謝孜源，許 寧，王銘基，孫珊珊，張大勇，王延林

(1.大連理工大學(xué) 運(yùn)載工程與力學(xué)學(xué)部， 遼寧 大連 116023；2.大連理工大學(xué) 海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 遼寧 盤錦 124221；3.大連理工大學(xué) 物理學(xué)院， 遼寧 盤錦 124221；4.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心， 遼寧 大連 116023；)

隨著陸地資源匱乏、人口膨脹等問題的日益嚴(yán)重，各國將目光投向了海洋，加快了對(duì)海洋的開發(fā)和利用。海洋觀測是海洋國防、海洋運(yùn)輸、海洋環(huán)境、海洋氣候的重要研究手段之一。發(fā)達(dá)國家的海洋環(huán)境監(jiān)測歷史長達(dá)百年以上。美國早在20世紀(jì)80年代就建立了全國永久性的海洋立體監(jiān)測系統(tǒng)，英國、德國、日本、加拿大等國家也都在其鄰近有利害關(guān)系的海區(qū)及大洋布設(shè)了以岸基監(jiān)測站和浮標(biāo)為主的海洋監(jiān)測系統(tǒng)[1]。全球海洋觀測網(wǎng)(Array for Real-time Geostrophic Oceanography, ARGO)是由美國主導(dǎo)，歐洲多國、中國等參與的全球性海洋觀測項(xiàng)目，以獲取海洋上層溫、鹽剖面的數(shù)據(jù)，提高海洋氣候預(yù)報(bào)為目的[2]。美國Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI)研究所設(shè)計(jì)了MBARI Ocean Observatory System(MOOS)浮標(biāo)基海底觀測系統(tǒng)[3-5]，在直徑3 m的浮標(biāo)上搭載風(fēng)機(jī)、太陽能板，通過光電復(fù)合纜為海底復(fù)合儀器供電，布放深度3 000 m。意大利研制的Cabled Underwater Module for Acquisition of Seismological Data(CUMAS)系統(tǒng)[6-7]，用于觀測海洋氣象和海底地質(zhì)變化，該系統(tǒng)搭載了16塊太陽能板作為發(fā)電裝置，額定功率為100 W，布放深度100 m。美國Ocean Works公司研制的Cyprus Coastal Ocean Forecasting and Observing System(CYCOFOS)海洋預(yù)報(bào)與觀測系統(tǒng)[8-9]，采用柴油機(jī)發(fā)電方式為海底儀器供電，額定功率為1 kW，CYCOFOS海洋觀測系統(tǒng)采用VSAT衛(wèi)星通信，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到1Mbps，該系統(tǒng)在水深2 400 m的范圍開展了布放、回收。

我國早在20世紀(jì)60年代中期就開始著手對(duì)海洋浮標(biāo)的研發(fā)。而潛標(biāo)技術(shù)的研究工作始于20世紀(jì)80年代初，到90年代初期，已研制成功了千米潛標(biāo)系統(tǒng)、深海潛標(biāo)系統(tǒng)和淺海潛標(biāo)系統(tǒng)[10]。1998年，我國山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所研發(fā)了FZF223海洋資料浮標(biāo)系統(tǒng)，最大放水深200 m，并首次在海洋監(jiān)測技術(shù)上應(yīng)用了衛(wèi)星實(shí)時(shí)傳輸浮標(biāo)數(shù)據(jù)[11]。2007年，中國科學(xué)院海洋研究所在北黃海獐子島首次投放了ADCP組合潛標(biāo)，2010年，在青島嶗山東部海域針對(duì)青島沿海環(huán)境變化和滸苔綠藻發(fā)生發(fā)展災(zāi)害而布放了1套3 m綜合觀測研究浮標(biāo)[1]。

