南海深海海底觀測網試驗系統海底動力觀測數據集
| 南海深海海底觀測網試驗系統海底動力觀測數據集 作者：常永國 張飛 郭永剛 宋曉陽 楊傑 劉若芸 2019年12月24日 |
 常永國, 張飛, 郭永剛, 等. 南海深海海底觀測網試驗系統海底動力觀測數據集[J/OL]. 中國科學數據, 2019, 4(4). (2019-10-28). DOI: 10.11922/csdata.2019.0035.zh. |
摘要&關鍵詞
[編輯]摘要：南海深海海底觀測網試驗系統於2016年9月建設完成，通過光電複合纜為深海觀測平台提供能源供給和通信傳輸鏈路，實現南海區域海底環境多參數實時、連續觀測。其中海底動力平台於2017年6月布放於海底，搭載溫、鹽、深傳感器（CTD）與聲學多普勒流速儀傳感器（ADCP），並於2017年7月開始採集科學觀測數據。溫、鹽、深傳感器觀測要素包括溫度、電導率、壓力；聲學多普勒流速儀觀測要素包括流速。針對2017年7月至2018年12月傳感器採集的海底動力原始科學觀測數據，結合行業數據處理質控算法，去除異常值、補充缺失值，對數據進行統一格式化，最後形成本數據集，為海洋科學研究提供基礎數據資料。
關鍵詞：南海；海底動力；溫度；流速；電導率；ADCP；CTD
Abstract & Keywords
[編輯]Abstract: The ocean dynamic datasets of seafloor observation network experiment system at the South China Sea was completed in September 2016. This system provided energy supply and communication transmission channel through optical fiber composite power cable for the deep ocean observation platform, enabling multi-parameter, real-time and continuous ocean observation. The Subsea Dynamic Platform with CTD and ADCP was deployed in June 2017, and the collection of observation data was started from July 2017, including the collection of temperature, conductivity, water pressure from CTD and velocity from ADCP. Based on the raw observation data collected by ADCP and CTD sensors from July 2017 to December 2018, the data processing and quality control algorithm is adopted to remove outliers, add missing values, format the data and finally produce the dataset. The dataset provides basic data for oceanographic research.
Keywords: South China Sea; ocean dynamics; temperature; velocity; conductivity; ADCP; CTD
數據庫（集）基本信息簡介
[編輯]| 數據庫（集）名稱 | 南海深海海底觀測網試驗系統海底動力觀測數據集 |
| 數據作者 | 常永國、張飛、郭永剛、宋曉陽、楊傑、劉若芸 |
| 數據通信作者 | 張飛（zhangfei@mail.ioa.ac.cn） |
| 數據時間範圍 | 2017年7月至2018年12月 |
| 地理區域 | 中國南海（111.0675°E，17.5811°N） |
| 數據量 | 116 MB |
| 數據格式 | *.NC |
| 數據服務系統網址 | http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/823 |
| 基金項目 | 國家高技術研究發展計劃（2012AA09A400）；中國科學院信息化專項（XXH13506-308）。 |
| 數據庫（集）組成 | 數據集共包括4個數據文件，它們分別為：2017_ADCP_dataset.NC，數據量8.98 MB；2018_ADCP_dataset.NC，數據量17.6 MB；2017_CTD_dataset.NC，數據量29.5 MB；2018_CTD_dataset.NC，數據量60.6 MB。 |
Dataset Profile
[編輯]| Title | The ocean dynamic datasets of seafloor observation network experiment system at the South China Sea |
