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2009–2012年南海海洋断面科学考察ADCP海流观测数据集
ADCP current observation over South China Sea (2009 – 2012)
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: 2019 - 03 - 08
: 2019 - 03 - 26
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摘要&关键词
摘要:在2009–2012年南海海洋断面科学考察的4个航次中,利用船载Ocean Surveyor 38kHz(简称OS38)型和Vessel-Mounted 300kHz(简称VM300)型声学多普勒流速剖面仪(英文简称ADCP)采集了经纬度、观测层、东分量、北分量、流速、流向、探头温度等数据。针对原始观测数据,利用ADCP自带软件VmDas的Reprocess Data功能进行数据处理,并使用系统误差订正、GPS船速误差校正和常规检验等质量控制手段对不合理的海流资料进行修正、剔除,形成本数据集,给海洋理论研究、热带海洋环境研究、海洋资源开发与利用等行业提供了基础资料。
关键词:ADCP;海流;南海;断面
Abstract & Keywords
Abstract: From 2009 to 2012, we conducted four cruises of scientific investigation over the South China Sea. By using ship-mounted Ocean Surveyor 38kHz (OS38) and Vessel-Mounted 300kHz (VM300) Acoustic Doppler Current Profilers (ADCP), we collected current data regarding longitude and latitude, observation layer, East component, North component, current velocity, flow direction and probe temperature. The raw observed data were processed using the Reprocess Data function of VmDas software of ADCP, and the data sets were formed after a series of quality control measures such as system error correction, GPS-derived ship speed correction and routine test. The data sets provide basic information for researches on marine theory, tropical marine environment, marine resources development and utilization, and other industries.
Keywords: ADCP; ocean current; South China Sea; section
数据库(集)基本信息简介
数据集名称2009–2012年南海海洋断面科学考察ADCP海流观测数据集
数据作者杨远征,徐超,李莎,何云开
数据通信作者杨远征(yzyang@scsio.ac.cn)
数据时间范围2009–2012年
地理区域中国南海(6°N—18°N,108°E—119.5°E)
数据量198 MB
数据格式*.doc
数据服务系统网址http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/740
基金项目中国科学院“十三五”信息化建设专项(XXH13505-03-105);科技基础资源调查专项资助(2017FY201400);国家科技基础条件平台项目(2005DKA32300);科技基础性工作专项项目(2008FY110100)。
数据集组成数据集包括7个文件,分别为:2009年南海海洋科学断面考察OS38型ADCP海流观测数据集.doc,数据量33.6 MB;2009年南海海洋科学断面考察VM300型ADCP海流观测数据集.doc,数据量33.9 MB;2010年南海海洋科学断面考察OS38型ADCP海流观测数据集.doc,数据量24 MB;2010年南海海洋科学断面考察VM300型ADCP海流观测数据集.doc,数据量21.8 MB;2011年南海海洋科学断面考察OS38型ADCP海流观测数据集.doc,数据量30.6 MB;2012年南海海洋科学断面考察OS38型ADCP海流观测数据集.doc,数据量34.9 MB;2012年南海海洋科学断面考察VM300型ADCP海流观测数据集.doc,数据量19.2 MB。
Dataset Profile
TitleADCP current observation over South China Sea (2009 – 2012)
Data corresponding authorYang Yuanzheng (yzyang@scsio.ac.cn)
Data authorsYang Yuanzheng, Xu Chao, Li Sha, He Yunkai
Time range2009 – 2012
Geographical scopeSouth china sea (6°N–18°N, 108°E–119.5°E)
Data volume198 MB
Data format*.doc
Data service systemhttp://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/740
Sources of fundingThe 13th Five-year Infornatization Plan of Chinese Academy of Sciences(XXH13505-03-105); Investigation of basic resources of science and technology of China(2017FY201400); National Science and Technology Infrastructure Program of China(2005DKA32300); Basic Work of Science and Technology Project of China (2008FY110100).