目前在冰區(qū)資源開發(fā)面中還面臨著眾多亟待解決的問題[12]，而且我國北方環(huán)渤海港口多為冬季冰凍港口，從每年的11月至次年3月為結(jié)冰期，1月中旬至2月下旬的冰期最為嚴(yán)重。在風(fēng)和流的作用下形成大密集流冰，對(duì)浮標(biāo)標(biāo)體造成損傷，使浮標(biāo)移位[13]。同時(shí)，顯形面積小，供電時(shí)間短，頻繁更換浮標(biāo)等問題愈發(fā)突出。為解決這些問題，本文設(shè)計(jì)了一套高度標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的抗冰海洋觀測浮標(biāo)系統(tǒng)。該觀測浮標(biāo)系統(tǒng)可以在冬季惡劣的結(jié)冰環(huán)境下對(duì)海洋環(huán)境要素進(jìn)行長期、持續(xù)、自動(dòng)、實(shí)時(shí)的監(jiān)測，同時(shí)在海洋氣象監(jiān)測和海洋災(zāi)害預(yù)警方面也具有重大意義。

1 抗冰海洋觀測浮標(biāo)系統(tǒng)

抗冰海洋觀測浮標(biāo)系統(tǒng)(下文統(tǒng)一簡稱“冰標(biāo)”)是一種面向冬季結(jié)冰或寒區(qū)海域的海洋信息在線監(jiān)測浮標(biāo)系統(tǒng)。該冰標(biāo)系統(tǒng)包括：抗冰浮標(biāo)標(biāo)體、系泊系統(tǒng)、太陽能風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、海洋觀測傳感器系統(tǒng)、觀測數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)。監(jiān)測信息主要包括海水的溫度、鹽度、深度、濁度、pH值、溶解氧、葉綠素等參數(shù)。圖1是抗冰海洋觀測浮標(biāo)系統(tǒng)示意圖，該模型系統(tǒng)包括航燈、北斗模塊、太陽能板發(fā)電模塊、氣溫傳感器、海水溫度傳感器、鹽度傳感器、深度傳感器、多參數(shù)水質(zhì)傳感器、葉綠素傳感器、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)模塊、抗冰浮體、錨鏈和錨塊等裝置。

圖1 抗冰海洋觀測浮標(biāo)系統(tǒng)示意圖程序

1.1 抗冰浮標(biāo)標(biāo)體和系泊系統(tǒng)

一般情況下，冰排在標(biāo)體前可能產(chǎn)生擠壓、彎曲的破壞形式，而且海冰的彎曲強(qiáng)度遠(yuǎn)小于其抗壓強(qiáng)度，所以采用合適的浮標(biāo)結(jié)構(gòu)可以使海冰的破壞形式變?yōu)閺澢茐?。此外，錐體冰載荷隨錐角的增大而增大，海冰的平均斷裂長度則隨錐角的增大而減?。划?dāng)錐角小于70°時(shí)海冰的破碎模式主要為彎曲破壞，而當(dāng)錐角大于70°時(shí)海冰破壞模式則主要為擠壓破碎[14]。因此，如圖2所示，該冰標(biāo)標(biāo)體為鋼制結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，標(biāo)體的主體結(jié)構(gòu)由類錐體和柱體結(jié)合而成，錐角為60°，使海冰的主要破壞形式變?yōu)閺澢茐?，以滿足破冰要求和海浪拍打的強(qiáng)度要求。干濕交替過程會(huì)增加氯離子的滲透速率，增加腐蝕電流，從而加速腐蝕過程[15]。因此，標(biāo)體表面涂有黃色防腐涂層，減緩海水對(duì)標(biāo)體的腐蝕。同時(shí)黃色涂層在海上形成明顯的色差，減小來往船只與其碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。

標(biāo)體最大直徑2.5 m，排水量約1.77 t。整個(gè)標(biāo)體共等分為8個(gè)水密艙，水密艙為標(biāo)體提供浮力并滿足其抗沉性要求，同時(shí)滿足《浮標(biāo)通用技術(shù)條件》[16](JT/T 760—2009)的搖擺周期要求。蓄電池存放在圓柱桶內(nèi)，為采集儀器供電，同時(shí)依靠蓄電池自身重量增加浮標(biāo)的穩(wěn)性，降低浮標(biāo)的重心，達(dá)到更好的抗冰、抗風(fēng)、抗流和導(dǎo)冰效果。標(biāo)體設(shè)計(jì)5個(gè)耳環(huán)，其中2個(gè)在標(biāo)體上部邊緣對(duì)稱部位，用于冰標(biāo)的安裝和起吊，同時(shí)也方便在使用時(shí)對(duì)冰標(biāo)檢修和維護(hù)。冰標(biāo)頂部安裝有航燈、太陽能板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)。另外3個(gè)在標(biāo)體下部(如圖2所示)，以三等分圓的120°角分布，用于系掛錨鏈對(duì)標(biāo)體進(jìn)行系泊。

