在漂浮于水面的平臺(tái)上使用聲學(xué)多普勒海流計(jì)具有極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。因?yàn)槊看螠y(cè)量都需要對(duì)姿態(tài)和朝向的不斷變化進(jìn)行瞬時(shí)補(bǔ)償，金屬組件產(chǎn)生的磁干擾以及與水下物體（如系泊索鏈）產(chǎn)生的聲波散射還可能會(huì)帶來(lái)流速和流向誤差。此外，浮標(biāo)在波浪中“晃動(dòng)”，若采用寬帶模式的聲學(xué)傳感器，數(shù)據(jù)就會(huì)變得更加嘈雜，如圖 1。
圖1：寬帶不適合在搖擺浮平臺(tái)上測(cè)量海流，如圖中結(jié)果來(lái)自傳感器俯視的實(shí)時(shí)報(bào)告。該傳感器支持雙向通信，因此可以在窄帶和寬帶之間遠(yuǎn)程切換。請(qǐng)注意：激活寬帶模式后的數(shù)據(jù)變得更加嘈雜，傳感器的測(cè)量范圍約為 70 米。
將核心聲頻為 600 kHz 的多普勒剖面海流計(jì)（DCPS-600）安裝于漂浮在多風(fēng)北海的一艘 Sailbuoy 自主航測(cè)船。這艘約 0.6 米長(zhǎng)的小船航行在有石油平臺(tái)的某處區(qū)域，同時(shí)該區(qū)域也部署幾臺(tái)固定在海底的仰視型聲學(xué)多普勒海流剖面儀（ADCP）。將仰視型 ADCP 數(shù)據(jù)同步與在海浪中被“推”來(lái)“推”去的俯視型 DCPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行比較（如圖 2）。我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在大多數(shù)情況兩者測(cè)量結(jié)果非常一致。從這樣一個(gè)微型的浮體上能夠成功進(jìn)行海流測(cè)量，有兩個(gè)主要因素：使用了窄帶模式以及實(shí)時(shí)連續(xù)地對(duì)聲波每次測(cè)量值進(jìn)行動(dòng)態(tài)移動(dòng)補(bǔ)償。
我們還評(píng)估了專(zhuān)門(mén)測(cè)波浪的浮標(biāo)與不同類(lèi)別 “非理想”型的浮標(biāo)，同時(shí)進(jìn)行波浪的測(cè)量試驗(yàn)（注：非理想型浮標(biāo)指如大型導(dǎo)航平臺(tái)和波浪驅(qū)動(dòng)的海面漫游浮體）。采用的測(cè)波傳感器是基于加速度計(jì)的 Motus 定向波浪傳感器，以印證先進(jìn)的機(jī)械與電子降噪能力，并對(duì)非理想型浮臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行內(nèi)部動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
圖2：按波高和傾斜角度過(guò)濾的深度/平均流速，來(lái)自Wullenweber et al (2022)。
歷經(jīng)長(zhǎng)達(dá)一年多的實(shí)驗(yàn)（圖 3），波高從幾厘米到18米不等，流速高達(dá) 3 節(jié)。注：Motus 傳感器有內(nèi)置的羅盤(pán)，但在磁性平臺(tái)上使用時(shí)，仍建議連接外部 GPS 羅盤(pán)進(jìn)行實(shí)時(shí)方向補(bǔ)償。
Motus 傳感器本身內(nèi)部計(jì)算時(shí)域和頻域波浪信息，可以高效、實(shí)時(shí)地輸送數(shù)據(jù)。它還支持輸出原始數(shù)據(jù)。
2017 年 2 月至 3 月 Hm0- 峰波波向散點(diǎn)圖，顏色按峰波周期繪制
圖3：定向波浪信息示例。波高（按圓環(huán)刻度）、峰波周期（顏色）和波向。數(shù)據(jù)收集時(shí)間為 2017 年 2 月至 3 月的兩個(gè)月，地點(diǎn)為挪威西海岸。Motus 可以區(qū)分涌浪和風(fēng)浪。插圖來(lái)自 Saetre et al.（2023）。
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