淘客熙熙

主题:【原创】我们行星的金羊毛—ARGO计划简说 -- 抱朴仙人

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家园 席地而坐,听课!
家园 不顶严重不妥

顶了则人性四溢

话归正题,举手提问:南极绕极波,这个还真是头一次听说;看了如此惊人的数据,就偷偷算了一把,结果如下:

∵ 波速=波长/周期

代入以上数据,取波速为21000公里/10年,周期为5年,

∴ 21000公里/10年=波长/5年

即 波长=10500公里

波速=21000公里/10年

=2100公里/年

≈0.067米/秒

=6.7厘米/秒

实在是有点想像不出,一个每秒以不到7厘米速度缓缓传播、波峰波谷之间距离长达五千多公里、夹杂着其它大大小小乱七八糟波浪的超长波,卫星饶是视力好,计算机饶是能力强,又依靠什么把它从纷乱的背景中拽出来呢?

莫非是它的波峰波谷之间差距明显,很有利于远距离观测和比较?

又,印象中模糊记得:当年智利大地震引发的海啸,到了日本还能把巨轮抛起,据说也是波长长达数千公里的超长波海浪的杰作。波浪能传播出几千甚至上万公里,其蕴涵的能量当然不会太小;那么,这个南极绕极波,能量是不是也很巨大呢?惠及毗邻海岸,是不是破坏力也不小呢?

可是,似乎又没有见到南美和南部非洲,以及南太平洋沿岸国家遭到过这个绕极波的冲击和骚扰的报道啊。。

这问题岔的有点远,嘿嘿……

又,仙兄功力深厚,言简意赅,实在佩服!以前看过关于圣婴和拉尼娜的介绍,但总是记不住。这次算是“理解基础上的记忆”,绝不会再混了

花推!

家园 哈哈,老弟真是厉害,还亲自去算一遍,算得对,花一堆。

这个绕极波刚发现不久,您不知道是正常的,不搞物理海洋学的,大多数也不知道。

这个波的波速是6-8cm/s,您算得再对也不过了。它实际上是由两种不同的波叠加而成,一种波数为2,一种波数为3。

这么超超超长的波,波峰再高,肉眼也看不见的。实际上把它表述为一种长周期变化,咱们心理上更容易接受。嘿嘿。

有南极绕极流,它的平面流动不太可能是平稳的,就会有起伏,这种起伏如果有周期规律,就有可能是一种波动。

发现这种波的手段,一个是测量海面高度变化,把短周期变化和其它噪音消去,长波就暴露出来;另一个方法是研究一些相关的间接证据,比如海面温度、海冰范围、海平面气压什么的,如果这些间接要素有相同规律,多半是有个波在捣鬼了。

跟这个一样惊人的,另外还有北大西洋十年涛动,和另外一个什么三十年涛动,都是长得不像话。

通宝推:刹那芳华,
家园 悄悄吱一声

如果有大量数据的话,用傅立叶频谱分析是可以抓住特定波长的。其它杂波没有固定波长,所以在频谱上就是噪声,ACC有特定波长,在频谱上就会出现一个峰值。

仙人这个系列太牛了。搬个板凳静静地听讲。

家园 呵呵,谢谢啦。这方面我其实不内行,混充而已。介绍介绍呗

不过您提到用傅立叶分析寻找特定波长的波,这是不是雷达探测的一种技术啊,俺还真不知道。什么时候给讲讲?

家园 这个。。。是数据处理技术吧?

等晨枫老大来讲

家园 三位大佬开谈,俺们受益匪浅啊

接着聊,俺接着花!

家园 傅立叶变换和频谱分析不是雷达特有的,应该属于数字信号处理

离散傅立叶变换(DFT,或数值算法上更高效的快速傅立叶变换,FFT)可以用来对采集的离散信号进行处理,然后作成频谱的图,就容易看出信号的频域特征。具体的数学说容易也不容易,说繁也不繁,但是三言两语就说不清了。下面是网上找来的图示例子:

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

这是乐器音乐的若干个正弦波叠加出来的结果

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

DFT或FFT之后,可以看到5个峰值,代表原来信号里的5个频率分量,峰值的高低表示各频率分量的相对强度

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外链图片需谨慎,可能会被源头改

a是海洋地震信号的原始数据,看起来杂乱无章,b是所谓Hamming window,是信号滤波的一种,c是滤波后的信号,还是很难看出频率特征,d是对c作离散傅立叶变换后的频域响应,e是进一步分段平均取出噪声后的结果,可以看出有两个特征频率,一个在0.08左右,一个在0.37左右。这里的频率是normalized,知道原始采样速率的话,简单变换后就可以换算回原来的频率或时间单位。

DFT和FFT我也不是很懂,只知道这么一点大概,说不定还搞岔了什么地方。具体的还要请大拿们指教。马鹿是学电的,她应该熟悉。带鹿来!

