測量海洋物理參數的方法
海洋是一個動態且複雜的自然系統。溫度、鹽度、洋流或波高的微小變化都可能對生態系統、沿海氣候、航運安全甚至漁業和資源勘探產生重大影響。因此，測量海洋物理參數是海洋學、氣候學、海洋工程和海岸帶管理的重要基礎。本文討論了常用的海洋物理參數及其測量方法，包括原位測量（直接在現場進行）、遙感測量和模型模擬等方法。
1. 常用海洋物理參數
海洋物理測量通常側重於幾個關鍵參數：
1. 溫度：控制海水密度、水體分層及海洋-大氣熱交換過程。
2. 鹽度：與溫度一起決定密度、溫鹽環流和水團分佈。
3. 密度和分層：解釋了水柱的穩定性和垂直混合。
4. 洋流：影響熱、營養物質、沉積物和生物的輸送。
5. 波浪和潮汐：確定沿海地區的能量、磨損和潮汐洪水風險。
6. 海平面：氣候變遷與海洋-大氣動力學的指標。
7. 水體透明度和光學特性（作為相關物理參數）：影響光線穿透和初級生產力。
根據目標、時空尺度和水質條件，每個參數都需要不同的儀器和測量策略。
2. 原位（現場）測量方法
a. CTD（電導率-溫度-深度）
電導率深度計（CTD）是一種標準的海洋學儀器，用於測量電導率（可轉換為鹽度）、溫度和壓力（深度）。 CTD 由絞車從船上放下，記錄從水面到特定深度的垂直剖面。 CTD 的優點是垂直解析度高、精度好。為了確保數據質量，CTD 通常與使用裝有尼辛採水器的採水器進行水樣本採集相結合，以便在實驗室中校準鹽度值。
b. XBT（一次性水深溫度計）
XBT（X波溫度計）測量溫度隨深度的變化曲線。與CTD（溫鹽深儀）不同，XBT是一次性使用的，更適合在移動船上進行快速測量。然而，XBT通常不測量鹽度，如果探頭的下潛速度不正確，深度估計結果可能不準確。
c. ADCP（聲學多普勒流速剖面儀)
聲學多普勒流速剖面儀（ADCP）利用水中顆粒反射聲波的多普勒頻移原理來測量流速和流向。 ADCP可安裝在：
– 在船上（使用船上聲學多普勒流速剖面儀）繪製沿航道的洋流圖，
– 在繫泊處（固定錨）監測長期洋流，
– 在海底（底部安裝）觀察垂直水流結構。
ADCP 的優點在於它可以同時提供多個深度層的流速剖面，適用於研究環流、上升流和河口動力學。
d. 流速計和漂流器
除了ADCP之外，還可以使用點式流速儀（例如轉子式或電磁式）和漂流浮標（隨表層流漂移的浮體）來測量流速。漂流浮標對於觀測拉格朗日表層輸送模式非常有用，例如污染物的分佈或水的運動。 水團 海洋鋒面附近。
e. 潮汐計和壓力感測器
潮汐和海平面通常使用海灘或港口的驗潮儀進行測量。感測器可以是機械浮標、雷達或壓力感測器。在近海地區，海底壓力感測器可以記錄與水位和波浪變化相關的壓力變化。 起起伏伏 對航行、港口規劃和潮汐洪水分析至關重要。
f. 波浪浮標和波浪雷達
波浪是透過波浪浮標測量的，波浪浮標記錄海面的垂直運動和坡度。由此得到的參數包括： 波高 有效波高（Hs）、週期和波向。在沿海地區，波浪雷達或X波段雷達系統可以繪製特定區域周圍的波場和表層海流圖。
g. 光學特性測量：塞氏盤和PAR感測器
水體透明度的測量方法很簡單，只需使用塞氏盤（一種白色圓盤），將其放入水中直至完全消失即可。這種方法經濟快捷，但易受光照條件和觀察者主觀因素的影響。為了進行更深入的研究，可以使用光合有效輻射（PAR）感測器或濁度計來測量光穿透率和濁度，作為水體物理狀況的指標。
3. 遙感
a. 海表溫度（SST）衛星
搭載紅外線和微波感測器的衛星可以測量海表溫度（SST）。海表溫度資料對於監測厄爾尼諾-拉尼娜現象、上升流和溫度鋒面等大規模現象非常有用。其優點在於覆蓋範圍廣、頻率高，但紅外線測量易受雲層遮蔽，且僅能反映表層海表溫度。
b. 海平面衛星測高
衛星高度計透過發射雷達脈衝並測量其反射時間來測量海面高度。這使得它們能夠推導出與地轉流和氣候變遷相關的海平面異常。高度測量對於了解全球環流至關重要，但其在複雜沿海地區的分辨率有限。
c. 用於風浪觀測的衛星
海面上的風速可以透過散射計估算，而波浪參數可以透過高度計和同化模型來獲得。這些資訊廣泛應用於海洋天氣預報和災害防治。
d. 遙感技術的局限性
遙感技術在空間覆蓋範圍方面具有優勢，但通常只能反映地表狀況。因此， 數據衛星 理想情況下，應透過現場測量進行驗證，以便結果準確，並可用於進一步分析。
4. 繫泊、自動站和長期觀測
要了解長期趨勢，需要持續觀測。繫泊系統是由一系列儀器組成，這些儀器透過配重纜繩固定在海底，上方則由浮標支撐。諸如CTD記錄器、ADCP和溫度感測器等儀器可以記錄數月甚至數年的數據。在沿海地區，自動化站點（例如氣像海洋浮標）可以即時監測風、浪、溫度和海流，從而為預警系統和海洋資訊服務提供支援。
5. 數值建模與資料同化
除了直接測量外，現代海洋學還依賴數值模型來模擬洋流、溫度、鹽度甚至波浪。諸如ROMS、HYCOM或SWAN之類的模型使用流體物理方程，並由風、潮汐和邊界條件資料驅動。為了提高模式精度，會採用資料同化技術，將觀測資料（CTD、浮標、衛星）整合到模型中。這種方法可以繪製出更全面的海洋物理參數圖，包括難以直接測量的區域。
6. 挑戰與最佳實踐
測量海洋物理參數面臨許多挑戰，例如海水腐蝕、生物污損（植物/生物附著）、天氣幹擾和快速的時間變化。為提高數據質量，應實施以下幾項最佳實踐：
– 測量前後對儀器進行校準，
– 資料收集程序的標準化，
– 品質控制（錯誤檢查、尖峰、感測器漂移），
– 結合多種方法（實地測量+衛星測量+模型測量）以相互補充，
– 完整的元資料（時間、地點、天氣狀況、工具設定），以便可以複製和比較資料。
結論
海洋物理參數的測量方法已從簡單的塞氏盤等儀器發展到複雜的系統，例如CTD、ADCP、自動浮標和衛星測高。每種方法都有其自身的優點和局限性，因此方法的選擇必須根據研究目標、觀測尺度和現場條件而定。在氣候變遷和海上活動日益頻繁的時代，將現場測量、遙感和數值模擬相結合是全面了解海洋動力學和支持科學決策的最有效策略。
