海洋探测与水声技术

海洋很大，情况复杂，当我们面对海洋中的物体要一一去进行探测时，没有必备的仪器和技术作探测手段，那是非常困难的。诸如海水的温度、海流、波浪，以及海底的地形、地貌等等。

毕竟，人，是推动历史前进的动力，也是改造世界的强者。

上古的时候，人类靠智慧来原始地认识、对付大自然，对付海洋；今天，我们已经拥有大量的多参数测量装置和越来越先进的技术来探测海洋科学的各个领域。特别是水声技术近 70 年来的广泛应用，成为海洋探测必不可缺的手段之一。

海水看似静止，实际上保持相对稳定的速度在流动。海流按其成因可分为梯度流、风海流、补偿流和潮流。这些形式的海水运动，又有表层流和底层流之分。对于每秒在 1～10 厘米这样弱的洋流，测量起来极为困难，很长一段时期人们都不能直接测量，只能根据海水的温度和盐度数值进行计算，间接测量。

海流测量是海洋调查的重要内容。60 年代初期，美国科学家研制出声学海流计，它是根据声学多普勒原理制成的测流仪器，其工作原理是通过测量

声波在流动液体中的多普勒效应来测量海流。用它可以测量海流的深度剖面，可以测得湍流和弱流，还能在航行中连续同时测量多层海流而且精度高。

波浪是风在海洋上引起的一种复杂的自然现象，是海水一种不规则的运动形式。前面我们曾有过介绍，当波浪拍岸而起时，产生的冲击力是很强大的。大西洋沿岸的一个地方，有一次风浪冲破防波堤，把一块 800 吨重的混

凝土堤面，连同它 550 吨的钢骨基础连根拔走。后来在同一个地方，重建 2600 吨重的堤防，又给另一次风暴冲跑。

波浪有那么大的力气，人们开始考虑，让它来为人类做工，比如说海浪发电。而要利用波浪，就得研究波浪运动的规律，要研究它，就必须对其进行连续观测。

早期的波浪观测大都是目测，由于电子技术的应用，测波仪器才相继出现，有光学测波仪，有电接触式测波仪，有压力式测波仪。近年，声学定点浪高仪在波浪观测中得到了厂泛的应用。声学定点浪高仪实际上是一种反向回声测深仪。其工作方式一般是将声波换能器面朝上安装在海底，换能器向海面不断地发射声波，此声波又返回海底的接收器。有波浪传过时，根据声波从换能器到返回海底所需的时间，便可以得到浪高数据。

海底世界是什么样的？地形、地貌如何？那里有些什么物质和生物？一系列的海洋考察工作常常得从测量海洋的深度开始。

早在宋、元年间，我国渔民和航海家们就发明了“用长绳下钩，沉至海底取泥”和“下铅锤测量海水深浅”等方法。

后来，虽然用钢绳代替了麻绳，铅锤的构造也作了某些改进，但是使用仍然很不方便，测量一次得花费很长时间，测得的数据也不太准确。

随着科学技术的进步，人们在陆地上采用光和无线电波来测量距离。用这些技术来测量海底的深度行不行呢？

不行。水的透明度太差，光照到海面上，大部分被反射，少部分被吸收，海面下 200 米深的地方就几乎是一片漆黑。海水又是电的良导体，它能吸收电磁波，所以，用雷达之类的工具来测量海底深度也无济于事。

办法当然还是有的。人们发现，声波能在水里很好地传播，传播速度要比在空气中快四倍，可以委托声波来充当海洋深度的“测量员”。

用回声测深仪来测量海洋深度已经有好几十年的历史。测深仪在海面上向海底发出超声波，声波以每秒 1450 米的速度向下传播，碰到海底，马上反射回来，这就是回声。求出发射声波和收到回声的间隔时间，又知道了声音在水里的传播速度，就不难算出海底的深度。

回声测探仪仅仅是水声设备——声纳的一种，水声设备中还有一种旁侧声纳，也叫海底地貌仪。这种声纳向两边发射一定频率的声波，它的探测范围更大。

近十年来海洋地质研究方法的重大发展是多波束测深技术在海洋地貌研究中的广泛应用。多波束测深仪与一般测深仪的不同之处在于：当船沿一定航线行驶时，它可以测出几十个平行的深度剖面，与计算机相接可直接绘出海图。由于它探测迅速、测绘详细、经济效益高，因此越来越受到海洋界的高度重视。

由多波束测深系统、卫星综合导航系统和能自动绘图的计算机组成，就是一套完整的海底地形自动测绘技术系统，在航行测量过程中，迅速得到的大量的海测资料，可以使我们直接了解世界各大洋的地形，并且可以获得精

确的海底地形图。

但是人们还不满足。科学工作者希望能够直接深入到海底去；海洋生物工作者需要看到海洋生物在海底的活动状态；海洋地质工作者希望观察海底地面的自然情况；海洋工程技术人员需要查明海洋建筑物和水下机械的故障⋯⋯怎么办呢？人们除了在海面探测到海洋的一些资料和数据，还能不能够深入到海里，亲自去观察一下神秘的海底世界呢？

这个难题已经不再是难题，而且同以上所谈到的探测技术比较起来，它对于人们更为熟悉和亲切，那就是——潜水器。

潜水器作为向深海延伸的一种重要的技术手段，可按照我们的愿望，将科学家载到海下，直接观测海底，获得较精确详尽和具体的第一手感性资料。

潜水器的独特作用在于它可独立活动于海洋深处，观察海洋生物，测量海底地形，采集海底物质样品，完成水下探测作业和救捞等活动。为此，它在海洋考察和资源开发中占有特殊的地位。

有了这许许多多以及不断涌现的高新探测技术，人们认识、开发、利用海洋的梦想就会逐渐变成可行的现实，神秘的海底也不再神秘了。