家园 道长明明是行家,还要拿兄弟一把,不厚道呀,不厚道

玩笑。

请见楼上,不知道说得还算接近否?

家园 岂敢岂敢

贫道可不是行家,不敢班门弄斧,呵呵。简单讲讲贫道的理解。

老大上面解释得很明白了。从数学上讲,任何一个连续周期函数都可以表示为若干个(也许是无限多个)振幅相位频率各异的单一频率正弦波的叠加,这个叫做傅立叶级数展开,而生成这个级数展开的过程,就叫做傅立叶变换。因为数字信号处理打交道的是离散信号,相应的版本便是离散傅立叶变换(DFT),而离散傅立叶变换的一种高效算法,叫做快速傅立叶变换(FFT)。通过傅立叶变换对数据/信号进行处理的过程,便叫做傅立叶分析。

为什么要做傅立叶分析呢?因为在原来的信号图,即时域图(Time Domain)上,真正有用的信号往往被淹没在大量杂乱噪声里面。而变换后的频域图(Frequency Domain)上,便可以清晰地将信号峰与低矮的背景噪声分辨开来。

傅立叶分析不光是搞电的用的。事实上早已成为工程上的基本工具了,广泛用来滤波和/或信号增强。

家园 根据敝人的经验,调查表如果寄给某单位,一般是办公室、综合处一类部门处理

这些部门都是多一事不如少一事的心理。所以应该直接寄给业务部门负责人。其次如果有经费,召集大家开个会讨论一下响应的积极程度会大不一样,最好还有机会到海边实地考察一下。

家园 到底有没有绕大洋洲和非洲、南美的波呢?
家园 【原创】三、ARGO是什么?

ARGO是英文“Array for Real-time Geostrophic Oceanography”的缩写,中文含义为“地转海洋学实时观测阵”。

1998年,美国和日本等国家的大气、海洋科学家,在以前工作的基础上,推出一个全球性的海洋观测计划,利用最新的海洋技术组合(如ARGO剖面浮标、卫星高度计和数据处理技术等),建立一个实时的、高分辨率的全球海洋中、上层监测系统,以便能快速、准确、大范围地收集全球海洋上层的海水温度和盐度剖面资料。它所取得的数据供全世界各参加国共享。

点看全图

你看图上密密麻麻,都是浮标,大洋的脉搏,再也无法遁形了。

ARGO计划的目的有三个:

1、ARGO测的虽然是实时数据,眼光可是放得很远。它的主要使命是观测海洋中从年际到十年间的长期变化,对大尺度大洋环流,也包括海洋内部的质量、热量和淡水输送平均状况和变化过程进行全球性描述,比如海洋的结构、环流、质量和热、盐平衡等。

2、模拟和同化。天气和海洋预报需要建立一个模式,这个模式在预报具体的事件(比如台风)的时候,需要建立一个初始场,然后模拟演进推算。初始场所需要的数据可能是用五花八门的方法取得的,数量太少了不行,也不能够拿来就用,需要统一一下口径什么的,使得它们可以用在一起,这个过程就叫数据同化。ARGO可以获得海量的实时观测数据,为数据同化建立一个前所未有的庞大数据库,这就可以对预报模式进行初始化。经受过新一代全球海洋和耦合模式的连续性测试之后,我们梦想中的实时全球海洋业务预报就有可能变为现实。

数据同化是个大话题了,俺不是很内行。大家有兴趣的话,可以去看一个叫做“星月同化”的网站(http://csliu.anyp.cn)。

3、与卫星高度计协同,通过两种测量系统间的互补性和配合使用,更精确地评估海洋状态。

按照计划,参与观测的各个国家从2000年开始,到2005年底,在全球大洋中布放3000个卫星跟踪浮标,共同组成一个全球海洋观测网。大致上是每隔三个经纬度投放一个浮标,但是由于观测网的核心部分--卫星高度计技术上的要求,高纬度上布设的要密集一些。

每个测点都有一个ARGO浮标(自律式拉格朗日环流剖面观测浮标)。它的工作模式大致上是这样的:

被投放之后,浮标会自动潜入2000米的深度,在那里随着洋流漂浮。每隔10天左右,它会缓缓上浮,沿途测量温度盐度等各种剖面实时观测数据,浮出水面后,报告自己的ID号和位置,并自动发送这些数据。然后再沉回深海。把它每次浮上海面的位置和时间记录下来,就可以很方便地算出2000米深处洋流的走向和速度。

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整个ARGO网,每年可提供多达10万个剖面(0~2000m水深内)的海水温度和盐度资料。也就是说,原来的“世界海洋环流试验”(WOCE)所收集的,海洋学家100年干的活,ARGO网两个月就可以干完。

这么海量的数据源源而来,海洋学家一下就成了暴发户了。

话说到这里,大家不觉得ARGO这个名字很熟悉吗?