Dataset compositionThe dataset consists of the following seven files: “current observation dataset of OS38 ADCP through scientific investigation over the South China Sea in 2009.doc”, with a data volume of about 33.6 MB; “current observation dataset of VM300 ADCP through scientific investigation over the South China Sea in 2009.doc”, with a data volume of about 33.9 MB; "current observation dataset of OS38 ADCP through scientific investigation over the South China Sea in 2010.doc”, with a data volume of about 24MB; "current observation dataset of VM300 ADCP through scientific investigation over the South China Sea in 2010.doc”, with a data volume of about 21.8 MB; “current observation dataset of OS38 ADCP through scientific investigation over the South China Sea in 2011.doc”, with a data volume of about 30.6 MB; “current observation dataset of OS38 ADCP through scientific investigation over the South China Sea in 2012.doc”, with a data volume of about 34.9 MB; “current observation dataset of VM300 ADCP through scientific investigation over the South China Sea in 2012.doc”, with a data volume of about 19.2 MB.
引 言
中国南海不仅具有跨越热带和亚热带、毗邻粤港澳大湾区和海上丝绸之路贸易的重要通道等优越的地理位置,而且具有油气能源和生物资源等丰富的资源。南海典型断面科学考察,在科学研究方面可为南海水文、气象、生态、化学、地质等海洋学科的科学研究提供可靠的科学数据,在海洋环境保护方面可在科学合理开发利用该海域各类资源及海洋生态文明建设提供科学依据。因此,开展南海海洋断面科学考察具有重要意义[1]。2009–2012年南海海洋断面科学考察遵照国家科技基础性专项“南海海洋断面科学考察”任务要求在南海设置18°N、10°N和6°N断面,并设置沿东经113°一直到南沙群岛(北纬6–18°)纵向断面,在南海内部构建三横一纵为主的观测系统。图1为2009–2012年南海海洋断面科学考察站位图。
海流观测是南海海洋断面科学考察作业的重要内容之一,2009–2012年南海海洋断面科学考察海流观测采用的测量设备是声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers,以下简称ADCP)。ADCP是利用声波在流动液体中的多普勒频移来测流的海流观测仪器,具有准确率高、分辨率高和操作方便的特点,并且得到了广泛的应用,特别是许多国际性大型海洋调查研究项目都把ADCP作为观测仪器[2]。近年来,中国科学院南海海洋研究所逐年增加了南海海洋科学考察航次,除了南海海洋断面科学考察航次外,南海北部海洋观测开放航次自2004年以来累积了大量的ADCP现场海流观测数据。在数据采集时间上,南海北部海洋观测开放航次ADCP海流观测数据集是从2004年起每年夏末秋初(8月到9月)常态化进行观测[3-4];虽然南海海洋断面科学考察ADCP海流观测数据集只有四年的数据积累,但南海的环流具有明显的季节性特征[5],因此具有4个不同季节的南海海洋断面科学考察ADCP海流观测数据集为深入开展季风气候控制下的热带海洋环境演变过程的科学研究提供可靠的数据支持。在观测区域上,南海北部海洋观测开放航次ADCP海流观测数据集主要是在南海海洋北部海域获取,而南海海洋断面科学考察ADCP海流观测数据集是在南海海洋断面区域内获取,观测区域更广,并且南海海洋断面科学考察在南沙海域获取了大量宝贵的连续的ADCP海流观测数据,为南沙海域物理海洋的特征变化及环流结构等科学研究提供数据基础。


