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                    “海上絲綢之路”·海洋環境與新能源數據集 II 區論文(已發表) ? 版本 ZH4 Vol 5 (4) 2020
                    下載
                    2014–2015年東海站06號浮標溫鹽深剖面觀測數據集
                    A dataset of temperature, salinity and depth profile of sea water based on No.6 Buoy of East China Sea Observation Station during 2014–2015
                    賈思洋,劉長華,王春曉,王旭
                    ?>>
                    : 2019 - 12 - 30
                    : 2020 - 05 - 18
                    : 2020 - 01 - 08
                    : 2020 - 12 - 27
                    极速快三
                    2423 22 0
                    摘要&關鍵詞
                    摘要:溫鹽深是反應海洋物理學特性的重要參數,是海洋水文觀測的基本要素。為獲取東海海域水體的溫鹽深剖面觀測數據,中國科學院海洋研究所于2014年10月開始依托中國近海海洋觀測研究網絡東海站06號海洋綜合觀測浮標系統,采用錨鏈懸掛方式共獲取到4個水層、連續412 d的溫鹽深數據。為了更好地利用這些來之不易的觀測數據,我們采用規范的數據處理方法和質量控制體系對觀測數據進行預處理,為科研工作者提供申請下載服務,為海洋科學研究和防災減災提供基礎數據支撐。
                    關鍵詞:溫鹽深;剖面觀測;東海;浮標;觀測數據集
                    Abstract & Keywords
                    Abstract:?Temperature, salinity and depth are important parameters that reflect the ocean physical properties as well as the basic elements of ocean hydrological observation. Multi-layered water observation data of temperature, salinity and depth are obtained by Institute of Oceanology of the Chinese Academy of Sciences (IOCAS), which has used the ocean observation buoy system No.6 of East China Sea station of an offshore marine observation and research net-work (OMORN) in October2014. Self-contained combined sensors are mounted on mooring chains to obtain 412 days of temperature, salinity and depth observational data in four layers . In order to make better use of these data, we adopt standard data processing methods and quality control system. In addition, download services are available for users. These data provide support for marine scientific research and for disaster prevention and mitigation.
                    Keywords:?temperature-salinity-depthobservational data;?profile observation;?East China Sea;?buoy;?dataset of marine observation
                    數據庫(集)基本信息簡介
                    數據庫(集)名稱2014–2015年東海站06號浮標溫鹽深剖面觀測數據集
                    數據作者賈思洋、劉長華、王春曉、王旭
                    數據通信作者劉長華(lch@qdio.ac.cn)
                    數據時間范圍2014年10月至2015年11月
                    地理區域觀測區域為東海舟山群島的海礁島附近海域。此次試驗期間,06號浮標因受2015年第9號臺風影響移位2海里(因位移時間短,且路徑不規則,此處不展開)。具體坐標信息為:2015年07月11日03時之前30°42.93′N、123°8.11′E;2015年07月12日0時開始30°44.02′N、123°6.19′E。
                    數據量56.6 MB
                    數據格式*.xls
                    數據服務系統網址http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/931
                    基金項目中國科學院戰略性先導科技專項(XDA1906020303);國家發展和改革委員會促進大數據發展重大工程(2016-999999-65-01-000696-04);國家自然科學基金(41876102)。
                    數據庫(集)組成本數據集為表格型數據,數據集名為“2014–2015年東海海域溫鹽深剖面觀測數據.zip”,包括8個采集周期、4個剖面水層的共48個數據表(格式為xls),56.6 MB。每一個表按照站位、層數、有效采集日期、參數類型命名。
                    Dataset Profile
                    TitleA dataset of temperature, salinity and depth of sea water based on No.6 buoy of East China Sea Observation Station during 2014–2015
                    Data corresponding authorLiu Changhua (lch@qdio.ac.cn)
                    Data authorsJia Siyang, Liu Changhua, Wang Chunxiao, Wang Xu
                    Time rangeFrom October, 2014 to November, 2015
                    Geographical scopeThe observation area is near Haijiao island of the Zhoushan Archipelago in the East China Sea. The buoy was shifted 2 miles by the typhoon of “CHAN-HOM” (Because the shifting time is short and the moving path is irregular. No further details are given here). The old station was located at 30°42.93′N, 123°8.11′E before 3a.m. on July 11, 2015.After typhoon of “CHAN-HOM”, it was located at 30°44.02′N, 123°6.19′E on July 12, 2015.
