楊穎堅、張宏毅、李文慧、何文華、馬玉芳、謝祥志、邱協棟、連政佳
對於海洋內孤立波、島嶼尾波、內潮、渦旋以及黑潮的水文結構之快速變化現象，使用傳統的錨碇儀器或是溫鹽深儀(Conductive-Temperature-Depth, CTD)觀測，甚難取得高解析的資料，進行小尺度細微變化的研究。若利用船載式的都卜勒流剖儀(Shipboard Acoustic Doppler Current Profiler, Sb-ADCP)、回音探測儀(echo sounder)等儀器沿研究船測線進行觀測，雖可獲得瞬間流場訊息，但仍無法提供上層海洋細部溫鹽結構。因此，為強化海洋物理學的觀測能量，我們提出一構想：以一串具有感應式傳導功能(Inductive Modem)的CTD或是溫壓儀(Temperature-Pressure Recorder, TP) (如圖1所示)外掛在一條包芯鋼纜上，將測量所得的資料即時回傳至研究船，並利用船速控制儀器的觀測深度，即時觀測上層海洋的水文結構及其時空變化，我們稱此系統為拖曳式溫鹽深儀(Towed-CTD Chain)。
拖曳式溫鹽深剖面儀可分為4部分，包括中控系統、具有感應式傳導功能的水下探針、絞俥鋼纜、即時接收數據與展示軟體。除了具有感應式傳導功能的水下溫壓計或溫鹽深儀為採購現品外，其餘三部份都為海洋所自行開發或改裝，分別敘述如下：
中控系統開發採兩種方式進行，一是使用Sea-Bird公司的SIM (surface inductive modem)作為系統中的主要控制元件，所需開發技術較低但也較快，缺點是透過SIM設定水下儀器或是接收水下儀器的觀測資料，過程較為繁雜。為了徹底解決此問題，我們也同步開發自主式中控系統(如圖2所示)，透過IMM (inductive modem module)模組介面，直接由電子電路介面控制水下儀器。並且結合GPS，使其具有直接批次化對水下儀器進行同步校時功能，同時也能批次化同步設定採樣與資料回傳等參數。
拖曳式溫鹽深儀所需的絞俥必須含有電刷(slip ring)介面，鋼纜也必須是包芯鋼纜，而鋼纜的底部則是連接一具下沉拖體(depressor)。此部份我們將本所原擁有的設備加以改裝，使其也能應用在拖曳式溫鹽深儀上，如圖3所示。
即時傳回的數據透過USB介面直接儲存於電腦中，並且即時進行資料處理與繪圖。研究人員可在研究船上透過網頁瀏覽器於作業儀控室即時觀看沿測線上層海洋的水文結構。
今年四月，海洋所率貴儀中心海洋探測組團隊，前往臺灣西南與東南海域進行兩次的實海域測試，工作項目包含絞俥拉力、下沉效率、鋼纜穩定度、資料傳輸、即時展示軟體等。第一次是利用海研三號1938航次於臺灣西南海域進行測試，由小琉球海域往西進行測試，觀查到靠近台灣的上層海域有一層較淡的海水，如圖4所示。第二次是利用海研二號2086航次於臺灣東南海域進行測試，結果如圖5所示，可看到此海域三種黑潮水、南海水與近岸的淡水水團分布狀況。
綜合這兩次的測試，共計回傳26688筆資料，只有1筆資料傳輸失敗，資料傳輸成功率達99.99%，顯示本所開發的中控系統非常可靠。上述兩航次的測試資料，顯示臺灣附近海域水文變化快速，須使用高解析的水文觀測方法，方能獲得細微的水文結構資訊，本所開發拖曳式溫鹽深儀對臺灣海洋物理觀測能量，做出突破性的貢獻。 |
