中华学生百科全书-第231章

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的气压算出海水的深度。
　　　　但是，在　1920　年以前，也就是距今　70　多年以前，用绳索来测量海深还
是人们经常使用的、主要的探测方法。这种原始的探测手段，直到近几十年
来才被更为科学的方法所替代。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　声波探测
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　在第一次世界大战期间，德国的潜水艇发挥了很大的威力。为了能够探

测到德国潜水艇的位置，英国、法国等国家的科学家们进行了长时间的研究。
法国有一位科学家叫郎之万的，发明了用声波来探测潜水艇的方法。那就是，
向水中发射声波，并检查反射来的声波，这样来捕捉敌人的潜水艇。这种研
究在当时曾经非常活跃。
　　　　在这种研究的基础上，人们进一步发展了音响测深法，以此来测量海洋
的深度和海底地形。
　　　　大家都知道，当我们对着山丘或高大建筑物高声喊叫时，声音会在碰到
它们之后反射回来，这就叫做“回声”。而声音在水中传播的性能和速度比
在空气中传播的还要好、还要快。声音在空气中的传播速度是每秒　340　米，
而在　0℃水中是　1500　米。此外声波在水中的衰减比在空气中小，因此，声音
在水中比在空气中传播得更远。
　　　　声音在水中遇到障碍物之后，也会反射回来。这样，根据声波在水中的
传播速度，只要测出声音从船上发射再反射到船上的时间，就能知道海的深
度。
　　　　这即是利用“回声”来测量海深的道理。但实际上，问题要比我们想象
的复杂得多。这主要是由于，声波在海水中传播的速度不是固定不变的，它
是随海水温度、盐度和水深的变化而变化的，也就是说，海水下面存在着声
速不同的水层。如在温度为　0℃的海水里，声音每小时可跑　5000　多千米，比
在空气中的传播速度快　4　倍多；在　30℃的海水里，它每小时可以跑　5600　多
千米；在含盐多的水里，声音传播的速度比在含盐少的水中要快。另一方面，
声音在穿过声速不同的水层时，还会产生不同的折射。此外，声音碰到海底
或障碍物也会拐弯，也就是说，声音在水中是沿着一条看不见的声道，弯弯
曲曲前进的。
　　　　这样，一种现代化的水声探测技术——声纳问世了。什么是“声纳”呢？
实际上，声纳就是人们利用水声能量进行水下观测和通信的一种仪器。前面
我们已经讲了，声波在海水里并不是直线传播的，不同的水域、不同的水深
以及不同的障碍物或海底地形，都会对声音的传播发生影响。而声纳正是利
用了这一原理，通过回收不同的“回声”来探测海水的不同界面、海洋深度
以及海底地形等。
　　　　声纳基本上可以分为两种。第一种可以称为主动声纳。它可以发射声波，
遇到目标时，会产生回声，而声纳里装有能感受声音的装置，这样，声纳就
可接收这种回声，并加以处理，然后在显示器上显示出目标的方位、大小及
形状。有的还能根据回声的大小确定目标的远近。第二种可以称为被动声纳。
这种声纳不能发射声波，它只接收目标发出的噪音，然后加以处理并将结果
显示出来。
　　　　结果按照声纳安放的位置分，声纳还可以分为舰艇载、飞机载和固定式
三种。
　　　　近年来，人类又发明了多波束回声测深仪。这种多波束回声测深仪与普
通的声纳测深仪不同，它可以发射多束声波，而其接收装置会把反射回来的
每一束声波都单独地接收下来，经过仪器内部的处理装置就会得出多束声波
所接触的海底深度。这样，再经与之相联的电子计算机进行处理，就可以绘
制出较大区域的海底地形图。
　　　　随着电子计算机技术的飞速发展，微型计算机的迅速崛起，回声、水声
探测技术现在又进入了微处理机时代。一些国家已开始把微型计算机引入了

