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海洋观测技术与观测仪器及其发展

时间:2021-05-11 来源:中国测绘学会 点击:

海洋观测是研究海洋、开发海洋、利用海洋的基础,作为海洋科学和技术的重要组成部分,在维护海洋权益、开发海洋资源、预警海洋灾害、保护海洋环境、加强国防建设、谋求新的发展空间等方面起着十分重要的作用,也是展示一个国家综合国力的重要标志。早在上世纪80年代中期,海洋发达国家就相继出台海洋科技与开发战略,进入21世纪后,国际政治、经济、军事围绕着海洋活动发生了深刻的变化,在新的海洋战略及其军事需求牵引下,各国相继调整战略,进一步加大了对海洋观测领域的投入。

 

 

 
海洋技术的演进

 

海洋技术的发展最早起源于船舶技术发展需求,由于罗盘技术广泛地应用于航海,加上前人积累的牵星术、地文、潮流、季风等航海知识,以及造船技术的发展,促进了海洋技术的发展。正如海洋测绘技术起步于船舶安全航行需求,故被称之为海道测量。

 

1872年12月7日至1876年5月26日,英国2300吨排水量的“挑战者”号海洋科考船三年半时间的海上考察活动,开启了近代海洋科学研究历史。这一次行程由英国爱丁堡大学的C.W.汤姆逊领导,船上配备了当时世界上最先进的海洋科学仪器和技术设备,对除北冰洋以外的世界各大洋开展了水文调查、深度测量、深水拖网、温度测定等等技术工作,得到了海洋深层水温分布数据,发现了4400多种海洋生物,绘制了等深线图,首次采集到锰结核,并发现了深海软泥和红土,等等。

 

在那个年代,回声原理已经被发现,像温度和压力传感器也逐渐被应用于水下作业,拖网、海水采样器、沉积物采样设备等这些机械式仪器设备,也被大量发明并得到应用。这些海洋技术装备与海洋科学考察成果,为现代海洋地质、海洋化学、海洋生物等研究,奠定了坚实的基础。

 

上世纪40年代冯诺曼发明了计算机技术,把海洋技术带入了自动化时代,极大地推动了海洋科学研究与海洋事业发展,其中水声技术的发展和潜水器的出现,是自动化海洋技术发展的重要标志。1917年法国科学家朗之万基于压电效应原理发明了晶体和钢组成的声学换能器,从而产生了世界上第一台回声测深仪。

 

鉴于声音在水中的优良传播特性,使得水下声学技术,成为海洋技术的重要理论与工作基础。人们利用声波的特征,可以进行水下测深的应用,甚至开展深海海底地形地貌的测量,进行海洋探测、水下通讯和水下定位导航等工作。除了回声测深仪之外,还有侧扫声呐(海底地貌仪)、多普勒声呐、ADCP流速测量仪、鱼探仪、水声通讯系统等等。海洋声学技术与装备,成为当今海洋技术中不可或缺的重要组成部分。

 

潜水器,顾名思义就是具有水下作业能力的潜水装置或搭载平台,有无人和载人之分,主要用来执行水下任务,如水下观测、海底勘探、水下采样、水下作业等工作。上世纪30年代,在瑞士出现了世界上第一台名为“费恩斯-1”号潜水器,由皮卡尔教授发明,开创了潜水器技术的历史。可以说,潜水器的出现,成了海洋技术最重要的研究方向,也可称之为海洋技术的“皇冠”。