圖2 標(biāo)體和三點(diǎn)系泊

如圖2所示，冰標(biāo)底部的3個(gè)耳環(huán)分別系著三條錨鏈，為三點(diǎn)系泊方式。采用這樣的系泊方式，可以減小每根錨鏈的張力，增大錨鏈的安全系數(shù)。錨鏈底部連接錨塊。錨塊采用粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料，這種材料的錨塊強(qiáng)度高、密度大，且具有很強(qiáng)的抗腐蝕性能。本文設(shè)計(jì)的冰標(biāo)系統(tǒng)海試地點(diǎn)在遼河口生態(tài)保護(hù)區(qū)，離岸約10海里，水深約7 m～8 m，海底為淤泥和黏性土。在這種海域，“鏈+重塊”系泊系統(tǒng)具有減少錨點(diǎn)上拔力，安裝、解脫較方便等特點(diǎn)[17]。

1.2 太陽能風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

常規(guī)浮標(biāo)采用太陽能發(fā)電，蓄電池供電，供電期約為5個(gè)月。但冬季氣溫較低，常規(guī)蓄電池穩(wěn)定性差[13]。所以，研究長效穩(wěn)定的供電系統(tǒng)刻不容緩，本文設(shè)計(jì)的冰標(biāo)采用高效能的硅能蓄電池和太陽能風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，降低電源維護(hù)周期，增加供電系統(tǒng)的可靠性。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要可分為4個(gè)環(huán)節(jié)：發(fā)電、控制、儲(chǔ)能、送電[18]。主要包括：光伏發(fā)電組件、風(fēng)機(jī)發(fā)電組件、逆變器、互補(bǔ)控制器、蓄電池組等。

如圖3所示，4個(gè)太陽能發(fā)電板固定在支架四周，盡可能地增大光照面積，進(jìn)而增大發(fā)電量。本文選用的太陽能板其光電轉(zhuǎn)化率高達(dá)18%，設(shè)計(jì)電壓18 V，最大電流2.7 A，每塊電池板設(shè)計(jì)功率80 W，板長835 mm，寬670 mm，厚30 mm，重量約6.5 kg，安裝平面與地面夾角60°，使用壽命高達(dá)25 a。本系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)功率300 W，設(shè)計(jì)電壓12 V，凈重9.6 kg，風(fēng)輪直徑1.35 m，啟動(dòng)風(fēng)速3 m/s，安全風(fēng)速50 m/s，額定風(fēng)速11 m/s?；パa(bǔ)控制器：系統(tǒng)電壓12 V，風(fēng)機(jī)輸入300 W，光伏320 W輸入，采用限壓、限流的充電方式，保證在光伏發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電不足時(shí)，通過互補(bǔ)控制器轉(zhuǎn)換為蓄電池供電，同時(shí)具有溫度補(bǔ)償和過載、短路保護(hù)的作用。逆變器：系統(tǒng)電壓12 V，系統(tǒng)功率500 W，主要作用是把太陽能板或蓄電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，為監(jiān)測儀器提供穩(wěn)定的交流電。蓄電池：采用4塊光合硅能蓄電池，放電電壓12 V，容量100 AH/塊，使用溫度在-30℃～60℃之間，使用壽命2 a～3 a。如圖4所示，蓄電池可以儲(chǔ)存太陽能板和風(fēng)機(jī)發(fā)出的多余的電能，同時(shí)在光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電均不能滿足本系統(tǒng)負(fù)載的情況下，蓄電池可以直接給直流負(fù)載供電，也可以通過逆變器給交流負(fù)載供電。

圖3 太陽能風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)物模型

1.3 傳感器系統(tǒng)