水声测深技术之中，实现了水声测深仪中央控制和精细的信息处理。同时，
在水声测深仪终端上不仅采用了屏幕显示器，进行传统的水深曲线的记录，
而且还能够记录测量点编号、测量时间、测量位置等多项参数的情况，实现
了图表注释可以自动打印记录，大大减轻了操作人员和绘图人员的劳动强
度，提高了工作效率。而且这种测量精度高，图像数据记录清晰、可靠、直
观，便于资料存档和查阅，特别适用于港湾、码头、湖泊、水库以及海洋上
航道水深的测量和海图标绘，对于船舶导航，也有很大帮助。
　　　　总之，海洋探测的“顺风耳”——回声、水声探测技术为海洋事业的开
发，提供了巨大的帮助。“顺风耳”耳听八方，为海洋开发充当着“侦察兵”
的作用……
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　神奇的观测
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　海洋观测仪器是海洋调查工具，海洋调查是海洋开发和海洋科学研究的
基础。没有高精度、高速稳定可靠的海洋仪器，就不可能为海洋开发和海洋
学研究提供准确的一手材料。因此，海洋观测仪器的现代化受到了人们广泛
的重视。
　　　　自从　1950　年以来，航空遥感作为海洋环境调查和海洋开发的有效手段，
开始受到了很多国家的关注，并同卫星、调查船、浮标、潜水器等一起列入
了多数国家的发展规划。
　　　　尤其是最近　10　年来，航空海洋遥感技术在世界范围内取得了较大的进
展，并已在气象和海洋领域开始广泛的应用。遥感飞机各种类型，如气象研
究机、海洋学观测机、海洋磁测机、摄影测量机、地质调查机、综合研究机
等等。
　　　　在航空海洋遥感的基础上，航天海洋遥感技术在近年来也获得了可喜的
发展，而且其优势和性能远远高于航空海洋遥感，成为海洋调查空间技术的
后起之秀。一般航空遥感飞机的飞行高度在　10　千米左右，一张航空照片覆盖
地面面积只有　10～30　平方千米，探测一遍全球表面需要十几年的时间；而以
人造卫星为观测平台的航天海洋遥感所覆盖的面积可达　3．4　万平方千米，每
18　天就可以覆盖全球一遍，其优越性是显而易见的。
　　　　以美国　1978　年发射的海洋卫星“西塞—A”号为例，它重　2200　千克，是
由一个　33．3　米长的火箭把它带到　805　千米的高度。它的传感器可以观测海
流、潮汐、波浪、海面温度、风暴、冰况及海岸现象等。这些信息传送到地
面，经过加工处理被人们研究使用。“西塞—A”号卫星工作时间是　1　年，它
每天绕地球　14　圈，它的传感器　6　小时扫描（即探测）一次，扫描的面积包括
世界　95％的海洋。国外认为这颗海洋卫星开创了“海洋科学发展的新纪元”，
揭开了“海洋研究的新的一页”，价值很高。
　　　　中国在海洋遥感，特别在海洋航空遥感方面也取得了很多成果。自　1970
年以来，中国已能连续发射自己制造的人造卫星，并收回了各种科学数据。
此外，中国还收集了美国陆地卫星　1、2、3　号的卫星图像将近　500　幅，这些
图像包含了中国沿岸和周围海域的丰富信息，反映了沿岸流、泥沙流、河口
冲淡水的路径、变化、扩散范围等海洋特征。航空、航天海洋遥感技术，完
全可以称得上是扫描（探测）万里海区立体画面的“千里眼”，在海洋探测
和海洋调查中发挥着神通广大的积极作用。那么，这个“千里眼”是怎样工

