项目名称：南大洋锋面过程研究

南大洋锋面是南大洋海洋一个显著特征，与热带海气相互作用不同，中高纬度海洋锋附近的大气对于海洋的强迫响应，主要表现在大气底层的边界层内，因此造成了中高纬度海洋锋附近海气相互作用的独特性。本项目从实测资料出发，利用海洋、大气边界层的现场观测数据来研究南大洋高纬度地区锋面附近海气相互作用的机制，这将有助于开展更深入的南大洋海-气相互作用机理、模拟和预测研究。

项目支撑

极地战略基金项目“南大洋锋面海-气相互作用研究”。

调查内容及目标

利用GPS低空探空系统，观测南大洋海洋锋面附近低空大气的垂向结构，结合本项目同时进行的海洋XBT观测，研究锋面附近的海气相互作用机制。通过本项目研究：

1、了解南大洋锋面附近低空大气风场垂向结构特征。

2、了解南大洋锋面附近低空大气温度场垂向结构特征。

3、研究南大洋锋面附近的海气相互作用机制。

观测手段及装备

本航次使用探空仪为北京凌亨科技发展有限公司生产的GPS低空探空仪系统，信号接收频率为407MHz（探空专用频点）。

表1 探空仪主要技术指标

传感器	量程	分辨率	响应时间
温度	-80~40 ℃	0.1 ℃	<2s
风速	0~100m/s	0.1m/s	1s
风向	0~360^o	1^o	1s

工作区域

本航次工作在东南印度洋海洋锋面附近开展。受到各种自然条件制约以及服从考察队总体任务工作安排情况下，工作区域进行现场确定。通过分析历史海表温度资料，确定探空系统投放的大概区域；按照雪龙船实际航行轨迹，在航线上依据现场情况实时确定具体投放经、纬度。本航次共进行了3个断面调查作业，分别是弗里曼特尔港至中山站、墨尔本港至凯西站、中山站至弗里曼特尔港三个航线上西风带附近的温度梯度密集区域。

数据、样品采集方式及现场描述

1）采样区域

（1）2008年11月7日～17日进行南印度洋中澳大利亚弗里曼特尔至中山站的走航观测：释放探空仪7个（其中包含1个赤道附近投放），接收数据质量良好。

（2） 2009年1月9日～2009年1月15日进行南印度洋中澳大利亚墨尔本至凯西站之间走航观测：释放探空仪7个，接收数据质量良好。

（3） 2009年3月9日～2009年3月18日进行中山站至澳大利亚弗里曼特尔港之间走航观测：释放探空仪10个，接收数据质量良好。

2）站位图和站位表

图1、探空仪观测站位图

表1 探空仪观测站位表

序号	日期			时间			经度		纬度
	年	月	日	时	分	秒	度（^o）	分（^‘）	度（^o）	分（^‘）
1	2008	11	07	19	08	00	113	59.29	-33	20.42
2	2008	11	08	16	40	00	110	49.64	-37	14.95
3	2008	11	08	17	37	00	110	21.63	-37	26.47
4	2008	11	09	16	08	00	107	06.45	-41	29.67
5	2008	11	10	19	27	00	102	36.09	-45	50.06
6	2008	11	11	10	41	00	101	42.52	-49	09.36
7	2008	11	13	15	04	00	96	46.34	-58	57.39
8	2009	01	09	18	29	00	143	02.06	-44	17.72
9	2009	01	10	04	47	00	143	00.35	-46	52.20
10	2009	01	10	10	41	00	143	00.30	-48	21.12
11	2009	01	10	17	55	00	142	28.16	-49	54.20
12	2009	01	11	06	13	00	141	05.50	-52	49.37
13	2009	01	11	13	28	00	140	36.93	-54	36.41
14	2009	01	11	18	44	00	140	29.74	-55	54.23
15	2009	03	12	09	44	00	85	52.59	-56	42.99
16	2009	03	12	21	27	00	87	46.22	-54	25.38
17	2009	03	13	07	43	00	85	59.55	-51	55.19
18	2009	03	13	24	40	00	88	05.14	-50	13.19
19	2009	03	13	20	40	00	88	10.05	-48	45.31
20	2009	03	14	11	07	00	89	34.32	-45	22.14
21	2009	03	14	13	58	00	89	47.62	-44	41.80
22	2009	03	14	20	26	00	89	49.60	-43	03.17
23	2009	03	15	08	15	00	89	46.57	-39	58.16
24	2009	03	15	20	18	00	90	56.81	-37	06.08

