龟山岛海域热液原位观测数据的小波处理及分析

摘要

目前已知的海底热液活动区域大部分存在于深海中,人们对深海热液的研究起步早,研究探讨也较为透彻。浅海区热液喷发组分的理化性质与深海热液有不同之处,越浅的热液喷口较深海热液喷口受潮汐影响越加明显。浅海热液喷口虽距离人类生活区域较近,但目前对浅海热液温度与潮汐周期变化的相关性所作研究并不是很多,本文以此为出发点,对其进行深入研究。
　　 众所周知由于受到海底复杂环境的影响,要获得热液喷口原位观测数据不是一件容易的事情,而研制出适合于在海底热液环境工作的传感器采集系统对于海底热液活动的研究就显得格外重要。论文实际使用的热液序列传感器采集系统,采用Pt100铠装热电阻做温度探头,压力测量选用压力变送器,同时将传感器输出的模拟信号经放大、滤波处理后由微处理器的12位数模转换器转换为数字信号,并和时钟信息一同存储在Flash芯片中。序列传感器的使用,有效避免了使用单一传感器在发生意外故障导致无法工作时而影响整个工作成果的情况。
　　 2011年5月,项目组在台湾宜兰外海的龟山岛海域进行海试,由潜水员将热液序列传感器采集系统安放在龟山岛海域热液白泉喷口(坐标:24.83419N;121.96198E),采集了数十万组探测数据,温度和压力变化均呈现出一定的周期性。
　　 本文将此次龟山岛海试取得的海底热液的原位观测数据用Morlet小波分析处理,得到温度与压力在时间尺度下不同的变化周期。小波分析结果显示,压强在时间尺度为13小时的变化周期方差强度高,反映出当地潮汐以半日潮为主;而在时间尺度为30小时的变化周期,小波方差亦有一定强度,说明当地潮汐兼有全日潮的性质。温度的变化周期与压强的变化周期不尽一致:温度变化的主周期是10.5小时,而压强(潮汐)主周期是13小时,存在2.5小时的尺度差。似乎可以认为,热液喷发强度和海水涨落有着一致的内因,即月球和太阳对地球的引力,但地内流体(热液)和地表流体(海水)对外引力的响应却不尽相同。