本冰標(biāo)系統(tǒng)主要監(jiān)測冬季結(jié)冰海域的水質(zhì)情況，為了更好地研究冬季海水水質(zhì)情況，我們采集了以下觀測數(shù)據(jù)：海水溫鹽深、濁度、葉綠素、pH值、溶解氧等。在選擇相應(yīng)的傳感器時(shí)需要考慮以下要素：(1) 具有良好的性能指標(biāo)及精度；(2) 免維護(hù)周期長；(3) 攜帶安裝便捷；(4) 通用性強(qiáng)；(5) 功耗低；(6) 供貨周期短，價(jià)格合理[19]。

圖4 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電示意圖

遼河入?？诰喟都s10海里處海域落潮水深4 m～5 m，漲潮水深7 m～8 m，冬季最大冰厚可達(dá)20 mm，海水鹽度約30PSU(Practical Salinity Unit)。渤海遼東灣冬季盛行偏北浪，波高通常在0.7 m～1.8 m之間，寒潮侵襲時(shí)最大波高可達(dá)6 m，潮流流速為100 cm/s，冬季平均風(fēng)速6 m/s～7 m/s。根據(jù)這些條件，我們選取以下監(jiān)測儀器作為觀測的傳感器系統(tǒng)。

鹽度傳感器：供電電壓12VDC或24VDC；用金屬鈦?zhàn)魍鈿げ牧?，具有耐腐蝕、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)；量程0～40 ppt(part per thousand),使用壽命2 a～3 a；通訊接口RS-485，集成標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU 通訊協(xié)議。

多參數(shù)自清潔傳感器：供電電壓為12VDC±5%；可同時(shí)選配溶解氧、電導(dǎo)率/鹽度、濁度、氨氮、pH、ORP等數(shù)字傳感器，本系統(tǒng)只選取溶解氧、鹽度、濁度、pH這4組參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，其中溶解氧傳感器的量程0～20 mg/L，精度±0.6 mg/L，分辨率0.01 mg/L，濁度傳感器量程0～200NTU，分辨率0.1NTU，鹽度傳感器量程0～70PSU，pH傳感器量程0～14 pH，分辨率0.01 pH；通訊接口RS-485，集成標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU 通訊協(xié)議。

葉綠素傳感器：量程0～400 ug/L(或0～100RFU)，具有自動(dòng)清潔刷，可以有效消除氣泡，減小玷污對(duì)測量的影響，防護(hù)等級(jí)IP68，最大測量水深可達(dá)20 m，輸出RS-485信號(hào)，支持Modbus RTU 通訊協(xié)議。

溫深傳感器：采用投入式靜壓液位變送器，可同時(shí)測量海水的溫度和深度，深度量程0～200 m，溫度量程-20℃～70℃，供電電壓為12 VDC～32 VDC，防護(hù)等級(jí)為IP68，具有抗過載能力強(qiáng)、防浪涌電壓、抗腐蝕性能優(yōu)良、過壓過流保護(hù)、反向極性保護(hù)、穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

1.4 觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)

觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過太陽能風(fēng)能互補(bǔ)供電系統(tǒng)的供電，利用數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作。各個(gè)傳感器輸出的信號(hào)均為485信號(hào)，每個(gè)傳感器都有各自的地址?，F(xiàn)場各監(jiān)測點(diǎn)數(shù)采器以485總線“手拉手”模式相互連接。

數(shù)采器通過預(yù)先設(shè)置好的程序向各個(gè)傳感器發(fā)出采集命令，對(duì)應(yīng)的傳感器接收到采集命令后反饋給數(shù)采器原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集模塊把原始數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲得各個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。一方面，這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)模塊把接收數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)應(yīng)的本地時(shí)間和傳感器數(shù)據(jù)一同儲(chǔ)存在本地儲(chǔ)存卡內(nèi)。另一方面，數(shù)據(jù)處理模塊把傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，數(shù)據(jù)發(fā)送模塊接收到傳感器數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包處理，并把數(shù)據(jù)按設(shè)置好的方式發(fā)送給北斗通訊終端。北斗通訊終端通過北斗衛(wèi)星將數(shù)據(jù)發(fā)送給岸站接收中心。岸站接收中心可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓、還原等操作，獲取不同時(shí)間的各個(gè)監(jiān)測位置的數(shù)據(jù)，同時(shí)可以通過程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示、本地的儲(chǔ)存等操作。