3）作业流程

1. 启航前作业设备安装及调试

为保证航行过程中探空仪系统的正确、安全使用，启航前将探空仪接收单元固定于船驾驶室中，接收天线安全放置于驾驶室内。检测工作电脑之中安装探空仪处理软件。检测完毕后，连接探空仪接收单元，发射单元等整套进行调试。确定获取温度、经、纬度信息正确后结束所有设备的先期调试工作。

2. 作业准备及仪器调试

船到达预定作业站位前15分钟进行探空系统作业准备工作。首先，将探空仪发射单元安装4节5号电池后悬挂于船弦，接收卫星信号；其次，接收天线紧缚于船舷旁，用来接收发射单元信号；第三，开启接收单元进行测量；

3. 探空气球充气

将氦气瓶入口与减压阀进行连接，同时将气球进气口与输气橡胶管进行连接，确定两者无松动后开启减压阀，对探空气球进行充气。当探空气球直径升至1.3米后停止充气，将探空气球进气口扎紧。

4. 固定探空仪

将探空发射单元与探空气球进行连接，保持与气球之间大约1.5米距离。将探空气球与探空发射单元移动至空旷处，高举两者等待释放指令。

5. 释放探空仪

监测工作电脑运行的监控软件，当软件显示可以释放探空仪提示后，将探空气球与探空发射单元同时释放，并观察升空后气球动向。

6. 观测结束

监测探空仪监控软件接收数据情况。确认接收单元无法接收数据后，将接收天线回收至驾驶室；从氦气瓶卸除减压阀与橡胶管，回收至舱内等待下一次投放。

初步分析结果

观测结果表明，南大洋锋面附近的低层大气气温总体上随高度增加而降低，但是在此趋势上还存在明显的温度逆温变化；23个探空仪的观测结果表明，南大洋锋面附近大气低空逆温现象发生的高度平均为1400m；而冷水侧大气低空存在双逆温变化，该逆温变化强度和分布范围较小。

南大洋锋面附近的低空纬向风为西风占主导，随高度增加风向不变，垂向结构呈现准正压特征；而低空经向风在锋面附近结构较复杂，呈现一，二阶斜压和准正压等多种特征。

南大洋锋面冷侧附近低空大气风速垂向梯度较强，存在明显的风速跃层，跃层高度位于200m附近；而南大洋锋面暖侧的低空大气风速垂向分布则比较均匀，垂向梯度小，没有明显的风速跃层。

第三航段观测时受南半球温带气旋影响，大气低层数据明显表现出其分布特征。在低空存在明显的暖核结构并且伴随强烈的垂向风速切变。

调查情况整体评价

根据雪龙船的航行轨迹以及现场天气情况，本项目共计划了3个航段观测任务。分3个航段进行观测,总计释放探空仪24个（其中包含一个赤道附近投放的实验性作业）。受各种条件制约，探空仪释放工作只在白天进行，夜晚无法进行观测。

本航次使用探空仪为北京凌亨科技发展公司生产的GPS低空探空仪系统，信号接收频率为407MHz（探空专用频点）。该系统接收信号稳定性良好，数据质量可靠。

本航次共在南大洋锋面处释放探空仪共24枚，其中包含在4^oS附近投放的实验性探空仪1枚。总体上完成了项目实施计划的要求。探空仪共接收到气温，大气风速和大气风向三种参量。本航次观测最高高度为15612m（0901110613b），观测最低高度为3908m（0811131504b），平均观测高度为9895m，观测范围基本涵盖大气对流层以及部分平流层。

此次释放的探空仪系统使用电池为高效环保电池；探空气球内充为惰性气体氦气，因此对环境没有影响。