南海大型海洋观测网的阵型演化模拟与调控

论文摘要

在海洋强国战略的背景下,通过海洋观测技术对南海进行长期观测以实现南海透明化具有重要意义。Argo 海洋观测网（Array for Real-time Geostrophic Oceanography）以大量长期部署在全球海洋中的Argo浮标为节点对全球海洋进行观测。但Argo浮标不具有机动能力,虽然可以在一段时间内对南海进行持续观测,但最终将受海流影响离开南海范围。水下滑翔机作为一种依靠浮力驱动的自主水下航行器被广泛应用于海洋观测中。但其在运动过程中需要周期性的调整净浮力和姿态角以获得推进力,使得其与Argo浮标相比增加了能源消耗,降低了续航时间。而南海在水下100m深度仅有吕宋海峡和民都洛海峡两个出口,近似于封闭环境。这种地形环境使得用水下滑翔机对南海进行大范围观测时,在常规情况下可以任其随波逐流以降低能耗延长续航时间;但在特殊情况下,需要利用其机动能力调整自身位置以避免从南海出口逸出,实现对南海的长期观测。因此,本文提出了一种以大量圆碟形水下滑翔机为观测节点构建的南海大型海洋观测网,其在常规情况下对水下滑翔机节点采取零控制策略（不通过主动控制改变水下滑翔机节点的运动状态）,任其随海流自由运动,对南海进行动态观测;在特殊情况下对水下滑翔机节点进行控制,利用其机动能力避免从南海出口逸出以及完成其他特定任务。为了研究所提出的海洋观测网在零控制情况下的观测能力以及水下滑翔机节点的机动能力对海洋观测网的重要意义,本文对所提出的海洋观测网的阵型演化进行理论分析。全文共分为以下三个部分:第一部分通过对水下滑翔机节点的拉格朗日追踪建立海洋观测网的阵型演化模型;提出海洋观测网对目标区域观测能力的评价指标。第二部分对海洋观测网在零控制情况下的阵型演化进行一年的模拟并对其观测能力进行评价,结果表明海洋观测网在零控制情况下对南海具有一定的观测能力;通过对水下滑翔机节点的调控显著减少了其在南海出口的逸出数量,维持了海洋观测网在南海的稳定分布,表明所提出的海洋观测网可以实现对南海的长期稳定观测并且水下滑翔机节点的机动能力对海洋观测网具有重要意义。第三部分对海洋观测网在集中投放、对特定区域的重点观测以及对南海过境船只的监测等方面的应用进行了初步分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 海洋观测技术现状
•     1.2.1 卫星遥感观测
•     1.2.2 Argo海洋观测网
•     1.2.3 水下滑翔机
•     1.2.4 海底观测网
•   1.3 论文主要内容
• 2 海洋观测网的阵型演化模型及评价指标
•   2.1 引言
•   2.2 流场数据来源
•   2.3 海洋观测网的阵型演化模型
•   2.4 海洋观测网对目标区域观测能力的评价指标
•     2.4.1 观测覆盖率
•     2.4.2 均匀度
•   2.5 本章小结
• 3 南海大型海洋观测网的观测能力分析与出口调控
•   3.1 引言
•   3.2 南海大型海洋观测网阵型演化模拟
•   3.3 南海大型海洋观测网的观测能力分析
•     3.3.1 海洋观测网对南海内部非典型区域的观测
•     3.3.2 海洋观测网对南海东北部吕宋海峡附近区域的观测
•     3.3.3 海洋观测网对南海西部沿岸边界流区域的观测
•     3.3.4 海洋观测网对中尺度涡的观测
•   3.4 南海西边界流对海洋观测网的影响
•   3.5 出口分析与调控
•     3.5.1 吕宋海峡出口分析
•     3.5.2 民都洛海峡出口分析
•     3.5.3 调控后的出口逸出情况分析
•   3.6 本章小结
• 4 南海大型海洋观测网的应用浅析
•   4.1 引言
•   4.2 集中投放分析
•     4.2.1 在南海内部非典型区域内的集中投放
•     4.2.2 在南海东北部吕宋海峡附近区域的集中投放
•     4.2.3 在南海西部沿岸边界流区域的集中投放
•   4.3 对特定区域的重点观测
•   4.4 对南海过境船只的监测
•   4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 武相丞

导师: 王天霖

关键词: 水下滑翔机,海洋观测网,拉格朗日追踪

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 大连海事大学

分类号: P714

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.001656

总页数: 92

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