軍事海洋水文觀測

根據軍事活動的需要，觀測和測量海水物理、化學特性和海洋水文現象，並對相應資料進行處理的方法和技術。軍事海洋水文學的重要組成部分。軍事海洋水文學及其分支領域賴以發展的基礎。觀測內容包括海水溫度、海水鹽度、海水密度、海水聲速、海洋水色、海水透明度、海發光、海浪、海況、海流、海洋潮汐、潮流、海冰、海洋內波，以及有關氣象要素等。觀測方式主要有海濱觀測、船隻觀測（大面、斷面、連續觀測）、海洋浮標觀測（定點、漂流）、海洋遙感（航空、航天）等，更先進的方法是水下、水面和空中遙感相結合的立體觀測。海洋水文觀測是隨著海上生產活動和航海事業的發展而發展的。大體經歷了三個時期。①19世紀以前。人們從事沿海生產活動，主要通過目測或簡單的邏輯推理，觀測海洋水文現象。15世紀開始海洋探險活動。1768～1779年英國J.庫克曾4次跨越大洋進行海洋考察，1772～1775年他首先完成了環南極航行，並通過科學考察，獲取第一批關於大洋深度、表層水溫及海流等資料。②19至20世紀中葉。隨著海洋學建立，海洋水文探測儀器的發展和在海洋探險、科學考察中的套用，海洋水文觀測的範圍、技術和調查內容等迅速拓展。1872～1876年，英國“挑戰者”號觀測船環球科學考察，遍及世界三大洋，在492個站位進行水深測量，在362個站位進行深海水文觀測，採集各種海洋動植物標本和海底底質樣品，編寫調查報告50卷。1925～1927年和1937～1938年，德國“流星”號海洋調查船分別在大西洋西部（20°N～65°S）和大西洋北部（20°N以北）進行水文觀測，前後共進行21個斷面、310多個水文站位的觀測，內容包括水文、氣象、生物、地質等，以觀測準確度高而著稱。第二次世界大戰後期，基於軍事海洋水文保障的需要，沿海國家在沿岸、附近島嶼及海上相繼建立了海洋水文固定觀測站，並由單船調查發展到多船聯合調查。許多調查船、商船或軍用船隻都配備了專用的海洋水文儀器和裝備，為系統地觀測和研究海洋提供了物質基礎。如使用溫度－深度儀，能連續記錄海洋上層幾百米內的溫度垂直分布；使用走航測流儀能在航行時測量海流。這一時期，對大洋溫度、鹽度的水平和垂直分布規律有了比較全面的了解，還先後發現海洋內波、海洋躍層、大洋聲道和赤道潛流等。③20世紀中葉以後。海洋水文觀測進入國際合作的新階段，技術、手段和方法發生深刻的變革，海洋水文觀測儀器逐步實現電子化，並從單項測量儀器發展到多要素的綜合測量儀器。特別是無人浮標站的套用、海洋衛星的問世和海洋遙感儀器的廣泛使用，逐步形成由空間、海面和水下構成的立體海洋觀測系統。套用海洋衛星、飛機、海洋調查船、海洋浮標、海洋潛標、岸邊測站、潛水器等作為觀測平台，通過各種測量儀器和傳輸手段，對資料進行同步（或準同步）採集、適時傳遞和自動處理，獲取多參數、完整的海洋資料，實現對海洋大面積、多層次的監測。隨著海洋科學和海洋技術的發展，各國軍用海洋水文觀測系統也在不斷加強和完善，先進的海洋觀測儀器、軍用海洋衛星和其他軍用海洋遙感設備，陸續用於軍事海洋水文保障業務，軍事海洋水文觀測理論和技術取得了歷史性的進展。海洋水文觀測主要分為直接觀測和遙感探測兩種。直接觀測是利用感應元件直接測量海水的物理或化學特性。根據感應元件對海洋水文要素變化產生的回響，測定海洋水文要素。感應元件的物理、化學性質與海洋水文要素間的關係，以及將其轉換成可直接測量形式的技術途徑，是直接觀測原理的核心部分。遙感探測是利用電磁波與海洋、大氣的相互作用以及海洋/大氣輻射傳遞原理，從被觀測目標之外的某一位置觀測海洋，提取或反演出海洋水文要素的時空分布狀況；尋求海洋、大氣信號與海洋狀態間的關係，發射、接收、處理和顯示海洋大氣信號物理特性的技術途徑，以及從海洋大氣信號中提取（反演）海洋信息的理論和方法，是遙感探測原理的核心部分。觀察和測量海洋水文要素及海洋現象的基本工具。通常指採樣、測量、觀測、分析和數據處理等設備。①按結構原理分為聲學式、光學式、電子式、機械式及遙測儀器等。②按運載工具分為船用、潛水器、浮標、岸站儀器和飛機、衛星等。③按操作方式分為投棄式、自返式、懸掛式、拖曳式儀器等。投棄式儀器使用時將其感測器部分投入海中，觀測的數據通過導線或無線電波傳遞到船上，感測器用後不再回收。自返式儀器觀測時沉入海水中，完成測量或採樣任務後卸掉壓載物，借自身浮力返回海面。