| Data corresponding author | Zhang Fei (zhangfei@mail.ioa.ac.cn) |
| Data authors | Chang Yongguo, Zhang Fei, Guo Yonggang,
Song Xiaoyang, Yang Jie, Liu Ruoyun |
| Time range | July 2017 to December 2018 |
| Geographical scope | South China Sea (111.0675°E, 17.5811°N) |
| Data volume | 116 MB |
| Data format | *.NC |
| Data service system | <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/823> |
| Sources of funding | National High-tech R&D Program of China (2012AA09A400); Special Project of Informatization of the Chinese Academy of Sciences (XXH13506-308). |
| Dataset composition | The dataset consists of 4 data files in total: 2017_ADCP_dataset.NC with data volume of 8.98 MB, 2018_ADCP_dataset.NC with data volume of 17.6 MB, 2017_CTD_dataset.NC with data volume of 29.5 MB, 2018_CTD_dataset.NC with data volume of 60.6 MB. |
引 言
[編輯]海洋蘊藏着豐富的油氣能源、稀有礦產、海洋生物，同時海洋也是人類**活動的主要戰場之一[1]。深海海底觀測作為認識海洋、開發海洋的重要手段，在維護海洋權益、預警減災、保護海洋環境、加強**建設等方面起着至關重要的作用[2][1]。
中國南海是一個面積廣闊的深水海盆，它西面及北面與亞洲大陸相鄰，南及東南面有群島環繞，主要通過東北面的呂宋海峽與瀕臨的西北太平洋相溝通[3]，太平洋的潮汐和黑潮通過該通道向南海輸送能量和水體[4]，同時季風、環流以及複雜的海底地形也為海洋學科研究提供了得天獨厚的條件[5]。在南海西北部，根據每個季節獲取的1–2個月錨系觀測，發現內潮動能在秋季最強，冬季潮汐動能最弱[6][7]；同樣在南海西北部，科學研究發現全日潮在夏季最強，冬季最弱，半日潮無明顯的季節性變化[8][6]。然而，南海深海觀測由於受到能源供給與信息傳輸的限制，使得深海動力研究受到了限制[9][6]，南海深海海底觀測網試驗系統的成功實施，將有助於解決此困境。南海深海海底觀測網試驗系統在1800 m水深布放海洋化學平台、地球物理平台以及海底動力平台，於2016年9月開始長期、連續、實時的海洋觀測，如圖1所示[10]。其中海底動力平台搭載溫、鹽、深傳感器（CTD）與聲學多普勒流速儀傳感器（ADCP），為深海海洋科學研究提供可靠海底動力基礎數據資料。
圖1 南海深海海底觀測網試驗系統觀測平台部署圖
1 數據採集和處理方法
[編輯]1.1 數據採集方法
[編輯]南海深海海底觀測網試驗系統海底動力觀測數據集由南海深海海底觀測網試驗系統的海底動力觀測平台獲得。海底動力觀測平台搭載CTD與ADCP（儀器性能見表1）於2017年6月接入觀測網試驗系統，水深約1800 m（圖2）。其中CTD工作頻率為1 Hz，間隔15 s進行一次採樣；ADCP工作頻率為150 kHz，觀測層數30層，每層4 m，間隔10 min進行一次採樣。本文整理2017年7月至2018年12月數據集，為海洋科學研究提供基礎數據資料。
表1 儀器性能
| 儀器名稱 | 儀器型號 | 儀器廠商 | 部署位置 | 部署深度 |
| CTD | SBE 37-SM MicroCAT | Sea-Bird | 111.0675°E，17.5811°N | 1800 m |
| ADCP | 150 kHz RDI Workhorse Sentinel ADCP | Teledyne | 111.0675°E，17.5811°N | 1800 m |
圖2 海底動力平台觀測位置（以紅色小旗表示）
1.2 數據處理
[編輯]按照《海洋水文調查規範 第2部分：海洋水文觀測》（GBT-12763.2-2007）第5.3.1節CTD資料處理規範與第7.3.2節ADCP數據處理規範[11][12]，南海深海海底動力數據處理步驟如下：
（1）對傳感器採集的原始數據進行驗證轉換；
（2）採用多種質控算法對數據進行質控篩選，剔除壞值、補充缺省值等；
（3）按照數據處理結果規定，生成相關數據資料文件。
2 數據樣本描述
