中华学生百科全书-第139部分

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的气压算出海水的深度。
　　　　但是，在　1920　年以前，也就是距今　70　多年以前，用绳索来测量海深还
是人们经常使用的、主要的探测方法。这种原始的探测手段，直到近几十年
来才被更为科学的方法所替代。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　声波探测
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　在第一次世界大战期间，德国的潜水艇发挥了很大的威力。为了能够探

测到德国潜水艇的位置，英国、法国等国家的科学家们进行了长时间的研究。
法国有一位科学家叫郎之万的，发明了用声波来探测潜水艇的方法。那就是，
向水中发射声波，并检查反射来的声波，这样来捕捉敌人的潜水艇。这种研
究在当时曾经非常活跃。
　　　　在这种研究的基础上，人们进一步发展了音响测深法，以此来测量海洋
的深度和海底地形。
　　　　大家都知道，当我们对着山丘或高大建筑物高声喊叫时，声音会在碰到
它们之后反射回来，这就叫做“回声”。而声音在水中传播的性能和速度比
在空气中传播的还要好、还要快。声音在空气中的传播速度是每秒　340　米，
而在　0℃水中是　1500　米。此外声波在水中的衰减比在空气中小，因此，声音
在水中比在空气中传播得更远。
　　　　声音在水中遇到障碍物之后，也会反射回来。这样，根据声波在水中的
传播速度，只要测出声音从船上发射再反射到船上的时间，就能知道海的深
度。
　　　　这即是利用“回声”来测量海深的道理。但实际上，问题要比我们想象
的复杂得多。这主要是由于，声波在海水中传播的速度不是固定不变的，它
是随海水温度、盐度和水深的变化而变化的，也就是说，海水下面存在着声
速不同的水层。如在温度为　0℃的海水里，声音每小时可跑　5000　多千米，比
在空气中的传播速度快　4　倍多；在　30℃的海水里，它每小时可以跑　5600　多
千米；在含盐多的水里，声音传播的速度比在含盐少的水中要快。另一方面，
声音在穿过声速不同的水层时，还会产生不同的折射。此外，声音碰到海底
或障碍物也会拐弯，也就是说，声音在水中是沿着一条看不见的声道，弯弯
曲曲前进的。
　　　　这样，一种现代化的水声探测技术——声纳问世了。什么是“声纳”呢？
实际上，声纳就是人们利用水声能量进行水下观测和通信的一种仪器。前面
我们已经讲了，声波在海水里并不是直线传播的，不同的水域、不同的水深
以及不同的障碍物或海底地形，都会对声音的传播发生影响。而声纳正是利
用了这一原理，通过回收不同的“回声”来探测海水的不同界面、海洋深度
以及海底地形等。
　　　　声纳基本上可以分为两种。第一种可以称为主动声纳。它可以发射声波，
遇到目标时，会产生回声，而声纳里装有能感受声音的装置，这样，声纳就
可接收这种回声，并加以处理，然后在显示器上显示出目标的方位、大小及
形状。有的还能根据回声的大小确定目标的远近。第二种可以称为被动声纳。
这种声纳不能发射声波，它只接收目标发出的噪音，然后加以处理并将结果
显示出来。
　　　　结果按照声纳安放的位置分，声纳还可以分为舰艇载、飞机载和固定式
三种。
　　　　近年来，人类又发明了多波束回声测深仪。这种多波束回声测深仪与普
通的声纳测深仪不同，它可以发射多束声波，而其接收装置会把反射回来的
每一束声波都单独地接收下来，经过仪器内部的处理装置就会得出多束声波
所接触的海底深度。这样，再经与之相联的电子计算机进行处理，就可以绘
制出较大区域的海底地形图。
　　　　随着电子计算机技术的飞速发展，微型计算机的迅速崛起，回声、水声
探测技术现在又进入了微处理机时代。一些国家已开始把微型计算机引入了

水声测深技术之中，实现了水声测深仪中央控制和精细的信息处理。同时，
在水声测深仪终端上不仅采用了屏幕显示器，进行传统的水深曲线的记录，