图1   2009–2012年南海海洋断面科学考察站位图
1   数据采集和处理方法
1.1   数据采集
2009–2012年南海海洋断面科学考察ADCP海流观测4个航次都由中国科学院南海海洋研究所“实验3”号科学考察船实施(各航次数据采集时间见表1):
(1)2009年4月28日至6月20日执行春季航次考察,由于需返航三亚接第二阶段考察队员上船,5月4日–5月17日没有执行考察作业;此次科考春季航次主要航行路线:113°E断面从北到南,6°N断面从东到西,由于KJ57站较靠近陆地,被取消考察,10°N断面从KJ58站位开始由西到东考察,18°N断面从西到东。
(2)2010年10月27日至11月28日执行秋季航次考察,由于强东北季风南下,10月27日至11月5日无法执行考察,11月6日才开始作业至11月23日结束;此次科考秋季航次主要航行路线:113°E断面从北到南,6°N断面从东到西,10°N断面从西到东,未考察此断面上的KJ59站,18°N断面从东到西。
(3)2011年11月28日至2012年1月12日执行冬季航次考察,由于受天气影响,2011年12月24日至12月29日没有进行考察作业,并在2012年1月2日提前结束;此次科考冬季航次主要航行路线:113°E断面从北到南穿越南海,由于天气原因,未考察113°E断面上的KJ22站位至KJ28站位;6°N断面从东到西,由于天气原因,未考察此断面上的KJ56站位;10°N断面放弃KJ57站位考察从KJ58站位开始由西到东,由于天气原因,未考察此断面上的KJ62站位至KJ65站位及KJ68站位至KJ75站位;18°N断面只考察了KJ20站位就结束了冬季考察航次。
(4)2012年8月7日至9月12日执行夏季航次考察,由于受热带气旋影响,8月16日–8月18日中断了数据采集作业;此次科考夏季航次主要航行路线:18°N断面从东到西至KJ17站位时,由于西太平洋有台风生成,先到10°N断面的东面KJ75站开始由东往西调查;6°N断面从KJ56站由东往西;113°E断面从南到北完成此断面调查后到KJ18站完成18°N断面最后三站的调查。
每个航次采样使用美国TRDI公司OS38型和VM300型ADCP,OS38型ADCP工作频率为38 kHz,宽带工作方式,最大观测深度1000 m。VM300型ADCP工作频率为300 kHz,窄带工作方式,最大观测深度200 m。
表1   2009–2012年南海海洋断面科学考察各航次数据采集时间表
序号航次数据采集时间空缺数据及其原因
12009年春季航次2009年4月28日至6月20日由于需返航三亚接第二阶段考察队员上船,5月4日至5月17日没有执行考察作业
22010年秋季航次2010年10月27日至11月28日由于强东北季风南下,10月27日至11月5日无法执行考察,11月6日才开始作业至11月23日结束
32011年冬季航次2011年11月28日至2012年1月12日由于受天气影响,2011年12月24日至12月29日没有进行考察作业,并在2012年1月2日提前结束
42012年夏季航次2012年8月7日至9月12日由于受热带气旋影响,8月16日–8月18日中断了数据采集作业
1.2   资料整理
ADCP原始观测数据参考《GB/T12763-2007海洋调查规范 第7部分海洋调查资料交换》[6]第6.2.3节的方法并通过ADCP自带软件VmDAS[7]的Reprocess Data功能设置Data Screening及Averaging的参数等数据处理的参数处理得到各航次海流观测的经纬度、观测层、东分量、北分量、流速、流向、探头温度等信息,整理2009–2012年南海海洋科学断面考察ADCP海流观测数据集。
2   数据样本描述
本数据集是国家科技基础性工作专项南海海洋断面科学考察项目通过2009年春季、2010年秋季、2011年冬季、2012年夏季4个航次采集并经过处理的ADCP海流观测数据集。本数据集有2种型号ADCP海流观测数据:(1)OS38型ADCP观测60层,层间隔16 m,第一层深度38 m,记录间隔30 min;(2)VM300型ADCP观测54层,层间隔4 m,第一层深度10 m,记录间隔30 min。数据集参数包括日期、时间、纬度、经度、观测层、东分量、北分量、流速、流向、探头温度。表2列出了数据集中各参数的名称、单位和样例数据等信息。
表2   ADCP数据参数和样例数据
序号参数用法和意义单位样例数据
1日期数据测量日期,格式为yyyymmdd-20090502
2时间数据测量时间,格式为hhmmss-233012
