海洋工程基礎(chǔ)

內(nèi)容簡介

海洋是人類生存環(huán)境中最重要的一部分，有志于成為船舶與海洋工程專業(yè)工程師的學(xué)子們有必要先對海洋工程有一個總的、較全面的了解?！逗Ｑ蠊こ袒A(chǔ)》內(nèi)容豐富全面、涵蓋了船舶、探測等各個方面。

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隨著航天和航空遙感技術(shù)的發(fā)展，航天和航空遙感技術(shù)逐漸應(yīng)用于海洋探測，形成天基海洋環(huán)境遙感。天基海洋遙感具有觀測范圍廣、重復(fù)周期短、時(shí)空分辨率高等特點(diǎn)，可以在較短時(shí)間內(nèi)對全球海洋成像，可以觀測船舶不易到達(dá)的海域，可以觀測普通方法不易測量或不可觀測的參量，成為繼地面和海面觀測的第二大海洋觀探測平臺，也成為發(fā)達(dá)國家竭力爭奪的海洋高科技之一。近年來，美國、歐洲、日本等航天大國相繼制定了相應(yīng)的海洋發(fā)展規(guī)劃。

海洋觀測技術(shù)衛(wèi)星遙感觀測

國外已經(jīng)陸續(xù)發(fā)射了多顆海洋水色衛(wèi)星、海洋地形衛(wèi)星和海洋動力環(huán)境衛(wèi)星。

1）SeaStar衛(wèi)星

1997年8月，美國發(fā)射了SeaStar海洋水色衛(wèi)星。星上裝載有第二代海洋水色傳感器，共有8個通道，前6個通道位于可見光范圍，7、8通道位于近紅外，中心波長分別為765nm和865nm；地面分辨率為1．1km，該衛(wèi)星現(xiàn)仍在運(yùn)行。

2）EOS衛(wèi)星系列

EOS系列中的EOS－AM衛(wèi)星主要用于陸地和大氣觀測、物理和化學(xué)、氣候環(huán)境調(diào)查。第一顆EOS－AM衛(wèi)星Terra于1999年12月18日發(fā)射。EOS－AM1衛(wèi)星裝載五個主要儀器：中分辨率成像光譜儀（MODIS－N）、先進(jìn)星載熱發(fā)射和反射輻射器（ASTER）、多角度成像光譜儀（MI－SR）、云和地球輻射能量系統(tǒng)（CERES）和對流層污染儀（MOPITT）。EOS－PM衛(wèi)星共計(jì)三顆，第一顆EOS－PM衛(wèi)星Aqua于2002年5月4日發(fā)射；EOS－PM2衛(wèi)星Aura于2004年7月15發(fā)射；EOS－PM3于2010年12月發(fā)射。

EOS－PM衛(wèi)星裝載的儀器有：先進(jìn)的微波探測器（AMSU）、微波濕度探測器（MHS）、云和地球輻射能量系統(tǒng)（CERES）、中分辨率成像光譜儀（MODIS－N）、大氣紅外探測器（AIRS）、多通道微波成像輻射器（MIMR）。

3）Geosat衛(wèi)星

1985年3月，美國海軍發(fā)射了Geosat大地測量衛(wèi)星，也是一顆海洋地形衛(wèi)星，星上裝載的唯一傳感器是一部Ku波段（13．5GHz）的雷達(dá)高度計(jì)。該衛(wèi)星以軍用為主，用于測量海洋表面有效波高，研究地球重力場、海潮和海面地形等，鑒于衛(wèi)星軌道誤差大（50cm）和數(shù)據(jù)保密等原因，沒有得到廣泛應(yīng)用。1998年2月，美國海軍又發(fā)射了Geosat的后繼衛(wèi)星GFO－1，運(yùn)行至今。

海洋觀測技術(shù)航空海洋觀測

航空海洋探測采用固定翼飛機(jī)和無人機(jī)為傳感器載體，具有機(jī)動靈活、探測項(xiàng)目多、接近海面、分辨率高、不受軌道限制、易于海空配合而且投資少等特點(diǎn)，是海洋環(huán)境監(jiān)測的重要遙感平臺，通過搭載的微波和光學(xué)遙測設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)獲取大氣海洋環(huán)境資料。在軍事上，由于無人機(jī)可有效減少人員傷亡，得到了廣泛應(yīng)用。典型代表有美國的“全球鷹”、“捕食者”，澳大利亞的Aerosonde等無人機(jī)。