而且还能够记录测量点编号、测量时间、测量位置等多项参数的情况，实现
了图表注释可以自动打印记录，大大减轻了操作人员和绘图人员的劳动强
度，提高了工作效率。而且这种测量精度高，图像数据记录清晰、可靠、直
观，便于资料存档和查阅，特别适用于港湾、码头、湖泊、水库以及海洋上
航道水深的测量和海图标绘，对于船舶导航，也有很大帮助。
　　　　总之，海洋探测的“顺风耳”——回声、水声探测技术为海洋事业的开
发，提供了巨大的帮助。“顺风耳”耳听八方，为海洋开发充当着“侦察兵”
的作用……
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　神奇的观测
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　海洋观测仪器是海洋调查工具，海洋调查是海洋开发和海洋科学研究的
基础。没有高精度、高速稳定可靠的海洋仪器，就不可能为海洋开发和海洋
学研究提供准确的一手材料。因此，海洋观测仪器的现代化受到了人们广泛
的重视。
　　　　自从　1950　年以来，航空遥感作为海洋环境调查和海洋开发的有效手段，
开始受到了很多国家的关注，并同卫星、调查船、浮标、潜水器等一起列入
了多数国家的发展规划。
　　　　尤其是最近　10　年来，航空海洋遥感技术在世界范围内取得了较大的进
展，并已在气象和海洋领域开始广泛的应用。遥感飞机各种类型，如气象研
究机、海洋学观测机、海洋磁测机、摄影测量机、地质调查机、综合研究机
等等。
　　　　在航空海洋遥感的基础上，航天海洋遥感技术在近年来也获得了可喜的
发展，而且其优势和性能远远高于航空海洋遥感，成为海洋调查空间技术的
后起之秀。一般航空遥感飞机的飞行高度在　10　千米左右，一张航空照片覆盖
地面面积只有　10～30　平方千米，探测一遍全球表面需要十几年的时间；而以
人造卫星为观测平台的航天海洋遥感所覆盖的面积可达　3．4　万平方千米，每
18　天就可以覆盖全球一遍，其优越性是显而易见的。
　　　　以美国　1978　年发射的海洋卫星“西塞—A”号为例，它重　2200　千克，是
由一个　33．3　米长的火箭把它带到　805　千米的高度。它的传感器可以观测海
流、潮汐、波浪、海面温度、风暴、冰况及海岸现象等。这些信息传送到地
面，经过加工处理被人们研究使用。“西塞—A”号卫星工作时间是　1　年，它
每天绕地球　14　圈，它的传感器　6　小时扫描（即探测）一次，扫描的面积包括
世界　95％的海洋。国外认为这颗海洋卫星开创了“海洋科学发展的新纪元”，
揭开了“海洋研究的新的一页”，价值很高。
　　　　中国在海洋遥感，特别在海洋航空遥感方面也取得了很多成果。自　1970
年以来，中国已能连续发射自己制造的人造卫星，并收回了各种科学数据。
此外，中国还收集了美国陆地卫星　1、2、3　号的卫星图像将近　500　幅，这些
图像包含了中国沿岸和周围海域的丰富信息，反映了沿岸流、泥沙流、河口
冲淡水的路径、变化、扩散范围等海洋特征。航空、航天海洋遥感技术，完
全可以称得上是扫描（探测）万里海区立体画面的“千里眼”，在海洋探测
和海洋调查中发挥着神通广大的积极作用。那么，这个“千里眼”是怎样工

作的呢？原来，卫星和飞机对海洋的观测是通过安装在卫星或飞机上的遥感
仪器来实现的。
　　　　遥感、遥感仪器又是怎么一回事呢？“遥感”这一新的术语，是美国海
军的一位军官首先提出的。从广义上讲，远距离、不接触探测目标发射的或
反射的某种能量（如电磁波、声波），并能够把探测目标转换成人们容易识
别和分析的图像和信号，从而弄清目标的性质和特点，这个过程，即称为遥
感。遥感的最显著特点是不接触目标和远距离探测。遥感所用的设备和仪器，
称为遥感或遥感仪器、遥感设备。
　　　　目前遥感器大致有三种分类方法。一种是根据探测的结果来划分，把得
到像照片那样结果的遥感器叫做成像遥感器；把仅通过感觉温度、音响、深