3纬度数据测量时纬度°N18.224
4经度数据测量时经度°E109.477
5观测层数据观测层深度m38
6东分量海流东分量速度cm/s−0.70
7北分量海流北分量速度cm/s−11.30
8流速海流流速cm/s11.30
9流向海流流向°183.5
10探头温度观测仪器探头温度26.96
3   数据质量控制和评估
ADCP走航观测数据在采集过程中会受到船速、仪器、海况以及ADCP参数设定等因素的影响[8],为确保ADCP观测资料的质量,使用了系统误差订正、GPS船速误差校正和常规检验等质量分析和控制。
(1)首先考察船以固定10节的航速走闭合方圈进行走航ADCP自检观测,通过自检观测的资料判断ADCP传感器安装角度是否有偏差,若存在偏差,用VmDas软件的Reprocess Data功能设置Transform菜单中的ADCP alignment correction参数对观测资料进行安装角度订正处理。
(2)剔除没有记录到同步GPS记录和水深超出底跟踪深度范围测得船速为0的资料。2011年冬季航次由于VM300型ADCP的GPS损坏,没有记录到同步的GPS资料,不能够处理出真海流流速、流向数据,造成该航次的VM300型ADCP的海流观测数据空缺。
(3)南海海洋断面科学考察ADCP海流观测是ADCP在底跟踪和GPS跟踪模式进行作业的。ADCP测得流速是海水相对于船体的速度,因此船速的准确度影响数据的质量。底跟踪模式下测得船速是通过跟踪水底的“运动”测量的,精度可达到1cm/s[9],而且该误差在数据处理过程中能被消除,因此底跟踪模式测得船速无需进行系统误差校正。GPS跟踪模式下测得船速受海况等环境因素和人为操纵船只因素等影响[8],因此GPS跟踪模式下必须要进行系统误差的校正和船速的订正。最后,利用ADCP自带软件winADCP[10]的processing功能处理得到海流数据。
(4)常规检验主要包括范围检验、非法码检验和连续性检验等。范围检验:经度范围超过108°E~122°E,纬度范围超过4°N~24°N,水深小于0或大于1000 m,该数据错误;流速范围超过−5~9 m/s,探头温度(水温)超过−40~40℃,该数据可疑。非法码检验:ADCP原始数据有允许出现的符号、字符和数字(包括空格)等属性的ASCII标准数据格式文件,若文件中的编码有与属性不符者,该数据可疑。
另外,除了通过上述所描述的技术手段外,还结合该调查海域的历史研究成果,对转换得到的数据进行比对校验。
4   数据使用方法和建议
本数据集是历经4年共计4个不同季节的航次数据积累,为我国南海海洋的动力过程和海洋物理的特征变化等海洋科学研究提供了宝贵的现场资料。
为方便使用,我们提供了数据集doc电子资料,用户可以直接使用Microsoft Word程序浏览和使用。
致 谢
本数据集的获取得到中国科学院南海海洋研究所海洋科学考察船队及“实验3”号科学考察船队所有成员的大力支持和帮助,在此表示感谢。
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数据引用格式
杨远征, 徐超, 李莎, 何云开. 2009–2012年南海海洋断面科学考察ADCP海流观测数据集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-03-08). DOI: 10.11922/sciencedb.740.
稿件与作者信息
论文引用格式
杨远征, 徐超, 李莎, 何云开. 2009–2012年南海海洋断面科学考察ADCP海流观测数据集[J/OL]. 中国科学数据, 2019. (2019-03-20). DOI: 10.11922/csdata.2019.0006.zh.
杨远征
Yang Yuanzheng
主要承担工作:数据库建设、数据处理。
yzyang@scsio.ac.cn
(1984—),男,广东兴宁人,学士,工程师,研究方向海洋信息服务。
徐超
Xu Chao
主要承担工作:数据管理与共享技术支持。
(1984—),男,山东泰山人,博士,高级工程师,研究方向海洋信息服务。
李莎
Li Sha
主要承担工作:数据管理与共享技术支持。
(1957—),女,山东青岛人,学士,研究员,研究方向海洋信息服务。
何云开
He Yunkai
主要承担工作:数据采集、预处理和数据质量控制。
(1981—),女,浙江慈溪人,硕士,高级工程师,研究方向海气相互作用。
出版历史
I区发布时间:2019年3月26日 ( 版本ZH1
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中国科学数据
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