UCTD海上比测方法探讨

胡 波，李 晖，张 川

（1.国家海洋标准计量中心，天津 300112；2.国家海洋技术中心，天津 300112）

UCTD海上比测方法探讨

胡 波1，李 晖2，张 川1

（1.国家海洋标准计量中心，天津 300112；2.国家海洋技术中心，天津 300112）

在海洋勘测工作中，对于海洋动力学参量——电导率、温度、深度的测量是最为基础和重要的监测内容。拖曳式温盐深剖面测量系统（Underway Conductivity Temperature Depth Measure System，简称UCTD）是最新发展起来的一种高技术走航CTD剖面测量装置。文中介绍了UCTD海上定点比测试验，通过分析比测试验的结果，验证了此仪器各参量的测量性能，并分析造成各设备测量差别的原因，为此类仪器的研制及校准工作提供了参考依据。

UCTD；定点比测；数据处理

我国拥有18 000 km海岸线，300多万km2管辖海域。近年来，海洋观测和监测越来越被人们所重视，而我们的观测和监测仪器还主要依赖于进口。为改变这种现状，国家863项目重点扶持了一批国产的海洋观测、监测仪器的研制项目。为了验证这些仪器在海洋环境中运行的可靠性及测量数据的准确性，对其进行现场比测[1]是最为有效的检验方法。

温度、盐度（电导率）、深度是海洋动力学中最重要的3个参量，对这些基本海水性质参量的分布规律及变化的描述与分析，在物理海洋及海洋地质、化学、生物等各个学科的研究中，都有着举足轻重的地位[2]。拖曳式温盐深剖面测量系统（Underway Conductivity Temperature Depth Measure System，简称UCTD）是目前最新发展起来的一种高技术走航CTD剖面测量装置，可给出高密度的海水温度、电导率剖面数据，用于描述海洋水体的精细温盐结构及其时空特征和规律。按照CTD测量装置所在载体的运动状态不同可分为两种测量方式：船舶定点测量和走航测量。UCTD的探头体积小、重量轻，利用安装在船上的轻便专用绞车进行投放和回收，可在船只航行过程中快速、大范围地完成CTD剖面测量，回收后可重复使用，具有突出的高效、低成本的特点和推广应用价值，受到海洋学家和海洋工作者及军方的高度关注和重视。UCTD剖面测量系统组成如图1所示。

本文中介绍了对于国产研制的UCTD的比测方法，采用定点比测的形式对仪器各参量的性能进行考察，通过对实验数据的分析比较，得出结论。

1 比测方法

所谓比测，是指在规定条件下，对相同准确度等级的同种计量基准、标准或工作计量器具之间的量值进行的比较。用作比测的计量基准、标准或工作计量器具必须经计量检定确认合格，同时还应按照经合法程序认定的 “比测方法”进行。所谓现场校准或现场比测，则是在测量仪器或测量系统的使用现场进行的校准或比测。

针对UCTD的特点，最理想的比测方法是被测仪器与参比仪器工作环境、条件完全一致，但由于实际工作中的限制，无法达到此理想状态，具体分析如下：

思路1：该仪器为走航式测量仪器，能否找到一种仪器固定在UCTD探头上同时进行拖曳测量，进行比测？理论上可行，然而如果固定别的设备到UCTD探头上，其流线型设计和自身的性能肯定会受到影响，此方法无法保证UCTD测量的准确性。

思路2：可否在走航过程中用两条线缆分别拖曳两个仪器?答案也是否定的，由于海流和海浪的作用，两条线缆很容易纽结在一起，造成回收过程中海洋仪器的丢失。

思路3：既然不能在走航过程中比测，还可以考虑停航时的定点比测。在UCTD下放和回收时分别做定点比测，无论是被测的UCTD还是作为参比的高精度CTD，在这两个定点的数据都是可靠的。

图 1 UCTD剖面测量系统组成

按照思路3的比测过程，具体操作为：在停航情况下，先投放UCTD，然后下放高精度的其它类型的CTD，比较两者下降过程中的数据；或者先下放高精度CTD，回收完成后迅速下放UCTD，比较CTD上升过程和UCTD下降过程的数据。

2 数据处理方法

将CTD的数据转化为按照压力1 db变化的形式，再利用差值法将UCTD数据也做同样形式的转换，然后比较两者同一压力下的温度、电导率和盐度数据，求其相关系数、误差和标准差等。

本文以国家海洋技术中心研制的UCTD和美国海鸟公司生产的SBE911plusCTD为例，进行说明。UCTD和SBE911plusCTD的技术指标对比见表1。

取两者在一个3 000 m水深的站位的数据进行比测，以SBE911plusCTD的数值为约定真值，然后比较UCTD与它在同一压力下的温度、电导率和盐度误差，比较各项参数随压力变化的趋势，统计结果见表2，变化曲线如图2所示：

图2 比较UCTD与SBE911plus CTD各项参数随压力变化的趋势曲线

表1 UCTD和SBE911plusCTD技术指标对比

3 结论

通过表2和图2的曲线分析可知：温度、电导率和盐度数据存在较好的一致性，如相关系数都在0.99以上，但温度、电导率和盐度在浅水区和跃层存在较大的误差。当然该结果也与海况有很大关系。通过定点比测试验为此类仪器的研制及校准工作提供了参考依据。

表2 D3000_2站位比测结果统计表

[1]赵维三,李希玲.海洋监测仪器的现场校准和比测[J].气象水文海洋仪器,2004,(1):52-54.

[2]袁志伟,赵忠生,郭心顺.温盐深剖面仪技术改造研究[J].海洋技术,2009,28(4):11-13.

[3]冯士筰，李凤岐，等.海洋科学导论[M].北京：高等教育出版社，1999.

Abstract：The conductivity,temperature and depth is the most fundamental and important measurement elements for marine monitoring and investigation.The UCTD (Underway Conductivity-Temperature-Depth)is a new ships sailing upper ocean temperature and salinity section survey device.The UCTD prototype in-situ comparison test is introduced.The analysis result verified the measurement performance of UCTD.The measurement errors are analyzed to provide a reference for the following work.

Key words：UCTD;in-situ comparison test；data processing

Comparison Test Method of Underway Conductivity-Temperature-Depth Measure System in the Ocean

HU Bo1,LI Hui2,ZHANG Chuan1
（1.National Center of Ocean Standard and Metrology,Tianjin 300112,China;2.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China）

P716

B

1003-2029（2011）01-0041-03

2010-05-28

国家高技术研究发展（863）计划——海洋动力参量拖曳式剖面测量系统（UCTD）技术研究资助项目（2006AA09A307-02）