                    Data volume56.6 MB
                    Data format*.xls
                    Data service system<http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/931>
                    Sources of fundingStrategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (XDA1906020303); National Development and Reform Commission Promotes Big Data’s Major Project for Development (2016-999999-65-01-000696-04); National Natural Science Foundation of China (41876102).
                    Dataset compositionThe dataset is presented in the form of a table, and named “A dataset of temperature, salinity and depth profile of sea water based on No.6 Buoy of the East China Sea Observation station in 2014–2015.zip”. The dataset consists of 48 tables, including eight observation periods and four profiles. Each table is named by buoy No., layer, year, date of effective observation and parameter code.
                    引 言
                    海洋覆蓋了地球表面積的70%以上,與人類生活息息相關,隨著全球氣候快速變化,研究海洋的重要性日益凸顯,而觀測技術的發展是促進海洋科學走向成熟的關鍵因素之一[1]。目前海洋科學發展所依賴的海洋數據獲取方式正在從“考察”向“觀測”轉變,而且海洋環境觀測已進入從空間、沿岸、水面及水下對海洋環境進行全方位、全天候立體觀測的時代[2]。
                    海水的溫度、鹽度和深度是最基本的海洋水文參數,是研究物理海洋學的基礎,同時在**上也具有非常重要的意義,如潛艇的隱蔽、通信、攻擊及艦艇和飛機的探潛和反潛行動等均受海水溫度、鹽度和深度變化的影響[3]。鑒于溫鹽深觀測參數的重要性,為實現對海面以下溫鹽深參數長期、連續的定點剖面觀測,國際上眾多海洋研究機構和海洋儀器設備公司已經做了大量開創性的工作,在觀測方法的設計思路上提供了很好的借鑒,同時也獲得了許多極其寶貴的溫鹽深觀測數據[4]。但受限于中國近海漁業捕撈現狀,國外先進的定點溫鹽深觀測系統在中國近?!八敛环?,存在難以穩定運行和借鑒的現象。
                    相比較而言,我國在定點溫鹽深觀測技術研制方面遠落后于世界先進水平,主要受限于通信技術、核心傳感器控制技術、結構設計和材料加工技術,以及水下電源供給方面的技術不足。雖然整體技術落后,但我國也在適合用于中國近海定點溫鹽深參數的長期觀測系統的穩定獲取方面做了許多嘗試,并取得了長期穩定可靠的定點溫鹽深數據[5-6]。例如,中國科學院海洋研究所于2014年開始,以中國近海海洋觀測研究網絡東海海洋觀測研究站的06號海洋綜合觀測浮標系統為載體,開展了錨鏈自容式剖面溫鹽深定點觀測試驗,獲取到東海海礁海域連續8個周期、共412天、4個剖面水層的溫鹽深數據,剖面水體連續觀測時長為中國近海海域之最。
                    本數據集包括觀測數據格式為xls,共48個文件,可為科學研究、經濟發展和區域環境保護提供基礎數據支撐。
                    1 ? 數據采集和處理方法
                    1.1 ? 浮標站位情況
                    為了獲取長期連續的中國近海海洋環境綜合信息,中國科學院海洋研究所于2007年開始進行中國近海海洋觀測研究網絡黃海海洋觀測研究站和東海海洋觀測研究站(簡稱“黃海站”和“東海站”)建設。其中東海站06號浮標(簡稱“06號浮標”)自2009年8月布放在舟山群島嵊山島以東的海礁附近海域(30°42.91′N,123°08.11′E,圖1)[7],至今已連續運行超十年。06號浮標為直徑10 m的大型海洋綜合觀測浮標系統,常規觀測參數包括風(風速、風向)、氣壓、氣溫、濕度、能見度、水溫、鹽度、葉綠素、濁度、波浪(波高、波周期、波向)、海流(流速、流向)。該浮標常規采集的所有數據經過初步數據質量控制后匯交至中國科學院海洋研究所海洋科學大數據中心。


                    圖1 ? 黃海站、東海站浮標站位分布
                    1.2 ? 數據采集方式
                    此次數據采集共設計了4層(圖2),包括水面0 m層、水下10 m層、水下20 m層、水下30 m層[8]。


                    圖2 ? 溫鹽深觀測方式示意圖
