走航ADCP数据处理与质量控制方法研究_杨锦坤.pdfVIP

第 28 卷 第 6 期 海 洋 通 报 Vol. 28 ，No. 6 2009 年 12 月 MARINE SCIENCE BULLETIN Dec., 2009 走航 ADCP 数据处理与质量控制方法研究 杨锦坤，相文玺，韦广昊，纪风颖 （国家海洋信息中心，天津 300171 ） 摘 要：介绍了声学多普勒流速剖面仪 ADCP 测流的基本原理和利用 ADCP 自带软件进行原始数据处理过程中需要设置的关键参数； 着重论述了 ADCP 数据标准化处理和质量控制方法的研究，并利用实测数据对研究方法进行了验证。结果表明，本文研究的方法针 对 ADCP 底跟踪观测数据处理效果良好，并可为 GPS 跟踪模式下的 ADCP 数据处理和质量控制提供可行的技术参考。 关键词：ADCP ；数据处理；质量控制；底跟踪；GPS 跟踪 中图分类号：P731.1 文献标识码：A 文章编号：1001-6932 2009 06-0101-05 声学多普勒流速剖面仪 Acoustic Doppler Current Profiler, ADCP 是目前国际上测量多层海流剖面的 最有效方法。自 20 世纪 70 年代末以来，ADCP 仪器制造与观测技术快速发展，国际上出现了多种类型的 ADCP ，如AMETEK ，FURUNO ，RDI ，SONTEK 和 NORTEK ，等等。自20 世纪 90 年代初开始，国际上 的大型海洋研究项目如TOGA，WOCE ，WEPOCS 等都使用了 ADCP ，ADCP 在当时也被海委会正式列为 [1] 4 种新型先进海洋观测仪器之一 。国内外海洋工作者针对 ADCP 的制造、观测、数据处理等方面进行了 大量的研究，但是目前 ADCP 的数据后处理和质量控制尚未形成统一通用的规范和标准。ADCP 生产商提 供的说明文档也主要侧重于 ADCP 的观测、维护等，对ADCP 的数据后处理和质量控制涉及很少。本文在 介绍了 ADCP 测流基本原理的基础上，以 VmDAS 和 WinRiver 为例，指出了 ADCP 自带软件用于原始数 据处理的关键参数以及 WinADCP 导出原始数据的有关设置；重点介绍了 ADCP 数据标准化处理和质量控 制的研究方法，并以 VmDAS 数据为例，检验了该方法的处理效果。 1 ADCP 测流基本原理 ADCP 通过测定声波入射到海水中微颗粒后向散射在频率上的多普勒频移，从而得到不同水层水体的 [2] 运动速度。多普勒频移是指回波频率与发射频率之间的频率变化，可表示为 ： V Fd 2F 1 C 式中：Fd 为声学多普勒频移；F 为 ADCP 发射频率；V 为颗粒物沿声束方向的移动速度（即沿声束方向的 C 为声波在水中的传播速度。式 1 中的“2”是因为 ADCP 发射并接收回波，所以多普勒频移 水流速度）； 加倍。 假定水体中颗粒物的运动速度与水流速度相同，ADCP 通过跟踪颗粒物的运动（“水跟踪” ），测定水流 相对于 ADCP （也即测船）的速度，此速度扣除船速后，即得水流相对于地球坐标系的绝对速度。船速主 要通过跟踪水底的“运动” （“底跟踪” ）或GPS 跟踪（两点间距除以跟踪时间）测定。如果观测区域水深满 足 ADCP 底跟踪条件并且水底不存在“动床效应”，“底跟踪”为首选的船速测定方式；否则须采用 GPS 跟踪 定位测定船速，但限于 GPS 的定位精度，需要进行GPS 误差订正和系统误差的校正。 2 ADCP 原始数据处理 ADCP 原始数据处理，主要是指将 ADCP 原始二进制文件导出为 TXT 或 MAT 文件，以供数据后处理 和质量控制使用。ADCP 原始数据的导出，可以利用自制的程序或软件实现，但对于一般用户来说，利用 ADCP 自带软件进行原始数据的处理是较为方便和易学的首选方式。本文主要介绍利用 ADCP 自带软件 WinADCP 导出 VmDAS 和 WinRiver 的底跟踪和GPS 跟踪模式的观测数据的关键参数设置[3-5] 。 收稿日期：2008-12-29 ；收修改稿日期：2009-06-01 102 海 洋 通 报 28 卷 2.1 WinADCP 公共参数设置 公共参数主要通过“WinADCP Chart Options”菜单下的“Profile”，“Series”，“Ancillary”和“Processing”模 块进行设置。 “Profile”，“Series”和“Ancillary”模块下，“Scale”用于设置各质量控制参数的范围，一般情况下，回波 强度 Echo Intensity 50~200 counts