2025年大学《海洋技术》专业题库-深海观测技术在海洋科研中的应用

2025年大学《海洋技术》专业题库——深海观测技术在海洋科研中的应用考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项字母填入括号内）1.深海环境的主要特征不包括以下哪一项？A.高压B.温暖C.黑暗D.强腐蚀性2.以下哪种设备主要利用声波在水中的传播和反射来探测海底地形？A.深海光/电成像仪B.声学多普勒流速剖面仪（ADCP）C.侧扫声呐D.水听器阵列3.能够实现深海长期、连续原位观测的海底观测系统通常被称为？A.深海潜水器（ROV）B.自主水下航行器（AUV）C.海底观测系统（OBS）D.深海浮标4.以下哪种技术受到水体透明度（能见度）的限制，在黑暗深海环境下的应用面临挑战？A.声学探测技术B.深海光/电探测技术C.海洋遥感技术D.深海取样技术5.在深海海洋科研中，用于精细观测、原位实验和采样等任务的移动平台主要是？A.AUV/ROVB.海底基站C.海洋浮标D.水下电缆6.深海声学技术中，用于测量水体流速的仪器是？A.侧扫声呐B.声学成像仪C.声学多普勒流速剖面仪（ADCP）D.水听器7.全球Argo浮标阵列主要用于实时监测全球海洋的什么参数？A.海底地形B.海表温度和盐度C.海洋生物量D.海底沉积物类型8.海洋科研中，若需要研究深海特定区域长期的地震活动，最适合采用的技术是？A.深海潜水器（ROV）临场观测B.布设海底地震仪（OBS）C.长期进行AUV声学巡航D.卫星遥感监测9.深海机器人（AUV/ROV）相比OBS的主要优势在于？A.长期连续观测能力B.大范围覆盖能力C.高精度地形测绘能力D.低成本运行10.深海观测技术面临的主要挑战之一是？A.数据传输带宽有限B.传感器小型化和低成本化C.仪器在极端环境下的可靠性与寿命D.避免对深海生态造成干扰二、填空题1.深海是指海水深度通常大于______米的海域。2.______技术是利用声波在水中的传播特性进行探测和测量的主要手段。3.海底观测系统（OBS）通常由布放于海底的传感器、数据记录器和______等部分组成。4.深海自主水下航行器（AUV）是一种无需实时人工干预、可自主进行______和______的水下机器人。5.深海环境的高压主要对观测设备的______材料和结构设计提出严峻挑战。6.为了克服深海通信的困难，常采用______或______等技术将数据存储在海底后，再通过船载设备回收。7.______是指利用卫星等空间平台对海洋进行遥感观测，可大范围获取海表参数。8.声学多普勒流速剖面仪（ADCP）通过测量______来推算水体流速。9.在海洋科研中，声学成像技术可用于探测______和______等。10.深海观测技术的未来发展趋势包括智能化、无人化、______和网络化。三、名词解释1.深海多波束测深2.原位测量3.海底基站4.生物声学5.深海观测网络四、简答题1.简述侧扫声呐和声学成像仪在探测原理和应用目标上的主要区别。2.阐述深海观测技术对于研究海洋环流的重要性，并列举至少两种相关观测技术。3.分析深海环境（高压、黑暗、低温）对声学探测技术带来的主要挑战。4.简述AUV和ROV在深海科考中的不同特点和应用场景。5.为什么说深海观测技术的发展离不开材料科学、能源技术和通信技术的进步？五、论述题1.结合具体例子，论述深海观测技术在研究海洋地质与地球物理过程中的作用。2.面对日益增长的海洋科研需求和环境保护压力，你认为未来深海观测技术应重点关注哪些方向？请阐述理由。3.试分析当前深海观测技术存在的主要局限性，并探讨可能的突破途径。试卷答案一、选择题1.B*解析思路：深海环境的主要特征是高压、低温、黑暗和强腐蚀性。温暖的环境与深海的高压、低温特征相反。2.C*解析思路：侧扫声呐通过发射声波并接收反射信号，形成海底地形的声学图像。ADCP主要测流速，水听器阵列用于接收水下声学信号。3.C*解析思路：OBS是海底观测系统（OceanBottomSeismometer/OtherSensors）的简称，其核心特点是长期、连续、原位观测。4.B*解析思路：深海光/电探测技术（如相机、光谱仪）依赖光线传播，而深海环境普遍黑暗，能见度低，限制了其有效应用范围。5.A*解析思路：AUV/ROV（自主/遥控水下航行器）具有移动性、灵活性和较强的作业能力，是执行精细观测、采样和实验等任务的常用平台。6.C*解析思路：ADCP利用声波多普勒效应，通过测量接收到的散射声波频率的偏移来计算水体流速。7.B*解析思路：Argo浮标阵列的核心功能是通过浮标的垂直运动，实时测量全球海洋中层的温度和盐度剖面。