2014–2015年東海站06號浮標溫鹽深剖面觀測數據集
| 2014–2015年東海站06號浮標溫鹽深剖面觀測數據集 作者：賈思洋 劉長華 王春曉 王旭 2020年1月8日 |
 賈思洋, 劉長華, 王春曉, 王旭. 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, 2019. (2020-01-08). DOI: 10.11922/csdata.2019.0081.zh. |
摘要&關鍵詞[編輯]
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。為了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於2014年10月開始依託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，採用錨鏈懸掛方式獲取到412 d、共4個水層溫鹽深數據。為了更好地利用這些來之不易的觀測數據，我們採用規範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[編輯]
Abstract: Temperature, salinity and depth are important parameters of the ocean physical properties as well as the basic elements of the ocean hydrological observation. Muti-layered water observation data of temperature, salinity and depth are obtained by Institute of Oceanology of the Chinese Academy of Sciences (IOCAS), using the ocean comprehensive observation buoy system No.6 of East Sea station of an offshore marine observation and research net-work (OMORN), from October, 2014. Self-contained combined sensors are mounted on mooring, by means of self-contained combined sensors mounted on mooring chains, and 412 days of temperature, salinity and depth observational data in four layers are obtained. In order to make better use of these data, we process them with standard data processing methods and quality control system. Also, download service on the internet is provided for the user. These datas provide the support for marine scientific research and for the social development on this area.
Keywords: temperature-salinity-depth observation data; profile observation; East China Sea; buoy; dataset of marine observation
數據庫（集）基本信息簡介[編輯]
| 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） |
| 數據時間範圍 | 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號颱風影響移位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個採集周期、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、有效採集日期、參數類型命名。 |
Dataset Profile[編輯]
| Title | A dataset of temperature, salinity and depth of sea water based on No.6 buoy of the East China Observation Station during 2014–2015 |
| Data corresponding author | Liu Changhua (lch@qdio.ac.cn) |
| Data authors | Jia Siyang, Liu Changhua, Wang Chunxiao, Wang Xu |
| Time range | From October, 2014 to November, 2015 |
| Geographical scope | The observation area is near the 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, not detailed here). Initial station was 30°42.93′N, 123°8.11′E before 3am on July 11, 2015, Station after typhoon of 「CHAN-HOM」 was 30°44.02′N, 123°6.19′E since July 12, 2015. |
| Data volume | 56.6 MB |
| Data format | *.xls |
| Data service system | <http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/931> |
| Sources of funding | Strategic 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/Database composition | The dataset is table data. The subsets are recorded as 「A dataset of temperature, salinity and depth profile of sea water Based on No.6 Buoy of the East China Observation station in 2014–2015.zip」. The dataset is made up of 48 tables, including eight observation periods and four profiles, named by buoy No ,layer, year, date of effective observation and parameter code. |
引 言[編輯]