懸掛式儀器利用船上的絞車吊桿從船舷旁送入海中，在船隻錨碇或漂流的情況下進行觀測。拖曳式儀器工作時從船尾放入海中，拖曳在船後進行走航觀測。④按觀測項目分為測深、測溫、測鹽、測流、測浪、測潮汐和海洋聲學參數儀器等。測深、測溫和測鹽儀器常使用電子式溫鹽深剖面儀（STD或CTD）、投棄式深溫計（XBT）、投棄式溫鹽深計（XCTD）、紅外輻射溫度計等。測流儀器常用的有轉子式海流計、電磁海流計、聲學都卜勒海流剖面儀等。測浪儀器常用的有測波桿、光學測波儀、壓力測波儀、聲學測波儀、加速度計測波儀等。測潮汐儀器主要有浮子式驗潮儀、壓力式驗潮儀、雷達測高儀等。海洋聲學參數儀器主要有吊掛式聲速儀、拋擲式聲速儀。隨著遙感技術、浮標、潛標等在海洋監測中的套用，海洋水文要素觀測手段和方式發生了很大的變化，基本實現了大範圍、長期、重複的海洋監測。根據特定要求安裝儀器並進行觀測工作的基點，包括天基、空基、岸基、海面和水下等觀測平台。①天基觀測平台。主要有人造地球衛星、宇宙飛船、空間站、空間實驗室、太空梭等，是用感測器在遠距離以非接觸方式探測海洋。②空基觀測平台。主要有飛機、飛艇、熱氣球等，因機動靈活、探測項目多、探測精度較高、接近海面等優點，常用於探測海底地形、水深、近岸海域海面溫度和水色，測定流凍的大小和厚度等。③岸基監測平台。主要藉助海洋水文觀測站、海洋站、驗潮站、浮標站、雷達站等，對沿海水文、氣象、生態環境等進行觀測；岸基地波雷達，可觀測200千米內的海面風、浪和流場等。④海面觀測平台。主要指海上平台觀測系統，可以監測惡劣海況下的最大陣風風速、波高、波向、水位、海流剖面等動力環境參數；船基觀測系統，可以定點或拖帶儀器，走航觀測多種海洋要素，並可採樣分析；錨泊資料浮標，浮標上裝載水文、氣象儀器及監測污染的感測器等可進行長期觀測，並通過衛星把數據送到岸站；漂流浮標，是監測大洋環流，提供海面溫度、氣象要素的重要手段，可在海面漂流，裝有衛星定位和通信系統，能將數據和本身位置通過衛星送到地面站。⑤水下觀測平台。主要有錨泊潛標，錨泊在水中長期觀測多種海洋要素；海床基觀測平台，觀測水下泥沙搬運過程，並通過噪聲測量觀測海面風暴；潛水器，可以用來觀測特定海域的海洋要素等。運用計算機對各種觀測手段獲取的海洋水文資料進行處理和管理，是現代海洋水文觀測中必不可少的環節。按時效一般分為實時資料和非實時資料處理兩大類。實時資料處理要求迅速、及時，主要通過電腦程式控制，將接收到的海洋水文資料直接輸入計算機，立即進行識別、格式檢驗、質量控制和分類編輯等，並按要求送往不同的終端，快速提供用戶使用；同時將資料存入載體，進行存檔並作為非實時資料處理使用。非實時資料處理沒有嚴格的時限要求，但要對資料進行嚴格的質量控制，形成規格和質量標準統一的數據集，再按需要進行統計分析形成各類產品（包括表格、圖形、圖像等）。由觀測平台和海洋水文觀測系統按技術規範組成的海洋水文觀測網路。任務是從空間、海面和水下等多方位、多途徑獲取海洋環境信息。組建軍用海洋水文觀測網，通常根據組網和戰區或軍種、兵種的需要，正確選擇觀測項目，恰當提出儀器的戰術、技術要求，合理確定觀測站點或觀測系統的空間布局和取樣時次，明確規定資料的傳輸處理規則等，以便取得最佳的觀測效果。觀測網大致可分為常規觀測網和專題觀測網：①常規觀測網。進行長期穩定的海洋水文、氣象觀測，為製作日常海洋水文預報、監測海洋災害、積累海洋水文和氣象資料等服務。②專題觀測網。根據海上作戰、訓練、武器試驗和軍事科研項目需要組建的海洋水文、氣象觀測網，可長期或臨時設定。隨著武器裝備和軍事海洋水文學的發展，軍事海洋觀測技術將朝著高精度、快速、同步、連續、實時的方向發展。主要特點是：①空間的探測以海洋遙感為主，進行海洋表面地形和物理狀態、海面風和浪、海洋上層水色和光學特性及海冰特性等要素的探測。②海面的探測以調查船和海洋浮標為主，進行次表層流、熱量擴散、水體混合、水團升降、營養鹽、化合物等物質的傳輸與種類變化和海冰下面海洋學過程的探測。③水下的探測以水聲技術為主，進行大洋內部結構和洋底探測。④觀測儀器主要朝著輕型化、遙測化、自動化、可移動式的方向發展。⑤沿海國家的戰場海洋水文監測和其他專項任務的輔助監測趨於系統和完善。

軍事海洋水文觀測

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