2 系統(tǒng)測試

選取遼河口生態(tài)保護(hù)區(qū)，離岸約10海里海域，對(duì)抗冰海洋觀測浮標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行測試，測試內(nèi)容包括：標(biāo)體的強(qiáng)度、抗沉性、搖擺性；太陽能風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的可靠性、持續(xù)性、安全性；傳感器系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、精度；觀測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的及時(shí)性。2018年冬季在現(xiàn)場安裝好冰標(biāo)，采集了5 d的數(shù)據(jù)，證明冰標(biāo)的各系統(tǒng)均運(yùn)行正常。

為了驗(yàn)證該抗冰海洋觀測浮標(biāo)系統(tǒng)的可行性，研究人員在渤海遼東灣離岸約10海里處進(jìn)行了海上測試。海試得到了2018年12月24日至12月28日的觀測數(shù)據(jù)，通過Origin繪制以下深度，水溫，氣溫，鹽度，溶解氧，pH，葉綠素，濁度關(guān)于時(shí)間的折線圖。

如圖5所示，D1、D2、D3、D4分別代表了四個(gè)傳感器的深度，T1、T2、T3、T4分別為對(duì)應(yīng)四個(gè)位置的水溫，Ta為海面的氣溫。由圖可推出，在從水面到水下12 m的深度內(nèi)，浮標(biāo)所在深度和相應(yīng)水溫及其變化趨勢基本相同，同時(shí)水溫保持在0℃附近。在氣溫降低4℃的條件下，水溫基本不變，只呈緩緩下降趨勢，同時(shí)在氣溫升高4℃的條件下，水溫同樣基本未發(fā)生變化；并且在氣溫回升后，水溫也停止下降。而從垂直角度觀察，隨著深度的增大，水溫有升高的趨勢。

圖5 測試海域水深、水溫和氣溫變化趨勢圖

總體的水溫變化較小可能是由于在大氣壓下，水溫最低為0℃(海水則稍低一些)，此時(shí)水體已經(jīng)到達(dá)凝點(diǎn)而結(jié)冰。結(jié)冰后釋放的熱能阻止了海冰的進(jìn)一步形成，從而使水溫維持在冰點(diǎn)。具體而言，由于初冰期海面上已經(jīng)結(jié)成較薄的冰層，水溫的變化由熱傳遞影響，與水體直接接觸的冰層由于與廣大水體有直接接觸從而發(fā)生的熱傳導(dǎo)始終保持在0℃附近；而熱對(duì)流則由于冰層的存在阻絕了空氣與水體的熱交換，使熱量交換發(fā)生在冰層與大氣之間，而實(shí)際效應(yīng)則體現(xiàn)在了在相變之上，而非溫度，因此熱對(duì)流對(duì)水溫并無影響；熱輻射主要來自于白晝陽光照射，但是由于冰層冬季表面覆雪，顏色呈白色且無法融化，從而反射率較大，透射率較低，水體通過熱輻射獲得的能量有限，且如果獲得熱量，也很快通過與初冰期冰層的熱交換重新到達(dá)0℃；因此水體水溫變化較小。而水溫隨著垂直深度的上升的原因，推測是越靠近冰層的水體，由于與冰層的熱交換越劇烈，因此越靠近零度；同時(shí)由于處于冬季初冰期，垂直角度上波浪以及入?？诤铀淖⑷雽?duì)水體混合的影響減弱，不同深度水層內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的上下浮動(dòng)相比平常較為緩和，因此不同深度水層之間的混合程度不大，從而形成了僅由熱傳導(dǎo)為溫度變化因素的溫度梯度；因此，隨著深度越大，溫度具有較為均勻的升高趨勢。

