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测深学

测深学（英语：Bathymetry；来自希腊语：βαθύς，bathus，“深度”[2]和希腊语：μέτρον，metron，“测量”[3]）是研究水面下海床或湖床深度的学科，测深学相当于海面上的测高学（英语：hypsometry）或测绘学。水深或水文图的制作目的通常是为了水面和水下的航行安全，并且会以等值线（即等深线）和探测得知的特定深度值表示海床地势；而且同时还提供海面的航海资讯[4]。不以航行安全为考量制作的水深图可能同时使用数字地面模型和人工照明技术来表示深度。古测深学（Paleobathymetry）则是测量古代海洋深度的学科[5]。

今日地球水深和地势。绘制本图的资料来自美国国家地球物理数据中心（英语：National Geophysical Data Center）的 TerrainBase Digital Terrain Model[1]。

测深技术

 
使用美国海军海豚号（英语：USS Dolphin (1836)）探测资料绘制的世界第一幅海洋水深图。

测深学即为对海洋深度进行测深（英语：Depth sounding）。早期的测深技术是使用预先量好长度的重绳索或缆线从船的一侧向下放入海中。这个方式同一时间内只能测量特定一个点的深度，因此效率不高。并且因为会受到船的移动和海流影响而准确度不高[6]。

今日绘制水深图的资料通常来自于回声探测仪器，即装设在水下或水上，船一侧的声纳。声纳释放探测声束向下到达海底或以遥测光学雷达进行探测[7]。声或光波在水中行进、碰到海床后反弹并返回声或光波源的总时间就可得知海床深度。光学雷达探测也常使用飞机进行。

 
波多黎各海沟附近的海床地形图。

1930年代早期开始，单声束测深仪被用于进行水深探测。今日则通常使用多声束回音测深仪（英语：Multibeam echosounder）（MBES），该仪器使用极窄的数百个相邻声束以扇状排列，扫描宽度（英语：Swath width）通常是90°到170°。由个别窄范围声束紧密排列的阵列可提供极高的角分辨度和精确度。一般来说，探测成果取决于深度的多声束宽幅扫描让探测船因为测绘所需航行次数较单声束回音测声仪少，可以耗费较少时间测会更大面积的海床地形[4]。每秒声束发射次数较多的探测仪（典型频率为0.1到50 Hz，取决于深度）让探测船可以高速对海床探测，并且让航行路线上海床100%被探测到。姿态感应器在航形中可以修正船舶在海面的的翻滚、俯仰和偏摆[4]，而电罗经则可以提供精确的航行讯息以修正船舶偏摆（大多数现代的多声束回音测声仪都使用模组化动态感应器和定位系统以量测以量测偏摆等动作和定位）[8][9]。而船上搭载的全球定位系统或其他卫星定位系统可以将探测的位置定位在相对应的地球表面[10]。水下声速剖面图（表示声速在水下随深度而改变的图）则可以修正在温度、传导率、含盐量和水压等差异而非均质的水体造成的声波折射或声速弯曲[4][11][12]。今日可以使用电脑系统处理所有资料，修正所有前述的误差来源和个别声束的发射角度。处理过后的资料可以人工、半自动或全自动绘制该区域海床地形图。截至2014年已经有许多不同形式输出的海床地形图产生，其中包含为了满足特定需求（例如标示探测点或区域中最浅点的海床地形图）或叠合数字地面模型（以规则或不规则网格连接到表面）的图幅。在历史上标示探测点的图较常在水文地理学上使用，而数字地面模型图较常用于工程探测、地质、流量建模等。近年数字地面模型图也逐渐被接受应用于水文地理学方面[13]。

卫星遥测也可以应用于测深学。卫星雷达测绘可以侦测到海底山脉、山脊和其他质量集中区域造成的变化以绘制海床地形图。平均而言海平面高于海底山脉，而山脊则高于海底平原和海沟[14]。

在美国，以通航为目的的内河航道测深大多由美国陆军工程兵团执行；而海上航道的测深则是美国国家海洋和大气管理局负责。沿岸的测深资料可在美国国家海洋和大气管理局的美国国家地球物理数据中心（NGDC）数据库取得[15]。测深资料的海平面通常是以潮汐基准面为标准[16]。而深水区域的测深则一般以平均海平面（Mean Sea Level，MSL）为基准[17]；不过在美国海岸海图绘制是以平均较低低潮（Mean Lower Low Water，MLLW），其他国家是以最低天文潮（Lowest Astronomical Tide，LAT）为基准[18]。许多国家在实务上依据当地环境和潮汐状态使用其他的基准面。

与测深学相关的职业包含研究海床的地形、岩石与矿物，以及水下的地震和火山[19][20]。测深资料的取得与分析是现代水文地理学的核心部分，并且是全球海上货物运输安全的关键[4]。

参见

参考资料

  1. ^ TerrainBase Digital Terrain Model. [2014-03-18]. （原始内容存档于2017-08-16）. 
  2. ^ βαθύς （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
  3. ^ μέτρον （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 Bathymetry — the art and science - Esri Support (PDF). [2014-03-19]. （原始内容存档 (PDF)于2020-10-06）. 
  5. ^ USGS Glossary of Terms 互联网档案馆的存档，存档日期2014-10-18.
  6. ^ Kemp, P. (编). The Oxford Companion to Ships and the Sea. London: Oxford University Press. 1976: 150. 
  7. ^ Olsen, R. C., Remote Sensing from Air and Space, SPIE, 2007, ISBN 978-0-8194-6235-0 
  8. ^ HIGH-ACCURACY BATHYMETRIC SURVEYS FOR RESEARCH. [2014-03-19]. （原始内容存档于2014-01-29）. 
  9. ^ SHALLOW WATER MULTIBEAM ECHOSOUNDING IN JAPAN (PDF). [2014-03-19]. （原始内容存档 (PDF)于2004-07-11）. 
  10. ^ Continuing USGS Projects Involving GNSS. [2014-03-19]. （原始内容存档于2021-03-29）. 
  11. ^ Correcting for sound speed Fisheries and Oceans Canada. [2014-03-19]. （原始内容存档于2020-10-06）. 
  12. ^ Underwater Sound Propagation, Temperature and sound velocity profiles. [2014-03-19]. （原始内容存档于2020-10-06）. 
  13. ^ Comparative analysis of different reservoir surveying methodologies for the optimum volumetric computation of fluvial sediment deposits (PDF). [2014-03-19]. （原始内容 (PDF)存档于2012-08-13）. 
  14. ^ Thurman, H. V., Introductory Oceanography, New Jersey, USA: Prentice Hall College, 1997, ISBN 0-13-262072-3 
  15. ^ NGDC-Bathymetry, Topography, & Relief. [2014-03-18]. （原始内容存档于2021-04-21）. 
  16. ^ NGDC/WDC MGG, Boulder-Coastal relief model development. [2014-03-18]. （原始内容存档于2021-03-19）. 
  17. ^ GEBCO's grids and vertical datum. [2014-03-20]. （原始内容存档于2017-09-20）. 
  18. ^ TIDAL DATUMS AND THEIR APPLICATIONS (PDF). [2014-03-20]. （原始内容存档 (PDF)于2021-03-19）. 
  19. ^ Predicting Seafloor Facies from Multibeam Bathymetry and Backscatter Data
  20. ^ OCEAN BASINS AND PLATE TECTONICS (PDF). [2014-03-20]. （原始内容存档 (PDF)于2016-03-04）. 

外部链接

 
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