[发明专利]一种海水生物光学剖面测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种海洋观测设备，具体涉及一种海水生物光学剖面测量系统。

背景技术

海水生物光学特性，是指海水的光学特性与生物地球化学要素(包括叶绿素 a浓度、色素组成、悬浮颗粒物、有色溶解有机物等)的相互关系特征以及建立 在这些规律基础上的反演算法。

海洋生物光学剖面测量的参数主要包括海水的吸收系数、散射系数、衰减系 数、光合有效辐射等光学参量，并可加载多学科传感器对海水温度、盐度、密 度等水文参量以及海水pH等进行同步测量。海水光学参量的变化与海水组成成 分包括浮游植物、非藻类颗粒物、有色溶解有机物及其结构等具有密切联系， 从而可进一步实现对叶绿素a浓度、浮游植物种群结构、悬浮颗粒物浓度及粒 级结构、颗粒有机物浓度、溶解有机物浓度等生物地球化学参数的推算。光合 有效辐射数据的获取是深入研究浮游植物光合作用过程、精确估算上层海洋初 级生产力的重要参数。匹配多学科传感器获取的水文参数及化学参数，可为分 析海洋生态参数的剖面分布特征提供重要的背景参考。

海洋生物光学剖面测量具有原位、高垂向分辨率、多学科参数同步测量等优 势，可以作为海水中关键生物地球化学参数(包括叶绿素a浓度、颗粒有机碳 浓度、悬浮颗粒物浓度等)剖面变化信息获取的重要手段，亦可为多学科综合 交叉研究海洋生物地球化学过程提供依据。

海洋生物光学剖面的观测数据可用于研究不同动力过程驱动下上层海洋的生物 地球化学过程。

具体的主要研究内容包括，

(1)基于叶绿素a荧光剖面，揭示浮游植物的垂向分布规律及其对温跃层、 营养盐跃层变化、光衰减等环境因素的响应，并耦合一维或三维生态动力耦合 模型探索其机制；

(2)基于海水吸收光谱变化剖面，实现对浮游植物和非藻类物质吸收贡献的 分解，从而研究其剖面变化特征及其对动力背景过程的响应；已有些研究可实 现对浮游植物粒级结构的反演，从而为剖面监测浮游植物种群结构变化展示了 可行性；已有研究应用于特殊生态系统比如珊瑚礁等附近水体组分的调查分析；

(3)基于海水衰减系数变化剖面，研究近岸底层水体悬浮颗粒物沉降及粒径 结构分布特征，或基于衰减系数与颗粒有机物之间的线性相关模型，研究颗粒 有机碳的剖面分布规律；并尝试对浮游植物碳含量进行估算，应用于海洋初级 生产过程或碳通量的估算；

(4)海水颗粒物的后向散射系数剖面分布与衰减系数具有较好的一致性，也 可用于初步揭示颗粒有机物的垂向变化规律；

现有的海水生物光学剖面测量仪器主要包括两大类：

一类是集成了海水吸收/衰减、后向散射、海水温盐等参数的仪器，可用于船载 航次的剖面投放；其核心为美国Wetlabs公司的acs，bb9或美国Hobilabs公司 的HS6，自上世纪末以来，应用于全球多个海区的调查观测，以及耦合沿岸动 力过程的多学科交叉研究。这一类剖面观测仪器一般是用于船载航次中现场投 放观测。

另一类剖面测量仪器包括单个波段衰减系数或后向散射系数测量仪、下行 辐照度传感器、荧光等光学仪器、温盐以及溶解氧、硝酸盐等化学传感器，可 实现海洋的自动剖面测量，比如水下滑翔机Glider、生物光学浮标Bio-Argo等； 为我们进一步认识大洋水体的生物地球化学过程、理解全球气候变化提供了新 的观测数据。这类仪器可实现自动剖面观测，可应用于船只难以观测的海区， 在较大时间或空间尺度上提供剖面分布数据。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种新的海水生物光学剖面测量系统，与现有的测 量系统相比，能够更加准确、便捷地进行海水的生物光学剖面测量。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种海水生物光学剖面测量系统，其包括半开放式的框架和所述框架内装 载的测试设备组成，所述测试设备包括海水光吸收和衰减系数测量设备、光合 有效辐射测量设备、水色三要素测量设备、海水pH值测量设备、海水总颗粒物 粒径检测设备以及海水压力、温度和电导率测量设备。

本发明所述的海水生物光学剖面测量系统中，所述的海水光吸收和衰减系数 测量设备用于原位测量海水的光吸收和衰减系数；所述的光合有效辐射测量设 备用于测量海水辐照度；所述的水色三要素测量设备用于测量海水的叶绿素、 有色可溶性有机物和红光散射。