浅等物理量的高低、大小来区分目标的遥感器，称为非成像遥感器。第二种
分类方法是根据遥感器外部发射能量目标进行分类，把能够发射能量并接收
目标反射回波的遥感器，称为主动遥感器；把不发射能量，只接收目标反射
的能量或目标本身辐射的能量遥感器，称为被动遥感器。第三种分类方法是
根据遥感器探测物理量的不同来分类：以探测声音来区分目标的，称为声学
遥感器；以电磁波来区分目标的，称为光电遥感器。
　　　　那么遥感器又是靠什么来探测目标的呢？对于微波、红外、可见光的遥
感器来说，它们是凭借物体反射和发射的各种电磁波（光也是一种电磁波）
来探测目标的。电磁波是自然界存在的一种物质，是由物质内部电子强烈运
动而产生的。任何温度高于绝对零度（…273℃）的物质，其内部都存在着电
子，而且其内部的电子在运动着，因而该物质都要发射电磁波。
　　　　物体温度不同，发射电磁波这种能量的本领也不一样。物体温度越低，
发射电磁波的能量越弱，电磁波的波长越长；物体温度高，并且发射的能量
多，电磁波的波长就越短。另外，物体的化学成分和物理构造不同，反射电
磁波的本领也不一样。
　　　　物质物体反射和辐射不同电磁波的本领，叫做目标特征信息，它是识别
有用目标的重要依据。收集和研究物体反射和辐射电磁波随时间、地点和季
节变化，以及电磁波在大气中传播的规律，是遥感技术的一项重要内容。
　　　　通过前面的叙述，我们大体上了解了什么是遥感及其相关的知识。现在
让我们看一下“千里眼”是如何扫描万里海区的。
　　　　我们已经知道，卫星和飞机对海洋的遥测是通过安装在卫星或飞机上的
遥感器来实现的。
　　　　一方面，卫星和飞机上的遥感器主动地向海洋发射能量，辐射电磁波，
然后再通过遥感器内部的装置来接收这些目标反射回波，进行处理之后成像
或非成像显示，传向地面。
　　　　卫星和飞机遥感仪器经过不断完善，已经历了三代技术更新。第一代是
可见光遥感仪器，如光导摄像机等。这种遥感仪器只能在白天工作，黑夜就
变成了瞎子。第二代技术产品是红外线遥感仪器。这种遥感仪器可以使卫星
实现昼夜观测，但每当天空阴云密布或雨雪交加时，红外遥感仪就会受到干
扰。第三代是微波遥感仪，这是新一代的“全天候”遥感仪器。微波是介于
红外波段和无线电波段的电磁波，它不仅可以昼夜工作，而且具有一定的穿
透云层、雨雪和地面植被的能力。目前海洋卫星上试用的遥感仪基本上都是
微波遥感仪。
　　　　已经试验使用过的海洋遥感仪器有海洋水色扫描仪、海水温度扫描仪、

机载激光测深仪、图像自动传统系统、高级光导照相机、多光谱海洋环境监
测扫描仪等。
　　　　海洋卫星的观测本领极高，可以直接对海面温度变化、海冰分布、海上
灾害、天气和海况进行有效的监测，其中对海洋上台风的生成和活动的监测
效果尤为显著。卫星借助遥感器可以精确测量海面的变化、海面起伏和海浪
高度，还可以测出海水表层的流速，可以测量海面风速、海面水温以及海水
和大气中的水汽含量等。海洋卫星所获取的信息量之大是极惊人的，它一天
所获得的海洋情报，相当于　2　万份船舶观测资料。
　　　　另一方面，卫星和飞机上的遥感器还可以定时地接收放在海洋里的锚系
浮标和漂流浮标所探测到的信息。锚系浮标基本上是位置固定的浮标，大致
有　12　米和　10　米直径的钢质饼型浮标、6　米铝质船型浮标、3　米直径铝质饼浮
标等几种规格。锚系浮标的观测项目和搜集信息的范围有风、气压、气箱、
海面温度等。这些浮标的标体都载有太阳能供电系统。浮标上装置着单根长
索，长索上悬挂着许多小型紧固的传感器。这些传感器的可靠性都很好。
　　　　锚系浮标中的信息接收机可以接收海水中的传感器所搜集的信息，卫星
或飞机遥感器会定时地接收这些信息，进行处理。现在世界上已有两颗极地
轨道卫星专门来负责接收这些海上指定点的信息情况。这种卫星每　105　分钟
就绕地球一周，轨道高度约　900　千米，能够覆盖全球范围的海域。
　　　　漂流浮标主要用于监测飓风和热带气旋、海啸等。除此之外，对海浪、
海温、潮汐、海冰、极冰、赤潮等也都有良好的观测作用。这种浮标重在流