圖6中的S1、S2、S3、S4和Ss則反映了在五個(gè)不同監(jiān)測位置下，所對(duì)應(yīng)鹽度的變化，從圖中可以觀察到，鹽度在20‰～32‰之間波動(dòng)，其中在26日午至27日結(jié)束波動(dòng)較為劇烈，而總體穩(wěn)定在24‰～30‰，符合渤海近岸水體鹽度特征[20]。但從圖6中的數(shù)據(jù)分析，造成這種波動(dòng)較大同時(shí)鹽度偏低的情況可能是由于測量位置位于遼河入?？诟浇?，淡水注入海水中，稀釋了海水的鹽度，并且處于冰期，每日每時(shí)河流入?？谔幍膹搅髁坎煌?，造成了鹽度的較大波動(dòng)。然而，數(shù)據(jù)中的這些尖峰很有可能并非自然測量得出，而是測量儀器由于熱滯現(xiàn)象[21]所產(chǎn)生的誤差和由于測量間隔時(shí)間較大導(dǎo)致鹽度在每個(gè)測量點(diǎn)之間變化過大而導(dǎo)致的系統(tǒng)誤差兩者導(dǎo)致。因此實(shí)際上，數(shù)據(jù)中鹽度的波動(dòng)并不會(huì)如圖中波動(dòng)如此劇烈。在河口海域，人類活動(dòng)造成河口營養(yǎng)鹽增加，在地球化學(xué)的作用下河口及其附近海域持續(xù)富營養(yǎng)化主要是由于N和P兩種元素化合物的排放增高所導(dǎo)致的。而營養(yǎng)鹽的變化與鹽度的變化有著較高的相關(guān)度[22]?？紤]到鹽度劇烈變化的時(shí)間里，葉綠素也有較大的波動(dòng)幅度，這揭示了在河口海域鹽度的劇烈變化與水體的富營養(yǎng)化有著較大關(guān)系。

圖6 測試海域鹽度變化趨勢圖

測量位置溶解氧保持在9 mg/L附近，伴隨有1 mg的上下浮動(dòng)，由于該海域在此時(shí)已處于初冰期，溶解氧并未表現(xiàn)出具有特征的日變化趨勢[23]，且測量位置處于海平面1 m～2 m深度，該區(qū)域溶解氧對(duì)該區(qū)域主要活動(dòng)生物，如浮游植物影響較小，且處于初冰期，不需過多考慮；pH則基本保持在8～9之間，始終處于海水pH值正常的波動(dòng)范圍，但是由于測量時(shí)間短暫并不能以渤海遼東灣歷年的pH年際變化趨勢進(jìn)行相關(guān)分析[24]；葉綠素含量在12月26日至27日有較大波動(dòng)，最高達(dá)到了4 μg/L～5μg/L，其余時(shí)間則處于較低水平，符合遙感觀測結(jié)果[25]。

研究結(jié)果表明濁度在12月24日從較低水平升至500NTU附近，并保持到26日凌晨，后迅速升高，并波動(dòng)劇烈，至27日清晨結(jié)束波動(dòng)，在28日重新降回較低數(shù)值，該數(shù)值尚在測量可信度之內(nèi)[26]?？紤]到該濁度波動(dòng)時(shí)間與圖6中各鹽度劇烈變化時(shí)間以及溶解氧與葉綠素波動(dòng)時(shí)間吻合，推測盡管處于初冰期，臨海污水在形成徑流的同時(shí)，大量浮游植物在其中生長，近岸的污水被排入海水后，使得鹽度在該時(shí)間段波動(dòng)較大，同時(shí)由于浮游植物的光合作用，溶解氧有較大波動(dòng)，葉綠素也有較大增長。

綜上所述，臨海徑流由于污水排入后再注入海灣中，在局部海域?qū)⑹果}度、溶解氧、葉綠素、濁度產(chǎn)生較大變化，然而這些具體參數(shù)對(duì)海洋生態(tài)以及漁業(yè)等會(huì)造成怎樣的影響則需要進(jìn)一步分析。

3 總 結(jié)

針對(duì)寒區(qū)低溫、結(jié)冰的特點(diǎn)，將抗冰標(biāo)體和系泊技術(shù)、太陽能風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)、海洋觀測傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)結(jié)合到一起，設(shè)計(jì)了冬季結(jié)冰海域抗冰海洋觀測系統(tǒng)。詳細(xì)介紹了這四項(xiàng)技術(shù)的具體內(nèi)容以及在該觀測系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用。本觀測系統(tǒng)具有抗冰性、成本低、易維護(hù)、耗能低、免布線等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)冬季結(jié)冰海域進(jìn)行穩(wěn)定、持續(xù)、實(shí)時(shí)的養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測，提高養(yǎng)殖產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)給出科學(xué)的養(yǎng)殖方法，對(duì)海洋牧場的建設(shè)具有重大意義。