                    水面0 m層即該海域的表層溫鹽數據,也就是06號浮標常規觀測的溫鹽數據,理想狀態下位于水下1.0 m位置。水面0 m層采用直讀式溫鹽傳感器,由浮標的數據采集器定期進行數據采集,然后經過數據預處理、存儲、傳輸、解析、處理、入庫等流程,實時傳輸至陸基接收站(圖3),方便實時掌握溫鹽傳感器所采集的數據質量,以便及時發現問題進行現場維護。


                    圖3 ? 浮標常規數據實時接收界面
                    水下的剖面溫鹽深數據共3層(水下10 m層,水下20 m層,水下30 m層),采集方式為以06號浮標的10 m浮標為載體,將自容式溫鹽深傳感器集成于易在錨鏈端固定和拆卸的傳感器安裝籠中,然后由潛水員依次下潛將傳感器安裝籠固定于錨鏈上(圖2)。此次試驗所用傳感器為自容式,體積小,重量輕,減小水下作業難度,最大限度保障了水下作業人員的生命安全。
                    在溫鹽深的剖面層數設計方面,由于浮標布放位置流網較多,綜合考慮潛水員的裝備和素質等方面,最終確定只測試30 m以內的溫鹽深數據,自上而下分別在10 m、20 m、30 m水深位置搭載溫鹽深傳感器[8],每次在岸上將經過標定的自容式傳感器進行采集設置,然后將其安裝于傳感器安裝籠中,作業時潛水員下潛將傳感器固定安裝于錨鏈上(圖4)進行溫鹽深數據獲取。


                    圖4 ? 溫鹽深剖面觀測現場
                    為減少海生物附著對觀測數據的影響,試驗選用的傳感器均配有防污刷,每次數據采集前先進行附著海生物的自動清理,以保障觀測數據的有效性。同時為避免傳感器自身漂移導致數據無效,試驗方案確定每1.5個月為一個維護周期,每次維護需要完成傳感器組的回收、數據提取、電池更換、傳感器標定、參數設置等流程,最后完成布放并開始新一輪觀測周期的數據采集。但由于受臺風、寒潮、天氣等因素影響,實際維護周期有所調整,自2014年10月開始至2015年11月共完成8個觀測周期的數據采集[8]。
                    1.3 ? 數據處理
                    從剖面自容式溫鹽深傳感器提取到的數據文件為raw,為方便使用,我們統一用溫鹽深設備專用的數據處理軟件進行提取并轉換為xls保存,其中鹽度數據由電導率數據轉換所得。
                    水面0 m層的常規溫鹽數據可通過CDMA和北斗兩種無線通信方式實時地發送到陸基數據接收系統進行展示和分類入庫存儲。但由于復雜海況、傳感器、傳輸信號等都可能影響數據質量,所以原始數據庫中的數據除了用于實時展示外,還有專門數據處理工作人員進行后期審核。審核內容包括傳輸誤差檢查、時間序列檢查、數據一致性檢驗、極值判別等。經過審核后的數據才能最終存入中國科學院海洋研究所海洋科學大數據中心,提供給用戶下載使用,考慮到數據統一性,本數據集以xls文件上傳。
                    2 ? 數據樣本描述
                    本數據集包括48個表格型數據文件和1個表格型數據集信息文件。表格型數據命名格式為“站點_位置_有效時間_設備型號_設備序列號”。例如06號浮標搭載的水下10 m層自容式傳感器采集到的溫鹽數據,其原始數據的名稱為“C_06_01_20141019~20141228_CT”,各項含義如下:“C_06”代表垂直剖面觀測06號浮標,“_01”代表水下10 m層,“_20141019~20141228”代表數據采集的有效時間,表示數據采集時間為2014年10月19日至2014年12月28日,“_CT”代表數據類型為溫鹽數據(其中第六周期表層只有水溫數據,文件名“C_06_00_20150606~20150828_T”)。此外,“_00”代表水面0 m層,“_02”代表水下20 m層,“_03”代表水下30 m層;“_D”代表數據類型為深度數據。其中水面0 m層的固定水深為1 m,無深度數據文件。
                    表格型數據包含了水溫、鹽度和深度數據(圖5),數據表中的數據類型、量綱和相應的樣例數據見表1。


                    圖5 ? 表格型數據文件中的數據內容
                    表1 ? 溫鹽深觀測數據表內容
                    表內容序號字段名稱量綱數據類型樣例數據
                    1日期時間-字符型2014-10-19 10:30
                    2水溫字符型21.8
                    3鹽度字符型36.7
                    4布放水深m字符型8.75
                    06號浮標水面0m層為直讀式采集,數據采集和傳輸間隔為30 min,每次僅獲取1組水溫和鹽度值。水面以下3層溫鹽深均屬自容式采集,采集周期為10 min,采樣間隔1 s,每次采集10組數值,在本數據集中均全部保留。
                    由于文本格式的數據并不能直觀反應海洋中的水溫、鹽度數據隨深度和季節變化的特征,所以數據使用者可通過下載數據、繪制圖形的方法來展示東海海域溫鹽深數據隨季節變化的情況。圖6為第一觀測周期內剖面水溫變化的樣本展示,圖7為第四觀測周期內剖面鹽度變化的樣本展示。從圖中看出,所有觀測周期內4個水層的水溫、鹽度變化趨勢均一致,但表層水溫、鹽度的變化更為明顯。從圖6明顯看出在2014年12月31日至2015年1月8日期間,各層均出現幾次較為明顯的水溫突變。


                    圖6 ? 第一觀測周期剖面水溫數據變化情況


                    圖7 ? 第四觀測周期剖面鹽度變化
                    3 ? 數據質量控制和評估