[編輯]本數據集為文本數據，包括ADCP和CTD兩種數據集：（1）表2定義了ADCP數據集觀測要素量、要素類型、要素單位以及要素示例數據；（2）表3定義了CTD數據集觀測要素組成與示例數據。
表2 ADCP 數據要素組成與示例數據
| 序號 | 觀測要素 | 數據類型 | 單位 | 示例數據 |
| 1 | 時間 | 字符串類型（yyyy-MM-dd hh:mm:ss） | - | 2017-07-01 15:00:00 |
| 2 | 溫度 | 浮點型（float） | ℃ | 2.56 |
| 3 | 鹽度 | 浮點型（float） | ppt | 35 |
| 4 | 流速1 | 浮點型（float） | mm/s | 60 |
| 5 | 流速2 | 浮點型（float） | mm/s | 9 |
| 6 | 流速3 | 浮點型（float） | mm/s | 8 |
| 7 | 流速4 | 浮點型（float） | mm/s | 2 |
| 8 | 橫搖 | 浮點型（float） | ° | −0.13 |
| 9 | 艏向 | 浮點型（float） | ° | 39.42 |
| 10 | 傾斜 | 浮點型（float） | ° | −0.37 |
表3 CTD 數據要素組成與示例數據
| 序號 | 觀測要素 | 數據類型 | 單位 | 精度 | 樣例 |
| 1 | 時間 | 字符串類型（yyyy-MM-dd hh:mm:ss） | - | - | 2017-07-01 15:00:00 |
| 2 | 溫度 | 浮點型（float） | ℃ | 0.002 | 2.5632 |
| 3 | 電導率 | 浮點型（float） | S/m | 0.0003 | 3.16905 |
| 4 | 壓力 | 浮點型（float） | psi | - | 2335.407 |
| 5 | 鹽度 | 浮點型（float） | psu | - | 34.2936 |
| 6 | 聲速 | 浮點型（float） | m/s | - | 1498.39 |
3 數據質量控制和評估
[編輯]本數據集質量受到儀器設備採集精度、數據傳輸、數據處理等多個因素影響，本數據集通過以下質量控制方法來保障數據集質量。
（1）傳感器校準標定
在傳感器初始布放以及後期維護期間，定期對傳感器進行標定、GPS授時校準，以防傳感器數據漂移影響數據採集樣本質量。
（2）數據包驗證轉換
海底動力傳感器將採集數據通過接駁盒實時傳輸至岸基站上位機系統，上位機系統首先通過CRC32校驗數據包完整性。如若不完整，則數據包丟棄；如若完整，則對數據包頭與包體進行校驗解析。
（3）缺省值自動補全
海底動力平台傳感器在數據採樣過程中，由於採樣頻率、水流環境、設備響應等多種因素，造成某些時刻流速數據丟失，所以本數據集在數據解析入庫過程中對於缺省值統一採用「NaN」標記處理。
（4）數據閾值區間驗證
CTD觀測要素閾值區間見表4。
表4 CTD傳感器觀測要素閾值
| 序號 | 觀測要素 | 數據區間 |
| 1 | 溫度 | −5 ℃～35 ℃ |
| 2 | 電導率 | 0 S/m～7 S/m |
| 3 | 壓力 | 2000 psi～3000 psi |
ADCP觀測要素閾值區間見表5。
表5 ADCP 傳感器觀測要素閾值
| 序號 | 觀測要素 | 數據區間 |
| 1 | 溫度 | −5 ℃～40 ℃ |
| 2 | 鹽度 | 0 ppt～40 ppt |
| 3 | 壓力 | 2000 psi～3000 psi |
| 4 | 橫搖 | −20 °～20 ° |
| 5 | 艏向 | 0 °～359.99 ° |
| 6 | 傾斜 | −20 °～20 ° |
（5）異常值剔除[13]
海底動力觀測平台工作過程中的特殊現象（如動物群、浮游生物的影響等）引起觀測要素明顯異常，在數據剔除過程中與「左鄰右舍」數據形成明顯區別，則視為異常數據，最後由數據專家進行質量判定。
（6）人工校驗
上述所有程序自動檢測異常數據需經過數據專家人工判定，消除疑似異常值數據。此外，數據專家還需對數據日常抽檢、校驗以及判定，保障共享數據質量，為海洋動力學科提供高質量基礎數據資料。
4 數據使用方法和建議
[編輯]本數據集為2017年7月至2018年12月南海深海海底觀測網試驗系統海底動力傳感平台採集，為南海海底動力學科提供溫度、鹽度、流速、壓力等要素觀測資料。
本數據集存儲格式均為Netcdf文件，研究人員可用HDFView或編寫程序解析，查看文件內容。
致 謝
[編輯]感謝中科院聲學研究所南海站工作人員、中國海洋大學基於觀測網的海底動力環境長期實時監測系統研發和集成課題組以及各合作單位在本數據集採集、存儲和生產過程中給予的支持和幫助。
參考文獻
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數據引用格式
[編輯]常永國, 張飛, 郭永剛, 等. 南海深海海底觀測網試驗系統海底動力觀測數據集[DB/OL]. Science Data Bank, 2019. (2019-08-07). DOI: 10.11922/sciencedb.823.