海洋覆蓋了地球表面積的70%以上，與人類生活息息相關，隨着全球氣候快速變化，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逐漸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，而且海洋環境監測已進入從空間、沿岸、水面及水下對海洋環境進行全方位、全天候立體監測的時代[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]。鑑於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鑑，同時也獲得了許多極其寶貴的溫鹽深觀測數據[4]。但受限於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海「水土不服」，存在難以穩定運行和借鑑的現象。
相比較而言，我國在定點溫鹽深觀測技術研製方面遠落後於世界先進水平，主要受限於通信技術、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。雖然整體技術落後，但我國也在適合用於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，並取得了長期穩定可靠的定點溫鹽深數據[5][6]。如：中國科學院海洋研究所於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 數據採集和處理方法[編輯]
1.1 浮標站位情況[編輯]
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於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」）的建設。其中，東海站06號浮標（簡稱「06號浮標」）自2009年8月開始布放在舟山群島嵊山島以東海礁附近海域（30°42.91′N，123°08.11′E，圖1）[7]，至今已連續在位運行超十年。06號浮標為直徑10 m的大型海洋綜合觀測浮標系統，該浮標的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）。該浮標常規採集的所有數據經過初步數據質量控制後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 數據採集方式[編輯]
此次數據採集共分為4層（圖2），即水面0米層，水下10米層，水下20米層，水下30米層[8]。
圖2 溫鹽深觀測方式示意圖
表層溫鹽數據（共1層）是06號浮標的常規觀測參數，理想狀態下位於水下1.0 m位置（水面0米層），實際運行該數據主要經過數據採集、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採集的數據質量，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
剖面溫鹽深數據（共3層）的採集是基於06號浮標的10 m浮標為載體，將自容式溫鹽深傳感器集成於易在錨鏈端固定和拆卸的傳感器安裝籠中，由潛水員依次下潛將安裝籠固定於錨鏈上（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，浮標布放位置的流網較多，結合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，自上而下分別在水深10 m、20 m、30 m水深位置搭載溫鹽深傳感器[8]，每次在岸上將傳感器設置安裝於傳感器安裝籠中，作業時潛水員下潛將傳感器固定安裝於錨鏈上（圖4）進行溫鹽深數據獲取。
圖4 溫鹽深剖面觀測現場
為保障觀測數據的有效性，根據試驗方案應每1.5個月為一個維護周期，每次維護時需要完成溫鹽深傳感器組的回收、數據提取、電池更換、傳感器設置，然後完成再次布放並開始新一觀測周期的數據採集。但由於受颱風、寒潮、天氣等因素影響，實際維護周期並有所變動，自2014年10月19日開始至2015年11月止，前後13個月共完成8個觀測周期的數據採集[8]。
1.3 數據處理[編輯]
剖面溫鹽深傳感器維護時提取的數據文件為raw，為方便使用，統一用溫鹽深設備專用的數據處理軟件進行提取轉換為xls保存。其中鹽度數據為使用電導率轉換所得。
06號浮標獲取的表層常規溫鹽數據通過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。但由於複雜海況、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於實時展示外，還會有專門數據工作人員進行後期審核。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。經過審核後的數據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，本數據集中以xls文件上傳。
2 數據樣本描述[編輯]
本數據集包括48個表格型數據。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號浮標搭載的垂直剖面系統水下1層採集到的溫鹽數據，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」代表數據採集的有效時間，具體到天，就是代表數據採集時間從2014年10月19日至2014年12月28日，「_CT」就代表數據類型為溫鹽數據。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層為固定水深1 m，無深度數據文件。
表格型數據表中包含了水溫、鹽度數據和深度數據（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 | - | 數值型 | 2014-10-19 10:30 |
| 2 | 水溫 | ℃ | 數值型 | 21.8 |
| 3 | 鹽度 | ‰ | 數值型 | 36.7 |
| 4 | 布放水深 | m | 數值型 | 8.75 |
06號浮標表面0層為實時採集傳輸數據，數據採集和傳輸間隔為30 min，且每次均只有1組水溫和鹽度值。水面以下3層溫鹽深均屬於自容式採集，採集周期為10 min，採樣間隔1 s，每次採集10個數值，在本數據集中均全部保留。
由於文本格式的數據並不能直觀反應溫鹽深數據隨深度和季節變化的特徵，所以數據使用者可通過下載數據、繪製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為第一觀測周期內的剖面水溫變化的樣本展示，圖7為第四觀測周期內的剖面鹽度數據的樣本展示。從圖中看出無論哪個周期內，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。另外，從圖6可明顯看出在2014年12月31日至2015年1月08日，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[編輯]