动性，可以在船上或飞机上投放，其工作原理和锚系浮标基本类似。
　　　　卫星、飞机遥感器主要是通过上述两方面的渠道来时刻监视海洋的。它
们宛如无数只“千里眼”，时刻不停地洞察、扫描着这无垠的海洋，探测着
这万里海区的最新“敌情”……
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　水下照相
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　现在让我们把历史的聚光灯扫向　130　多年前。那时，有一位叫汤姆森的
英国人对摄影着了迷，拍摄了大量的照片。后来，他对水下世界也逐渐感兴
趣起来。于是他经常拿着照相机在海滩上游玩，或驾着小船在大海中飘荡。
有一天，他忽然灵机一动，用他的普通照相机摄下了第一张水下照片。从此，
水下摄影成了此后很多人所追求的事业。后来，一位法国潜水员路易·布当
又迷上了水下摄影，并对水下摄影做出了卓越的贡献。这位潜水员花了　8　年
时间，研制出当时世界上第一架水下摄影机。这架摄影机从外观上看，既大
又笨重；摄影机外面罩着一个金属箱作防水外套；前边镶嵌着一块玻璃，镜
头可以通过这里摄影。防水金属箱的里面是一个　9×12　厘米的普通玻璃底板
摄影机。这个法国人身穿潜水服，潜入　水中进行摄影。当时还没有研制出摄
影用的防水表，所以在水下不能掌握准确的曝光时间，还必须在这架摄影机
上系上一条绳子，由水面上的人拉动作为信号来确定曝光时间。这位法国人
就是用这架原始的水下摄影机，拍摄了大量的海蟹、游鱼等多种海洋生物的
照片。但是，由于当时还没有研制出水下摄影用的闪光灯，这些摄影只能安
排在天气晴朗而且较浅的海区进行，只有这样才能保证照相需要的足够的光
线。这样一来，照相的时间和海域都受到了很大限制，为水下照相带来了极
大的不便。这个法国人又经过了不断的实验，终于制造出一种水下闪光灯。

这种水下闪光灯其实就是一个大玻璃球。球里面放上一盏酒精灯和一些镁
粉。大家知道，镁粉遇热燃烧会发出明亮的光来。下水前，只需把酒精灯点
燃，这样酒精灯就会诱燃镁粉发出阵阵明亮的光来，就可以进行水下摄影了。
这个玻璃球和水面上充满空气的大酒桶相连接，可以保证有充分的氧气燃
烧，因而球里面的灯火也就不会窒熄了。遗憾的是，这种水下闪光灯经常发
生爆炸，有时也会伤害一些摄影人员，所以这种方法很快就不使用了。这位
法国人布当仍然继续进行水下摄影照明的研究。最后，他终于制造出一种防
水的弧光灯。用这种弧光灯进行水下摄影，可以在　50　米的海洋深处拍到效果
非常好的照片。这位法国人还专门写了一本介绍水下摄影的专著，为后人留
下了宝贵的资料。
　　　　继法国人布当之后，进一步发展水下摄影事业的是美国人列·普里也尔，
他为水下摄影机设计了一个不锈钢的外壳，胶片装在一个发条机构上，潜水
时使用这样的摄影机，一次可以连续拍摄　35～36　个镜头。美国电气工程师德
米特里·列比科夫，又研制出一种水下自动摄影机。这种摄影机的外壳像一
个鱼雷，是一个长长的椭圆形；壳体是不锈钢的，浮力为零，不升不降地处
于悬浮状态。壳里面装着摄影机、聚光灯和电池组。壳的外面装上电动螺旋
钉，可以在海中自动前进。壳里面的摄影机也是自动装置的。于是，这种水
下自动摄像机可以穿越海洋中狭小的通道，拍摄下沉船内部和水下岩洞的情
况。后来，人们又经过不断探索，发明了深海摄影机。这种摄影机的原理是
这样的：摄影机上附着一个重物，这块重物携带着照像机迅速下沉，当重物
与海底碰撞时，照像机上的照明灯会自动打开，启动快门，转动胶片，同时
把重物弹射开，这样摄影机又浮上了水下面。这种深海摄影机可以拍摄深海
中的许多景色，可以在几千米的深海中照相。
　　　　现在水下摄影机已经十分普及了，而且种类繁多，功能齐全，对焦距、
拨光圈、转底片都可以在水下进行，水下闪光灯也比较完善了。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　潜水技术