8.B*解析思路：研究深海地震活动需要长期、稳定地部署地震仪器接收信号，OBS正好满足这种长期原位观测的需求。9.B*解析思路：AUV/ROV具有较强的机动性和大范围覆盖能力，可以到达不同区域进行探测，而OBS通常布放在固定点。10.C*解析思路：深海的高压、低温、强腐蚀环境对仪器的结构材料、电子元件、密封性等提出了极高的要求，保证其可靠运行和长期寿命是主要挑战。二、填空题1.2000*解析思路：通常将水深超过2000米的海域定义为深海。2.声学*解析思路：声学是利用声波在水中传播的特性，是深海探测最主要的技术手段。3.数据传输（或无线传输/通信）*解析思路：OBS需要将长期积累的数据从海底传输到水面或陆地，数据传输是其关键组成部分。4.调度（或任务规划）/作业*解析思路：AUV的核心能力是自主完成预设的任务，包括路径规划和执行作业。5.材料*解析思路：深海的高压环境对设备的耐压壳体材料提出了极高的强度要求。6.水下存储（或原位存储）/海底存储*解析思路：由于深海通信带宽有限，常用方法是将数据存储在设备中，待回收时再传输。7.卫星遥感*解析思路：从空间平台利用传感器对海洋进行观测的技术。8.多普勒频移*解析思路：ADCP的工作原理基于声波的多普勒效应，即测量反射声波频率相对于发射声波频率的偏移量。9.海底地形地貌/海底沉积物结构*解析思路：声学成像技术可以生成海底的声学图像，用于展示地形起伏和沉积物的形态结构。10.集成化*解析思路：未来趋势包括技术集成（多传感器、多平台融合）、智能化、无人化、网络化和绿色化（环保）。三、名词解释1.深海多波束测深：一种高精度、高效率的声学测深技术，通过船上的发射器向海底发射扇形波束，同时接收来自海底多个不同角度的回波，精确计算并绘制出海底地形地貌图。2.原位测量：指在海洋现象发生的现场（如水体内部、海底表面等）直接进行测量，获取参数的原始数据，避免了样品带回实验室分析可能引入的误差。3.海底基站：布设在海底，用于接收、存储和/或转发来自水下传感器（如AUV、ROV、OBS）数据，或将能源、通信中继等基础设施部署在海底的固定平台。4.生物声学：研究海洋生物产生的声音及其产生、传播、接收和功能的科学，包括鱼类声纳、鲸类歌唱、船用声学干扰等，常利用声学技术进行探测和研究。5.深海观测网络：由多个深海观测站点（如OBS、海底基站、AUV/ROV巡航路线、浮标阵列等）通过有线或无线方式连接而成，旨在实现大范围、多维度、长期、连续的海洋环境监测和数据共享。四、简答题1.简述侧扫声呐和声学成像仪在探测原理和应用目标上的主要区别。*解析思路：侧扫声呐通过发射扇形声波束，接收来自海底反射的声波，形成显示海底表面声学图像的条带，主要用于绘制详细的海底地形地貌、识别海床物质类型、发现海底覆盖物（如沉船、管道）等。声学成像仪（如浅地层剖面仪、全波形成像仪）通常发射窄波束或点源声波，接收来自海底下方一定范围内反射或透射的回波，形成显示海底下方结构（如基岩、沉积层内部、天然气水合物）的二维或三维图像，主要用于探测海底浅部地质构造和异常体。2.阐述深海观测技术对于研究海洋环流的重要性，并列举至少两种相关观测技术。*解析思路：海洋环流是驱动全球气候系统、影响海洋生物迁徙和分布的关键。深海观测技术对于研究海洋环流至关重要，因为深海环流（如深层水环流）控制着海洋热量和物质的全球输送。相关观测技术包括：①声学多普勒流速剖面仪（ADCP）：可原位、连续测量水体垂直和水平流速剖面，是研究上层和次表层水流的关键工具。②深海浮标（如Argo浮标）：通过浮标的垂直浮沉运动，实时测量并传输温盐剖面数据，为构建全球海洋环流模型提供了大量关键信息。③深海潜力和密度测量的声学技术：通过声学方法估算水体密度和潜在密度，是研究大型环流模式的基础。3.分析深海环境（高压、黑暗、低温）对声学探测技术带来的主要挑战。*解析思路：①高压挑战：要求声学设备具有极高的耐压强度和可靠的密封性，增加了设备的成本和复杂性，也限制了设备的尺寸和功率。②黑暗挑战：深海缺乏光线，声学成为主要的探测手段。但高吸收性使得声波衰减快，传播距离受限，且要求接收器具有高灵敏度和低噪声水平。③低温挑战：影响电子元器件的性能和可靠性，要求采用耐低温材料和设计，并可能需要能源加热设备以保持正常工作温度。此外，高压和低温下的材料性能（如弹性模量、声速）也会影响声波在介质中的传播特性。4.简述AUV和ROV在深海科考中的不同特点和应用场景。*解析思路：AUV（自主水下航行器）是无人、自主控制的，可按预设程序进行长时间、长距离的航行和作业，具有较高的自由度和环境适应性，适合大范围调查、重复性任务和复杂环境下的路径规划。