安德拉海流計的觀測數據處理與誤差分析是一項系統工作,旨在確保海流數據的準確性和可靠性。下面這個流程圖概括了其核心環節,之后我會為你解析每個階段的要點。
一、數據處理的關鍵步驟
海流觀測的最終結果是經過一系列嚴格處理后的數據。上圖展示了從原始數據到最終數據產品的核心流程,具體每一步的操作要點如下:
1、數據解碼與提取:安德拉海流計的數據通常以特定格式存儲在記錄器(如SeaGuard II)或存儲卡中。第一步是使用軟件(如安德拉實時數采軟件)將十六進制(HEX)等原始數據解碼為可讀的工程單位(如cm/s,°C)。
2、坐標系統轉換:這是核心環節。海流計測量的是相對于儀器自身的流速。要得到真實的地理方位(正北流向),必須利用儀器內置的固態電子羅盤進行轉換。同時,儀器可能因水流沖擊發生傾斜,內置的傾斜傳感器會進行補償,確保水平速度計算的準確性。
3、數據質量控制(QC):此階段旨在識別并處理不可靠數據。
- 可疑值/異常值識別:檢查數據是否在合理范圍內(如流速是否超出0-300 cm/s的量程)。
- 相關性檢查:對于采用Janus配置(四個換能器)的聲學多普勒剖面傳感器(如DCPS),可以通過比較四個波束計算的垂直速度估計值,來評估數據在水平均勻性假設下的合理性。若某一換能器數據因系泊纜等干擾失效,還可利用其余三個換能器計算三波束解。
4、矢量平均與合成:海流是矢量。處理時通常先計算北向和東向的分量,再對這些分量進行平均,最后合成得到測量時段內的平均流速和流向。這種方法比直接對速度和方向進行算術平均更科學。
5、潮汐濾波與分離:海流觀測數據通常是潮流和余流的合成。為分離它們,需對長時間序列數據(通常≥25小時)進行潮汐濾波(如使用低通濾波器濾除短周期變化)或調和分析,從而分離出周期性潮流和非周期性的余流。

二、主要誤差來源及其分析
| 誤差類別 | 具體來源 | 影響與分析 |
| 儀器自身誤差? | 流速傳感器的精度(如±0.15 cm/s)和流向傳感器的精度(如±5°)。這是無法避免的固有誤差。 | 通常較為固定,可在后期校正中部分修正。 |
| 環境干擾誤差? | 系泊系統干擾:海流計及其系泊纜、浮子等會干擾流場,尤其在測量表層流時 | 可能導致數據偏離真實值,需通過合理布放設計(如使用前向測量模式降低纜繩渦流干擾)和數據處理(如識別并剔除明顯受干擾的數據段)來減小 |
| 水體特性影響:聲學多普勒海流計的測量依賴于水中足夠的散射體(如懸浮顆粒、浮游生物)。若水體過于潔凈,散射信號弱,信噪比降低,會增加測量誤差。 | |
| 布放與操作誤差? | 儀器傾斜:雖然內置傳感器會補償,但若傾角過大(如調查船布放時鋼絲繩傾角超過10°),需進行深度訂正 | 可能引入顯著誤差,需記錄布放參數以便校正。 |
| 背景噪聲:例如在聲學多普勒海流計測量深度較大時,有效信號減弱,噪聲影響相對增強 | 可通過設置合理的信號強度閾值來識別。 |
三、提升數據可靠性的建議
為獲得更可靠的數據,建議:
1、優化布放:精心設計系泊系統,盡量減小對流場的干擾。確保海流計處于預定水層,并記錄準確的布放時間和位置。
2、同步觀測:同步觀測溫度、鹽度(電導率)、深度等參數,有助于數據分析和質量評估。
3、比測驗證:在重要研究中,可與其他可靠儀器(如船載ADCP)進行同步比測,驗證數據一致性。