深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统及工作方法技术方案

本发明专利技术提供了一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统及工作方法,包括包括监测装置、回收装置和留置装置。通过本发明专利技术的技术方案，由此便能够获得最能体现深海内波扰动海底边界层环境特征的最优聚类结果和投影方向向量，即深海内波扰动海底边界层环境的评价模型可以变成非线性关系可以获得一个具体的评价数值，可以对应s个评价等级标准的投影特征值范围进行分级，可以分析出湍流混合程度、温度、盐度、浊度、溶解氧、压力、叶绿素浓度、甲烷浓度、底栖生物数量等不同影响指标的权重，分析出主控因素和一般因素，从而达到监测预警的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及深海观测
，具体而言，特别涉及一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统及工作方法。

技术介绍

[0002]海洋内波在全球陆地边缘海域广泛发育，其中中国南海的内波能量最大，范围最广，目前发现内波影响海水深度超过200m，深海内波的垂直混合作用可以打破海水的稳定的温跃层，从而改变海水营养盐以及微生物的垂向分布，同时由于内波作用，海底温度、压力也相应发生改变，影响海底甲烷释放，从而改造底部生态系统，内波又可以造成海底悬浮，形成沙波，造成雾状层，从而改变整个海底的地形地貌特征，因此对深海内波扰动海底环境的长期监测变得尤为重要，然而由于海洋深水环境复杂，传统技术手段和方法获取的数据有限，深海内波扰动海底环境的长期监测变得十分困难，目前的原位观测装置不满足这种深海原位长期监测的需求，缺乏深海内波对海底环境参数的影响的定量化研究。因此，研究一种深海内波扰动海底环境的长期监测系统及方法是十分重要的。