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　古代潜水
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　在科学不发达的古代，辽阔深邃的海洋使人们心中充满了神往和迷惘。
变幻莫测的海上风云，早就引起了人们无限的憧憬和遐想。但那时人类还没
有遨游海洋的能力，只能把美好的愿望编织到神话和传说里去，借以满足人
类的某种希翼和期待。于是就有了海底龙宫、避水珠、宝葫芦、聚宝盆之类
的神奇故事。其中留给我们印象最深刻的大概要算《西游记》中孙悟空大闹
龙宫的故事了。孙悟空靠着一套“避水诀”，在大海里来往自如，几番在龙
宫中冲杀往返，最后从龙王那里借来了“如意金箍棒”。在这里，作者充分
表达了人们渴望到海洋深处去寻珠问宝的心愿。可是，人类要回到祖先的居
住地，却远没有神话中孙悟空那么容易。深深的海水，设置了重重障碍。人
类从开始尝试跨越这些障碍，到可以自如地在水下漫游，经历了几千年漫长
的努力。在潜水史上，中国和外国的潜水技术发展都很缓慢，大体经历了裸
潜、通气管潜水、重潜水、轻潜水、饱和潜水几个阶段。
　　　　在古代，居住在海边的人们为了捕捞鱼、贝和海产品，常常要赤身、屏
气、不采用任何装具潜入水中，然后回到海面换气休息，这种潜水方法叫做

裸潜。这种方法传至现在，我国南方的沿海渔民仍在使用；另外，这也是一
项潜水体育运动。现在，世界上竞技潜水的最高纪录已经高达　101　米。
　　　　但是，这种潜水方法由于不能在水下呼吸，因而潜水的时间是有限的。
如何解决人在水中的呼吸问题呢？2000　多年前，人们从多次观察大象过河中
得到了很大的启示。人们发现，大象过河时，整个身体都浸没在水里，唯有
象的鼻子伸出水面，自由地呼吸着新鲜空气。人们从这种现象中得到启示，
于是发明了呼吸管潜水法。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　呼吸管潜水
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　最早用的呼吸管是用芦苇制成的。潜水者把呼吸管的一端含在嘴里，另
一端露出水面。这样，潜水者在水下就可以呼吸到新鲜空气了，大大延长了
潜水时间。后来人们又发明了水面通气管式潜水服。这种潜水服用皮带扎紧
在身上，头罩顶部用一根通气管与水面相通。这样，潜水员不但能呼吸到新
鲜空气，潜水员的双手也得到了解放，可以打捞海产品和进行各种水下作业。
除此之外，还用两个动物的膀胱做成浮子浮在水面上，以便和水面上进行联
系。这种方法在　500　年前被广泛地应用。
　　　　呼吸管潜水虽然延长了人在水下的停留时间，但另一方面这种方法只适
用于浅水中，有着很大的局限性。这是因为，人在水上呼吸的空气是　1　个大
气压；水下越深，气压越高。每下潜约　2　米，人身上就要多承受　1／10　个大
气压。用呼吸管潜水的潜水员所呼吸到的空气是水面上的　1　个大气压的常压
空气，而身体却处于高压状态；这样潜水越深，人吸入的空气的气压与人身
体实际的受压就越不平衡。所以要想再往深处下潜，就必须让潜水员呼吸到
压缩空气，以保证人的体内外的压力维持平衡。另外，通气管式潜水服头罩
里的二氧化碳的积聚问题也要解决，因为潜水员呼出的二氧化碳不能自我消
散，而二氧化碳气体浓度的增加，会大大缩减潜水员在水下的停留时间。为
了克服这些问题，人们经过反复研究，不断实践，终于又研制出一种新式潜
水装具——潜水服，使潜水技术又上了一个新台阶。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　潜水服
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　200　多年前，英国人发明了木制潜水头盔、金属潜水头盔和装甲潜水服，
并在水面上用风箱或手揿式压气机给潜水头盔供