黃海站、東海站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）和《大型海洋環境監測浮標》（HY/T142-2011）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）執行；重要海洋氣象、水文、水質等參數的觀測工作參照《海洋調查規範》（GB/T 12763-2007），《海濱觀測規範》（GB/T 14914-2006）執行。本數據集所使用儀器設備的技術指標見表2，有效數據的採集信息詳情見表3。
表2 浮標颱風各觀測參數技術指標
| 序號 | 測量參數 | 測量範圍 | 測量準確度 | 分辨率 |
| 1 | 水溫 | -5～+45℃ | ±0.01℃ | 0.001℃ |
| 2 | 電導率 | 0～70mS/cm | ±0.01 mS/cm | 0.001 mS/cm |
| 3 | 水深 | 0~1000m | ±0.3%FS（線性） | 測量範圍的 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 | 有效採集時間 | 備註 |
| 一 | 0 | 1.0 | 2014-10-19 10:30~2014-12-28 11:00 | 水下第2層傳感器丟失 |
| 1 | 8.8 | 2014-10-19 10:20~2014-12-28 10:50 | ||
| 3 | 24.0 | 2014-10-19 10:50~2014-12-28 11:10 | ||
| 二 | 0 | 1.0 | 2014-12-28 11:00~2015-01-26 10:00 | 水下第3層傳感器丟失 |
| 1 | 10.8 | 2014-12-28 11:10~2015-01-26 10:00 | ||
| 2 | 20.8 | 2014-12-28 11:50~2015-01-26 10:20 | ||
| 三 | 0 | 1.0 | 2015-01-26 11:00~2015-02-15 16:30 | 數據均正常 |
| 1 | 9.7 | 2015-01-26 11:10~2015-03-14 08:20 | ||
| 2 | 14.3 | 2015-01-26 11:00~2015-03-14 08:30 | ||
| 3 | 23.5 | 2015-01-26 11:10~2015-03-14 08:20 | ||
| 四 | 0 | 1.0 | 2015-03-14 09:00~2015-04-23 08:30 | 數據均正常 |
| 1 | 13.4 | 2015-03-14 09:30~2015-04-23 08:20 | ||
| 2 | 23.4 | 2015-03-14 09:50~2015-04-23 08:40 | ||
| 3 | 31.5 | 2015-03-14 09:50~2015-04-23 08:30 | ||
| 五 | 0 | 1.0 | 2015-04-23 09:00~2015-06-06 07:30 | 數據均正常 |
| 1 | 13.3 | 2015-04-23 08:30~2015-06-06 07:30 | ||
| 2 | 18.4 | 2015-04-23 08:40~2015-06-06 07:40 | ||
| 3 | 32.4 | 2015-04-23 08:40~2015-06-06 07:40 | ||
| 六 | 0 | 1.0 | 2015-06-06 08:00~2015-08-28 07:30 | 水面0層只數據有水溫數據，受「燦鴻」颱風影響，7月12日浮標移位，水下第3層傳感器丟失 |
| 1 | 13.3 | 2015-06-06 08:00~2015-08-28 07:20 | ||
| 2 | 17.1 | 2015-06-06 08:00~2015-08-28 07:30 | ||
| 七 | 0 | 1.0 | 2015-08-28 10:00~2015-10-14 07:30 | 數據均正常 |
| 1 | 9.9 | 2015-08-28 09:20~2015-10-14 07:20 | ||
| 2 | 18.0 | 2015-08-28 08:20~2015-10-14 07:30 | ||
| 3 | 26.8 | 2015-08-28 08:20~2015-10-14 07:30 | ||
| 八 | 0 | 1.0 | 2015-10-14 07:00~2015-11-28 15:30 | 水下第2層溫鹽傳感器進水損壞，最終未採集到有效數據，只有深度數據 |
| 1 | 10.0 | 2015-10-14 09:00~2015-11-28 13:40 | ||
| 3 | 27.0 | 2015-10-14 09:00~2015-11-28 13:50 |
浮標在海上無人值守長期運行，受複雜多變的海況氣候或傳感器自身問題以及人類活動破壞等影響，會造成傳感器故障或丟失採集器故障、通信系統故障等情況，從而導致數據缺失或者數據無效的情況。此外，由於06號浮標布放位置屬於中國最大的漁場——浙江舟山漁場，當地捕撈、拖網船隻和流網較多，對浮標和水下設備的影響較大，極易造成設備丟失。雖然前期在傳感器組在錨鏈的安裝固定方式做了大量論證和討論，還是在第一、二周期發生了傳感器組丟失的現象，後期經過對固定方式進一步改進，傳感器在位運行的安全性大大提升。但第六採集周期內，由於受2015年第9號颱風「燦鴻」影響，導致浮標拖着錨系發生移位，浮標移位期間最底層的一組傳感器丟失。另外，第六周期水面0層所採集的溫鹽數據漂移明顯，已經剔除；第八周期水下2層的溫鹽傳感器進水，導致數據丟失，只有溫度數據，所以並未上傳。
4 數據價值[編輯]
此次依託東海站06號浮標採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，但藉助直徑10 m浮標為載體的方式，是現有技術條件下比較穩定可靠的定點、長期溫鹽深數據獲取方式。
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採集之最。可為物理海洋、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、颱風預報、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[編輯]
2014–2015年東海站06號浮標溫鹽深剖面觀測數據集全部數據已全部上傳至《中國科學數據》網站（http://www.sciencedb.cn/dataSet/handle/931），同时东海站06号浮标的常规气象、水文等要素的全部数据已在中国科学院海洋研究所数据中心（http://msdc.qdio.ac.cn/）发布。考虑到数据安全性，用户需登录网站进行数据申请。同时，如果本数据集得到有效引用，请引用者在致谢中标注“中国科学院海洋研究所黄东海浮标观测站”。
致 謝[編輯]
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製方面給予的幫助，感謝上海海洋中心氣象台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。
參考文獻[編輯]
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數據引用格式[編輯]
賈思洋, 劉長華, 王春曉, 王旭. 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.
