潜标上浮过程中垂直运动数学建模与验证*



潜标上浮过程中垂直运动数学建模与验证*

郭永青1，李小龙2，熊学军1,3*

(1. 国家海洋局 第一海洋研究所，山东 青岛 266061；2. 中海石油深海开发有限公司，

广东 深圳 518067； 3. 海洋环境科学和数值模拟国家海洋局重点实验室，山东 青岛 266061)

摘要：以2014年南海北部陆坡M站春、秋两季底流观测潜标回收为例，建立数学模型分析潜标上浮过程中垂直运动特征。首先做出忽略水平海流影响、刚性连接以及主要部件外形简化等假设。通过刚性连接部分上浮数值试验，得到释放后各部件能够保持相对位置不变、整体上浮的结论。视整个系统为刚体建立了垂直运动模型。分别模拟两次潜标回收，模型与高精度超短基线观测结果的对比表明：整个上浮过程可分为加速上浮阶段和稳定上浮阶段；模型速度曲线与观测速度拟合线比较接近，给出的平均模型速度与平均观测速度均相差0.2 m/s；模型能够反映出在稳定上浮阶段，稳定上浮速度随时间缓慢降低的变化特征；各部件上浮的垂直速度是振荡变化的。模型可为相关水下仪器回收工作提供定量化依据。

关键词：潜标回收；潜标垂直运动；数学建模；数值计算；高精度超短基线

潜标观测是深海海洋环境观测的重要方式，其主浮体系泊于海面以下，搭载各类观测仪器进行观测，观测结束后一般通过释放装置进行回收[1-3]。潜标上浮是潜标回收中的重要过程，分析研究其各组成部分及整个系统在上浮中的速度变化，对潜标回收，特别是深水潜标回收时确定潜标出水时间、出水位置至关重要。……