对了,希腊神话里有个金羊毛的故事,寻找金羊毛的英雄们所乘坐的那条华丽的战船,名字就叫做ARGO。这条船后来荣升天界,南天上的南船星座就是它了。

乘坐阿尔戈号寻找金羊毛的英雄们,那可是一支梦之队。

根据神话记载,著名的英雄赫拉克勒斯只配掌管前舱,阿喀琉斯的父亲珀琉斯和埃阿斯的父亲忒拉蒙负责后舱;提费斯掌舵,眼力敏锐的林扣斯为领港员;宙斯的儿子卡斯托耳和波吕丢刻斯只是水手;杀死卡吕冬野猪的墨勒阿革洛斯,天才的歌手俄耳甫斯,后来当了雅典国王的忒修斯,海神波塞冬的儿子奥宇弗莫斯和小埃阿斯的父亲俄琉斯,在这条船上只不过是普通战士而已。

ARGO浮标,它的制造难度和工作环境之恶劣,要求之高,难以想象,却完全配得上金羊毛英雄的身份。这个浮标的身价也不低,尽管号称廉价,那是跟调查船和锚碇是浮标相对而言,每个浮标的价格,大约是20万人民币。

大致上说,ARGO浮标靠一个可以充油让它变大变小的皮囊来沉沉浮浮。依靠它自己的计算机,配备上各种传感器以后,它就能够智能化地完成控制下潜深度、水下停留时间、上浮、剖面参数测量、水面停留和数据传输,以及再次下潜这些个工作,实现浮标的自动沉浮、测量和数据传输。所以,这其实是个专用的水下机器人。它的设计寿命为三到五年,每10天左右沉浮一次,工作深度达到2000米。也就是说,在这三到五年的孤独漂泊中,它必须能够耐受2000米水深的压力;自己的电源必须够用;所有机件工作可靠;测量仪器不需要重新标定;这个要求够吓人的了吧。

点看全图点看全图

目前,我们用的ARGO浮标还都是进口的,天津的海洋技术中心在研制这个东西,国产化工作大概做得差不多,也许不久我们就有自己产的浮标了。

ARGO浮标的投放很容易,事先标定好之后,只要扔到预定海域就行。可以空投,可以由专业考察船布设,也可以请过路商船捎带过去扔在那里。

ARGO浮标的数据发送给谁呢?当然是金羊毛英雄的领导者啦。接收并转发数据的卫星,是美国国家航天局(NASA)和法国国家空间中心(CNES)联合发射的新一代卫星高度计,它的名字叫做杰森卫星高度计(Jason)。用希腊读法,这不是别人,正是伊阿宋。那个领导金羊毛行动,赢得美人却又因为花心被老婆害死的倒霉英雄。

伊阿宋率领着众英雄夺取金羊毛,卫星高度计率领着众多高科技浮标探求海洋深处的秘密。点看全图

也许,我们行星的金羊毛,就静静地躺在海洋深处,等待着我们派出的使者去探寻。

点看全图

关键词(Tags): #ARGO#阿尔戈计划#海洋元宝推荐:不爱吱声,晨枫,
家园 非洲和南美没法绕,绕大洋洲的好像还没发现,连绕北极的也还没有呢

绝大部分洋流是在大洋里上下左右绕圈的,像南极绕极流这种只沿着纬线跑的东西实属罕见。

家园 有个问题不明白,请教一下。

这个argo浮标不论在水面或水底都是随洋流漂动的。 那会不会出现有的地方浮标聚集,有的地方变稀的问题呢? 毕竟它要工作三到五年。 洋流的速度我不清楚,应该各处不同。 我知道有些洋流的速度在10~20 mile 每天,其他的应该也在同一量级。那么一两个月后浮标就应该漂出几百miles了。

是不是浮标会自动测定位置,试图回到固定的标定地点? 还是洋流带着浮标们游历海洋,却始终能保持一定的平均分布密度不发生聚集?

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