其应用场景包括：大面积地形测绘、水文/化学参数大范围采样、长期自主观测等。ROV（遥控水下航行器）是有人遥控的，通过线缆与水面支持船连接，实时传输图像和传感器数据，并由操作员远程控制进行精细作业。其特点是作业直观、灵活、实时反馈强，适合定点观测、精细采样、设备安装/回收、复杂环境下的近距离探索和干预等。应用场景包括：海底地形详细测绘、生物观察、地质取样、管道检查、海底设施维护等。5.为什么说深海观测技术的发展离不开材料科学、能源技术和通信技术的进步？*解析思路：①材料科学：深海极端环境（高压、低温、腐蚀）要求观测设备（尤其是耐压壳体、传感器、电缆）必须使用特殊的、高性能的工程材料，如钛合金、特种合金、耐压玻璃钢等。材料科学的进步为制造能够在深海长期可靠工作的设备提供了基础。②能源技术：深海作业通常远离电源，需要设备自带能源。电池能量密度、续航能力、耐低温性能以及新型能源技术（如燃料电池、温差能利用）的发展，直接影响着AUV/ROV、OBS等平台的作业时间和范围。③通信技术：深海通信面临巨大挑战，水体对电磁波衰减极大，声波通信带宽低、易受干扰、延迟大。发展高效、可靠的水下声学通信技术、光通信技术以及改进数据存储与回收方式，对于实现水下设备的远程控制、实时数据传输和长期观测数据的获取至关重要。五、论述题1.结合具体例子，论述深海观测技术在研究海洋地质与地球物理过程中的作用。*解析思路：深海观测技术是研究海洋地质与地球物理现象不可或缺的工具。例如：①海底地形测绘（侧扫声呐、多波束测深）：提供了基础地质背景，揭示了海山、海沟、洋中脊等构造特征，有助于理解板块构造、火山活动等地质过程。②海底浅部地质探测（浅地层剖面仪、全波形成像仪）：利用声波探测海底下方几百米甚至一公里的地层结构，识别基岩分布、沉积层厚度、物性变化，可用于寻找油气资源、天然气水合物、地下水流通道等。③海底地震观测（OBS）：通过布放于海底的地震仪记录天然地震波和人工震源产生的地震波，可以研究地壳结构、俯冲带动力学、mantleconvection（地幔对流）、海山形成机制等深部地球物理过程。④地热观测（热流仪、温度传感器）：结合其他技术，研究海底热液喷口、冷泉等活动，揭示板块边缘的热液成矿作用和与地球深部联系的地球物理过程。⑤大尺度构造研究：结合卫星测高、重力、磁力数据与深海观测数据（如AUV地形测绘、地震剖面），共同构建海底地壳三维模型，研究大规模构造变形和演化历史。总之，深海观测技术提供了从表层到浅部、从局部到区域、从静态结构到动态过程的观测手段，极大地推动了海洋地质与地球物理学科的发展。2.面对日益增长的海洋科研需求和环境保护压力，你认为未来深海观测技术应重点关注哪些方向？请阐述理由。*解析思路：未来深海观测技术应重点关注以下方向：①观测能力的深度与精度提升：发展能探测更深处（如万米级）、更高精度（如微米级地形、精细流速场）的技术，以满足对极端环境科学研究的需求。理由：地球深部过程对全球环境和气候变化有重要影响，需要更深入的观测。②智能化与自主化水平提高：融合人工智能（AI）技术，实现AUV/ROV的智能路径规划、目标识别、异常检测、环境自适应调整以及OBS的智能数据筛选与初步分析。理由：深海环境复杂、危险且人力成本高，智能化可极大提高观测效率、安全性、覆盖范围和数据处理能力。③多技术融合与平台集成：推动声学、光学、电磁、生物传感器等多种技术的集成，开发多模态观测平台，实现“一站式”综合观测。理由：单一技术往往难以满足复杂海洋现象研究的需求，多技术融合可提供更全面、互补的数据。④绿色化与可持续观测：开发能耗更低、对环境影响更小的观测设备（如能量收集技术、无污染采样器）和观测网络，建立可持续的深海观测模式。理由：保护脆弱的深海生态系统是重要责任，可持续观测是长期科考的基础。⑤观测网络的构建与协同：发展基于互联网+的深海观测网络，实现多平台、多站点的数据实时共享、协同控制和智能管理。理由：海洋现象往往是区域性和全球性的，需要网络化观测才能获得完整信息。⑥新型传感器的研发：研发小型化、低成本、高灵敏度、耐深海环境的新型传感器，用于测量更多物理、化学、生物参数。理由：更丰富的参数测量有助于更深入地理解海洋系统。这些方向相互关联，共同目标是使深海观测技术更强大、更智能、更环保、更经济，以应对未来的海洋科研挑战。3.试分析当前深海观测技术存在的主要局限性，并探讨可能的突破途径。*解析思路：当前深海观测技术的主要局限性及其突破途径分析如下：①观测的时空分辨率限制：深海观测往往难以实现高时间分辨率（连