作的呢？原来，卫星和飞机对海洋的观测是通过安装在卫星或飞机上的遥感
仪器来实现的。
　　　　遥感、遥感仪器又是怎么一回事呢？“遥感”这一新的术语，是美国海
军的一位军官首先提出的。从广义上讲，远距离、不接触探测目标发射的或
反射的某种能量（如电磁波、声波），并能够把探测目标转换成人们容易识
别和分析的图像和信号，从而弄清目标的性质和特点，这个过程，即称为遥
感。遥感的最显著特点是不接触目标和远距离探测。遥感所用的设备和仪器，
称为遥感或遥感仪器、遥感设备。
　　　　目前遥感器大致有三种分类方法。一种是根据探测的结果来划分，把得
到像照片那样结果的遥感器叫做成像遥感器；把仅通过感觉温度、音响、深
浅等物理量的高低、大小来区分目标的遥感器，称为非成像遥感器。第二种
分类方法是根据遥感器外部发射能量目标进行分类，把能够发射能量并接收
目标反射回波的遥感器，称为主动遥感器；把不发射能量，只接收目标反射
的能量或目标本身辐射的能量遥感器，称为被动遥感器。第三种分类方法是
根据遥感器探测物理量的不同来分类：以探测声音来区分目标的，称为声学
遥感器；以电磁波来区分目标的，称为光电遥感器。
　　　　那么遥感器又是靠什么来探测目标的呢？对于微波、红外、可见光的遥
感器来说，它们是凭借物体反射和发射的各种电磁波（光也是一种电磁波）
来探测目标的。电磁波是自然界存在的一种物质，是由物质内部电子强烈运
动而产生的。任何温度高于绝对零度（…273℃）的物质，其内部都存在着电
子，而且其内部的电子在运动着，因而该物质都要发射电磁波。
　　　　物体温度不同，发射电磁波这种能量的本领也不一样。物体温度越低，
发射电磁波的能量越弱，电磁波的波长越长；物体温度高，并且发射的能量
多，电磁波的波长就越短。另外，物体的化学成分和物理构造不同，反射电
磁波的本领也不一样。
　　　　物质物体反射和辐射不同电磁波的本领，叫做目标特征信息，它是识别
有用目标的重要依据。收集和研究物体反射和辐射电磁波随时间、地点和季
节变化，以及电磁波在大气中传播的规律，是遥感技术的一项重要内容。
　　　　通过前面的叙述，我们大体上了解了什么是遥感及其相关的知识。现在
让我们看一下“千里眼”是如何扫描万里海区的。
　　　　我们已经知道，卫星和飞机对海洋的遥测是通过安装在卫星或飞机上的
遥感器来实现的。
　　　　一方面，卫星和飞机上的遥感器主动地向海洋发射能量，辐射电磁波，
然后再通过遥感器内部的装置来接收这些目标反射回波，进行处理之后成像
或非成像显示，传向地面。
　　　　卫星和飞机遥感仪器经过不断完善，已经历了三代技术更新。第一代是
可见光遥感仪器，如光导摄像机等。这种遥感仪器只能在白天工作，黑夜就
变成了瞎子。第二代技术产品是红外线遥感仪器。这种遥感仪器可以使卫星
实现昼夜观测，但每当天空阴云密布或雨雪交加时，红外遥感仪就会受到干
扰。第三代是微波遥感仪，这是新一代的“全天候”遥感仪器。微波是介于
红外波段和无线电波段的电磁波，它不仅可以昼夜工作，而且具有一定的穿
透云层、雨雪和地面植被的能力。目前海洋卫星上试用的遥感仪基本上都是
微波遥感仪。
　　　　已经试验使用过的海洋遥感仪器有海洋水色扫描仪、海水温度扫描仪、

机载激光测深仪、图像自动传统系统、高级光导照相机、多光谱海洋环境监
测扫描仪等。
　　　　海洋卫星的观测本领极高，可以直接对海面温度变化、海冰分布、海上
灾害、天气和海况进行有效的监测，其中对海洋上台风的生成和活动的监测
效果尤为显著。卫星借助遥感器可以精确测量海面的变化、海面起伏和海浪
高度，还可以测出海水表层的流速，可以测量海面风速、海面水温以及海水
和大气中的水汽含量等。海洋卫星所获取的信息量之大是极惊人的，它一天
所获得的海洋情报，相当于　2　万份船舶观测资料。
　　　　另一方面，卫星和飞机上的遥感器还可以定时地接收放在海洋里的锚系
浮标和漂流浮标所探测到的信息。锚系浮标基本上是位置固定的浮标，大致
有　12　米和　10　米直径的钢质饼型浮标、6　米铝质船型浮标、3　米直径铝质饼浮
标等几种规格。锚系浮标的观测项目和搜集信息的范围有风、气压、气箱、
海面温度等。这些浮标的标体都载有太阳能供电系统。浮标上装置着单根长
索，长索上悬挂着许多小型紧固的传感器。这些传感器的可靠性都很好。
　　　　锚系浮标中的信息接收机可以接收海水中的传感器所搜集的信息，卫星
或飞机遥感器会定时地接收这些信息，进行处理。现在世界上已有两颗极地
轨道卫星专门来负责接收这些海上指定点的信息情况。这种卫星每　105　分钟
就绕地球一周，轨道高度约　900　千米，能够覆盖全球范围的海域。