技术实现思路

[0003]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统及工作方法。
[0004]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统，包括监测装置、回收装置和留置装置，监测装置包括声学多普勒剖面仪、声学多普勒流速仪、高精度压力传感器、高精度温盐深传感器、沉积物与底层水取样装置、叶绿素传感器、深海相机、甲烷传感器，所述声学多普勒剖面仪向上设置，所述声学多普勒流速仪有两台，分别向上设置和向下设置；所述回收装置包括浮球、回收架、声学释放器、吊环、信标、铁链、深海相机电池仓、甲烷传感器电池仓，所述回收架的框架内部集成了所述监测装置和信标、声学释放器、铁链、深海相机电池仓和甲烷传感器电池仓，回收架的外部设置有浮球提供浮力，所述声学释放器有两台并向安装在连接回收架内部中心位置，声学释放器的下端装有铁链，吊环设置在回收架的顶端中心位置；所述留置装置包括螺纹孔、4个配重盘、卡孔、拉绳、拉环、系环、配重架，配重架顶部为方形框架，其四角斜向下延伸且底端与配重盘连接，所述拉绳有4根，拉绳的上端与拉环固定连接，下端与系环连接，系环固定安装在配重架顶端，铁链穿过拉环使得声学释放器通过铁链与留置装置相连接。
[0005]作为优选方案，回收架由316L不锈钢焊接成型。
[0006]进一步地，回收架分为上下两层，上层安装有声学释放器、信标、声学多普勒剖面仪和向上设置的声学多普勒流速仪，下层安装有高精度压力传感器、高精度温盐深传感器、沉积物与底层水取样装置、叶绿素传感器、深海相机、甲烷传感器、深海相机电池仓、甲烷传
感器电池仓和向下设置的声学多普勒流速仪。
[0007]作为优选方案，每个配重盘上有4个螺纹孔，卡孔与所配重架相配合连接。
[0008]作为优选方案，声学多普勒剖面仪、声学多普勒流速仪、高精度压力传感器、高精度温盐深传感器、沉积物与底层水取样装置、叶绿素传感器、深海相机、甲烷传感器都通过螺丝和抱箍固定在回收装置的回收架上，沉积物与底层水取样装置通过缆绳与科考船吊钩相连。
[0009]一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统及工作方法,其特征在于,具体包括以下步骤：S1、将监测系统通过科考船运到指定观测地点，首先对各种监测仪器进行充电校正，然后将监测仪器通关抱箍和螺丝固定在回收架上，再把声学释放器固定完成，最后再把回收装置通过铁链与留置装置的拉环相连，完成系统的组装；S2、监测系统由科考船吊钩通过缆绳布放，沉积物与底层水取样装置通过缆绳也在吊钩之上，布放后等装置触底，等沉积物与底层水取样装置通过自重贯入沉积物10cm左右，拉紧缆绳，获得底部水样和沉积物，其余监测装置开始进行深海内波扰动海底边界层环境的长期监测；S3、监测完成后，回收方法有两种，一是通过甲板单元利用声学释放器断开铁链，回收装置在浮力状态下上升，留置装置留在海底，然后通过信标发出定位信息进行打捞回收，操作简单；二是利用水下ROV吊钩打捞，可以把整个系统全部打捞回收，节约成本；S4、解译监测设备关于深海内波扰动海底边界层的海底流速、温度、盐度、浊度、溶解氧、叶绿素含量、压力、甲烷浓度、底部生物变化数据，分析底部海水和表层沉积物性质；S5、内波的信息可以通过声学多普勒剖面仪进行获得，如内波影响海底边界层的时间、内波到来的时间以及在整个水柱上的流速大小，对数据进行傅里叶函数变换，并进行1min平均，去除噪点；对所有的数据进行相应处理，如流速数据，通过下列公式进行处理：；其中，是去除背景流速后内波在海底边界层产生的东西方向、南北方向和垂直方向的流速；分别是内波在海底边界层产生的东西方向、南北方向和垂直方向的实际流速；分别是内波到来之前半小时的东西方向、南北方向和垂直方向的平均流速；分别是内波在海底边界层产生的东西方向、南北方向和垂直方向的脉动流速；湍动能耗散率用来表征海水的混合能力，是上下流速变化的体现，可表示为其中，是脉动流速，是摩擦速度，是卡门常数（一般取值为0.4），是声学多普勒流速仪距离海底的高度；采用两个声学多普勒流速仪的湍动能耗散率差值来表征深海内波扰动的海底边
界层混合程度，定义为；将湍流混合程度、温度、盐度、浊度、溶解氧、压力、叶绿素浓度、甲烷浓度、底栖生物数量作为影响评价指标，则定义X
ij
（i=1,2,3
…
n；j=1,2,3
…
9）其中n为样本个数，X
i1
为湍流混合程度，X
i2
为温度，X
i3
为盐度，X
i4
为浊度，X
i5
为溶解氧，X
i6
为压力，X
i7
为叶绿素浓度，X
i8
为甲烷浓度，X
i9
为底栖生物数量，确定s个相关评价等级；S6、构建深海内波扰动海底边界层环境的评价模型，双曲线正切函数来反应环境要素的变化特征，从缓慢增加到快速增加再到趋于稳定，描述函数为：；双曲线的投影特征值可以表达为：；其中为投影方向的单位向量，那么b1，b2…
b9分别为对应分量，表示为9个评价指标的权重，其中，；利用动态聚类的方法构建适用于深海内波扰动海底边界层环境参数的投影动态聚类指标，曲线投影动态聚类评价指标为两者之间的差值，表示为其中投影特征值序列为，其评价等级定义为s，其中，表示第t类的样本投影特征值的集合。
[0010]作为优选方案，步骤S5中深海内波对海底边界层环境影响评价指标的量纲和数值范围都不相同，对于数值越大越优的评价指标：；对于数值越小越优的评价指标：；其中为第i个样本的第j个评价指标的初始数值，为第j个评价指标的样
本最小值，为第j个评价指标的样本最大值。
[0011]作为优选方案，步骤S6中聚类分析的思想是当越大，得到的结果就越好，因此当取值最大时，即，，。
[0012]本专利技术由于采用了以上技术方案，与现有技术相比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统，包括监测装置、回收装置和留置装置，其特征在于,所述监测装置包括声学多普勒剖面仪（7）、声学多普勒流速仪（3）、高精度压力传感器（9）、高精度温盐深传感器（8）、沉积物与底层水取样装置（10）、叶绿素传感器（12）、深海相机（13）、甲烷传感器（14），所述声学多普勒剖面仪（7）向上设置，所述声学多普勒流速仪（3）有两台，分别向上设置和向下设置；所述回收装置包括浮球（1）、回收架（2）、声学释放器（4）、吊环（5）、信标（6）、铁链（11）、深海相机电池仓（16）、甲烷传感器电池仓（15），所述回收架（2）的框架内部集成了所述监测装置和信标（6）、声学释放器（4）、铁链（11）、深海相机电池仓（16）和甲烷传感器电池仓（15），回收架（2）的外部设置有浮球（1）提供浮力，所述声学释放器（4）有两台并向安装在连接回收架（2）内部中心位置，声学释放器（4）的下端装有铁链（11），吊环（5）设置在回收架（2）的顶端中心位置；所述留置装置包括螺纹孔（17）、4个配重盘（18）、卡孔（19）、拉绳（20）、拉环（21）、系环（22）、配重架（23），配重架（23）顶部为方形框架，其四角斜向下延伸且底端与配重盘（18）连接，所述拉绳（20）有4根，拉绳（20）的上端与拉环（21）固定连接，下端与系环（22）连接，系环（22）固定安装在配重架（23）顶端，铁链（11）穿过拉环（21）使得声学释放器（4）通过铁链（11）与留置装置相连接。2.根据权利要求1所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统,其特征在于,所述回收架（2）由316L不锈钢焊接成型。3.根据权利要求2所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统,其特征在于,所述回收架（2）分为上下两层，上层安装有声学释放器（4）、信标（6）、声学多普勒剖面仪（7）和向上设置的声学多普勒流速仪（3），下层安装有高精度压力传感器（9）、高精度温盐深传感器（8）、沉积物与底层水取样装置（10）、叶绿素传感器（12）、深海相机（13）、甲烷传感器（14）、深海相机电池仓（16）、甲烷传感器电池仓（15）和向下设置的声学多普勒流速仪（3）。4.根据权利要求1所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统,其特征在于,所述每个配重盘（18）上有4个螺纹孔（17），卡孔（19）与所配重架（23）相配合连接。5.根据权利要求1所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统,其特征在于,所述声学多普勒剖面仪（7）、声学多普勒流速仪（3）、高精度压力传感器（9）、高精度温盐深传感器（8）、沉积物与底层水取样装置（10）、叶绿素传感器（12）、深海相机（13）、甲烷传感器（14）都通过螺丝和抱箍固定在回收装置的回收架（2）上，沉积物与底层水取样装置（10）通过缆绳与科考船吊钩相连。6.如权利要求1
‑
5所述的一种深海内波扰动海底边界层环境的长期监测系统及工作方法,其特征在于,具体包括以下步骤：S1、将监测系统通过科考船运到指定观测地点，首先对各种监测仪器进行充电校正，然后将监测仪器通关抱箍和螺丝固定在回收架上，再把声学释放器固定完成，最后再把回收装置通过铁链与留置装置的拉环相连，完成系统的组装；S2、监测系统由科考船吊钩通过缆绳布放，沉积物与底层水取样装置通过缆绳也在吊钩之上，布放后等装置触底，等沉积物与底层水取样装置通过自重贯入沉积物10cm左右，拉紧缆绳，获得底部水样和沉积物...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾永刚，冯学志，王林森，朱宪明，王慧，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：