                    黃海站、東海站各海洋觀測浮標系統的設計參照海洋行業標準《小型海洋環境監測浮標》(HY/T143-2011)[9]和《大型海洋環境監測浮標》(HY/T142-2011)[10]執行;觀測儀器的選擇參照《海洋水文觀測儀器通用技術條件》(GB/T 13972-2010)[11]執行;重要海洋氣象、海洋水文、水質等參數的觀測工作參照《海洋調查規范》(GB/T 12763-2007)[12]和《海濱觀測規范》(GB/T 14914-2006)[13]執行。本數據集所使用儀器設備的技術指標見表2,有效數據的采集信息詳情見表3。
                    表2 ? 浮標臺風各觀測參數技術指標
                    序號測量參數測量范圍測量準確度分辨率
                    1水溫?5~+45℃±0.01℃0.001℃
                    2電導率0~70 mS/cm±0.01 mS/cm0.001 mS/cm
                    3水深0~1000 m±0.3%FS(線性)測量范圍的 1/65000
                    表3 ? 06號浮標溫鹽深剖面有效數據信息詳情
                    周期層數水深 m有效采集時間備注
                    01.02014-10-19 10:30~2014-12-28 11:00水下第2層傳感器丟失
                    18.82014-10-19 10:20~2014-12-28 10:50
                    324.02014-10-19 10:50~2014-12-28 11:10
                    01.02014-12-28 11:00~2015-01-26 10:00水下第3層傳感器丟失
                    110.82014-12-28 11:10~2015-01-26 10:00
                    220.82014-12-28 11:50~2015-01-26 10:20
                    01.02015-01-26 11:00~2015-03-14 08:30數據均正常
                    19.72015-01-26 11:10~2015-03-14 08:20
                    214.32015-01-26 11:00~2015-03-14 08:30
                    323.52015-01-26 11:10~2015-03-14 08:20
                    01.02015-03-14 09:00~2015-04-23 08:30數據均正常
                    113.42015-03-14 09:30~2015-04-23 08:20
                    223.42015-03-14 09:50~2015-04-23 08:40
                    331.52015-03-14 09:50~2015-04-23 08:30
                    01.02015-04-23 09:00~2015-06-06 07:30數據均正常
                    113.32015-04-23 08:30~2015-06-06 07:30
                    218.42015-04-23 08:40~2015-06-06 07:40
                    332.42015-04-23 08:40~2015-06-06 07:40
                    01.02015-06-06 08:00~2015-08-28 07:30該周期水面0層鹽度傳感器故障,鹽度數據明顯異常,只保留了水溫數據;另受“燦鴻”臺風影響,7月12日浮標移位,水下第3層傳感器丟失
                    113.32015-06-06 08:00~2015-08-28 07:20
                    217.12015-06-06 08:00~2015-08-28 07:30
                    01.02015-08-28 10:00~2015-10-14 07:30數據均正常
                    19.92015-08-28 09:20~2015-10-14 07:20
                    218.02015-08-28 08:20~2015-10-14 07:30
                    326.82015-08-28 08:20~2015-10-14 07:30
                    01.02015-10-14 07:00~2015-11-28 15:30水下第2層溫鹽傳感器進水損壞,最終未采集到有效數據,只有深度數據
                    110.02015-10-14 09:00~2015-11-28 13:40
                    327.02015-10-14 09:00~2015-11-28 13:50
                    浮標在海上無人值守長期運行,由于復雜多變的海況以及人為破壞等影響,造成傳感器故障或丟失,從而出現數據缺失或者數據無效的情況。