經(jīng)過多年的發(fā)展我國已建成了包括海洋站、浮標(biāo)、調(diào)查觀測船、海監(jiān)飛機(jī)，以及利用國外遙感衛(wèi)星資料的海洋環(huán)境初級監(jiān)測網(wǎng)，但是和國外發(fā)達(dá)國家相比還存在著以下兩個方面的不足：

1）起步晚，能力弱

我國的海洋科學(xué)研究起步較晚，海洋觀測能力建設(shè)與國際發(fā)達(dá)國家相比差距較大，觀測內(nèi)容少，精度低，無法滿足現(xiàn)代海洋軍事活動的需要。觀測僅以岸基站常規(guī)監(jiān)測為主，主要依靠國家海洋局的若干觀測站、固定浮標(biāo)以及少量ARGO浮標(biāo)，以及近年來建立的海底觀測網(wǎng)，缺少海上固定式長期海洋綜合觀測平臺，無法滿足海洋科學(xué)研究長期、連續(xù)、實(shí)時(shí)、多學(xué)科同步的綜合性觀測要求。而美國有基于NOAA的90個浮標(biāo)、60多個海岸自動觀測網(wǎng)以及多源衛(wèi)星構(gòu)成的海洋動力環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)。

2）時(shí)空覆蓋范圍與監(jiān)測尺度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠

我國有一系列關(guān)系國計(jì)民生和國防安全的海洋問題亟待研究與解決，但是由于缺少水下觀測節(jié)點(diǎn)，加之國外遙感衛(wèi)星資料來源十分有限，因此對第二島鏈附近相關(guān)海域、臺灣周邊、南海及重要出海通道的監(jiān)測能力十分薄弱；缺少水下自主浮動節(jié)點(diǎn)，只能觀測點(diǎn)、面或某一層次的海洋環(huán)境要素，立體探測能力幾乎是空白，缺乏重要海域的長期斷面觀測數(shù)據(jù)；和海軍活動、水下資源開發(fā)密切相關(guān)的深、遠(yuǎn)海立體監(jiān)、探測技術(shù)尚處于空白階段，無法滿足我海軍走向大洋，成為藍(lán)水海軍的需求。未來需要在以下幾個方面應(yīng)加大投入力度：

1）大力發(fā)展基于衛(wèi)星的全球海洋環(huán)境探測體系，同時(shí)發(fā)展基于無人機(jī)的區(qū)域海洋環(huán)境機(jī)動探測系統(tǒng)，兩者相輔相成，優(yōu)勢互補(bǔ)。

2）建立高密度立體觀測網(wǎng)絡(luò)，從總體上看，國際海洋觀測的目標(biāo)是建立全球聯(lián)網(wǎng)的立體觀測系統(tǒng)，已發(fā)展起包括衛(wèi)星遙感、浮標(biāo)陣列、海洋觀測站、水下剖面、海底有纜網(wǎng)絡(luò)和科學(xué)考察船的全球化觀測網(wǎng)絡(luò)。因此要有針對性地在關(guān)鍵海區(qū)建立多參數(shù)長期、立體、實(shí)時(shí)監(jiān)測網(wǎng)，有效、連續(xù)地獲取和傳遞海洋長時(shí)間序列綜合參數(shù)。要加大重要現(xiàn)象與過程機(jī)理的強(qiáng)化觀測力度，綜合運(yùn)用各種先進(jìn)的傳感器和觀測儀器，如將聲學(xué)、遙感等手段更多地運(yùn)用于海洋觀測，使得點(diǎn)、線、面結(jié)合更為緊密，對區(qū)域進(jìn)行有效監(jiān)控。

3）發(fā)揮各行業(yè)優(yōu)勢提升科技創(chuàng)新水平，由于海洋監(jiān)測技術(shù)涉及的學(xué)科繁多，且一個單位或一個團(tuán)體又不可能在海洋監(jiān)測技術(shù)各學(xué)科都處于領(lǐng)先地位，因此就必須先梳理海洋觀測技術(shù)核心技術(shù)，緊跟該領(lǐng)域世界發(fā)展潮流[9～11]，提出一批極具核心競爭力的關(guān)鍵技術(shù)，在全國范圍內(nèi)廣泛尋找有實(shí)力的研究隊(duì)伍，通過一定的組織形式，將海洋科研院所、高校和軍工單位、地方企業(yè)有序的聯(lián)合起來，充分發(fā)掘海洋監(jiān)測技術(shù)與其它行業(yè)的共性技術(shù)，相互借鑒，取長補(bǔ)短，構(gòu)建一支高效穩(wěn)定的海洋觀測技術(shù)科研團(tuán)隊(duì)和人才梯隊(duì)以不斷提升海洋觀測的竟?fàn)幜Α?2100433B