201610888759.7)，解决了传统湍流混合观测仪需要通讯脐带缆的缺陷，但是其测量单元不能回收再利用，进一步增加了成本。

近年来另一方观测海洋湍流混合的观测技术是基于锚定的剪切流观测仪。该方案是通过剪切流观测仪测得的流速剪切数据来反演湍流耗散率。虽然该方案可进行湍流混合的长期观测，但是该方案是基于湍流泰勒冻结理论，反演湍流耗散率的过程中需要用到流速，因此必须需要额外的流速观测仪器，如声学多普勒流速剖面仪(ADCP)、声学多普勒点式流速仪(ADV)、海流计等(如ZL 201410852813.3)，进行流速观测，这大大增加了观测的复杂程度和经济成本。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法及同步测量仪，可以实现温度和湍流热耗散率的长时间同步测量，并且尺寸小巧，操作简单，可大量节省传统的湍流混合观测模式所需的人力、物力和成本。

为实现以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，其包括：

根据热敏电阻反馈的温度数据，获取观测周期内的海水温度数据；

在所述温度数据中选取一时间段内的两根热敏电阻测得的温度数据；

根据两根热敏电阻测得的温度数据计算该时间段内的温度剪切；

根据获得的温度剪切，通过傅里叶变换计算该时间段内温度剪切的功率谱；

根据获得的功率谱，通过湍流热耗散率公式计算得到该时间段内的湍流热耗散率。

如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，进一步地，设一时间段Δt的两端点温度数据为T₁(t)和T₂(t)，则所述温度剪切为：

T_x(t)＝(T₁(t)-T₂(t))/L

其中，L为两个热敏电阻之间的距离。

如上所述的自容式海洋温度和湍流热耗散率测量方法，进一步地，设所述温度剪切的功率谱为Φ_Tx(f)，f表示频率，则湍流热耗散率χ为：