                    此外,由于06號浮標布放位置屬于中國最大的漁場——浙江舟山漁場,當地捕撈、拖網船只和流網較多,對浮標和水下設備的影響較大,極易造成設備丟失。雖然針對傳感器安裝籠在錨鏈端的安裝固定方式開展了多次論證和討論,實際操作過程中第一、二周期仍然發生了傳感器組丟失,后期隨著經驗積累,對固定方式進一步改進,傳感器運行的安全性大大提升。但第六采集周期內,由于受2015年第9號超強臺風“燦鴻”影響,浮標連同錨系一起移位,造成該周期水下30 m層傳感器丟失。另外,第六周期水面0 m層所采集的溫鹽數據漂移明顯,已經剔除;第八周期水下20 m層的溫鹽傳感器進水,導致數據丟失,溫度數據也不完全,所以并未上傳。
                    4 ? 數據價值
                    此次依托東海站06號浮標采用錨鏈固定獲取溫鹽深數據的方式是剖面水體觀測的一次有效嘗試,雖然實施過程中存在人員安全、耗時、費力且無法實時掌握傳感器狀態等諸多不足,但借助直徑10 m浮標為載體的方式,仍是現有技術條件下長期、定點進行溫鹽深數據采集的比較穩定、可靠的方式。
                    本數據集包含的連續13個月的定點溫鹽深數據,觀測數據的連續時長創我國東海海域溫鹽深數據采集之最??蔀槲锢砗Q?、海洋生態學等專業科學研究提供基礎數據支撐,同時結合06號浮標的常規氣象、水文等觀測數據,可為當地經濟發展、臺風預報、防災減災等工作的深入開展提供基礎數據支撐。
                    5 ? 數據使用方法和建議
                    2014–2015年東海站06號浮標溫鹽深剖面觀測數據集已全部上傳至《中國科學數據》網站(http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/931)。同時東海站06號浮標的常規氣象、水文等要素的全部數據已在中國科學院海洋研究所數據中心(http://msdc.qdio.ac.cn/)發布??紤]到數據安全性,用戶需登錄網站進行數據申請。如果本數據集得到有效引用,請引用者在致謝中標注“中國科學院海洋研究所黃東海浮標觀測站”。
                    致 謝
                    感謝中國科學院海洋研究所海洋科學大數據中心王彥俊在數據處理和圖形繪制方面給予的幫助,感謝上海海洋中心氣象臺在此次進行溫鹽深剖面觀測試驗開展工作中提供的交通便利和人力支持。
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                    數據引用格式
                    賈思洋, 劉長華, 王春曉, 等. 2014–2015年東海站06號浮標溫鹽深剖面觀測數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-12-30). DOI: 10.11922/sciencedb.931.
                    稿件與作者信息
                    論文引用格式
                    賈思洋, 劉長華, 王春曉, 等. 2014–2015年東海站06號浮標溫鹽深剖面觀測數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2020, 5(4). (2020-12-26). DOI: 10.11922/csdata.2019.0081.zh.
                    賈思洋
                    Jia Siyang
                    主要承擔工作:試驗方案制定、原始數據獲取和質量控制等。
                    (1981—),男,山東平陰人,碩士,高級工程師,研究方向為海洋觀測。
                    劉長華
                    Liu Changhua
                    主要承擔工作:主要承擔工作:試驗方案制定、本數據集技術流程設計等。
                    lch@qdio.ac.cn
                    (1977—),男,山東臨邑人,博士,正高級工程師,研究方向為海洋觀測技術。
                    王春曉
                    Wang Chunxiao
                    主要承擔工作:原始數據獲取、數據處理、曲線圖繪制和數據集編制。
                    (1981—),男,內蒙古烏蘭察布人,碩士,工程師,研究方向為海洋環境監測。
                    王旭
                    Wang Xu
                    主要承擔工作:原始數據獲取和整理。
                    (1990—),男,山東煙臺人,碩士,工程師,研究方向為海洋環流與氣候環境變化。
                    出版歷史
                    I區發布時間:2020年1月8日 ( 版本ZH3
                    II區出版時間:2020年12月27日 ( 版本ZH4
                    參考文獻列表中查看
                    中國科學數據
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