2. CTD传感器原理图解
CTD是海洋观测中最基础、也最常被低估的传感器组合。它由三个独立测量通道构成：电导率（Conductivity）、温度（Temperature）和压力（Pressure，即深度）。三者同步采样，才能换算出盐度、密度等派生量。理解CTD，关键不是记住“三个传感器”，而是看清每个通道的物理量如何被转换成电信号，以及这些原始量如何一步步变成海洋学家真正关心的盐度和密度。
一、电导池：把离子导电能力变成电阻
海水导电靠的是溶解离子。电导率传感器本质上是一个“电导池”：在池体内布置一对或多对电极，电极之间充满海水，形成一个已知几何常数的导电通路。给电极施加交流激励电压，测量流过海水的电流，即可得到电导 G，再乘以电导池常数 K（单位 m⁻¹）得到电导率 C = G·K，常用单位 mS/cm 或 S/m。
实际电导池多采用三电极或四电极结构。四电极的好处是把“供电电极”和“测量电极”分开：外侧一对电极驱动电流，内侧一对电极只测电压降，从而避免电极极化电阻和接触电阻混入测量结果。电导池的池体通常为石英玻璃或耐腐蚀工程塑料，电极多为铂或铂铱合金。需要特别注意的是，电导率对温度极其敏感——同一水样温度每变化约1℃，电导率可变化约2%。因此电导池必须与温度传感器紧邻布置，且电导率原始值要按温度做归一化，才能得到可用于盐度计算的比值。
二、热敏电阻：用阻值变化感知温度
CTD的温度通道普遍采用负温度系数（NTC）热敏电阻。其阻值随温度升高而下降，关系近似为 R(T) = R₀·exp[B(1/T − 1/T₀)]，其中 B 为材料常数，T 为绝对温度。测量电路把热敏电阻接入惠斯通电桥或恒流源分压电路，将阻值变化转为电压，再由标定曲线反演出温度。
热敏电阻体积小、响应快，但存在自热误差：激励电流过大会使敏感元件自身发热，读数偏高。因此CTD通常采用低激励电流和间歇采样。另一个工程要点是热惯性——传感器封装在金属护套内，水温突变时读数需要一定时间才能跟上，这个时间常数一般在几十毫秒到数百毫秒量级。在温跃层附近快速下放时，温度与电导率若响应时间不一致，会造成“盐度尖峰”，这是CTD剖面数据处理中必须识别和抑制的典型问题。
三、石英压力传感器：用谐振频率测深度
压力通道决定深度精度。现代CTD多采用石英晶体谐振式压力传感器：一片石英振子在压力作用下刚度改变，其谐振频率随外加压力线性变化。电路持续激励并计数该频率，即可换算出压力。石英晶体的频率-压力关系非常稳定，迟滞和蠕变极小，因此这类传感器在长期布放中漂移很小。
压力与深度的换算并非简单线性。海水中压力随深度增加，但重力加速度和海水密度随纬度、深度变化，因此需要按 深度 ≈ 压力 / (ρ·g) 并结合当地重力场做修正。工程上常直接使用压力值（dbar）作为深度近似，1 dbar 约对应 1 m 水深，但在高精度应用中必须做纬度与密度修正。此外，压力传感器需要定期做零点校准——空气中的读数应接近0 dbar，若存在明显偏移，会直接污染所有深度数据。
四、从原始量到盐度：PSS-78 的计算流程
盐度不是直接测出来的，而是由电导率、温度和压力共同换算得到。国际通用的PSS-78实用盐度以“电导比”为核心：把现场测得的电导率 C(S,T,P) 与标准海水在35、15℃、一个标准大气压下的电导率 C(35,15,0) 相比，得到比值 R，再代入经验多项式：
S = a₀ + a₁·R^(1/2) + a₂·R + a₃·R^(3/2) + a₄·R² + a₅·R^(5/2)其中系数为固定常数（a₀=0.0080，a₁=−0.1692，a₂=25.3851，a₃=14.0941，a₄=−7.0261，a₅=2.7081）。实际计算时，R 需先由现场温度 T 和压力 P 修正到参考条件，这一步正是温度与压力通道不可替代的原因。举例来说，若某水样电导率 42.5 mS/cm、温度 12.3℃、压力 150 dbar，经温度与压力修正后得到电导比约 0.98，代入上式可得实用盐度约 34.6。这个数值属于教学示例，实际结果取决于完整修正过程。
五、从盐度到密度：EOS-80 与 TEOS-10
得到盐度后，密度由海水状态方程计算。传统EOS-80以实用盐度、温度和压力为输入，输出现场密度 ρ(S,T,P)。海洋学中常用 σt = ρ(S,T,0) − 1000 表示“位势密度异常”，便于比较不同深度水团的层结稳定性。例如盐度34.6、温度12.3℃的水样，其σt约在26.5 kg/m³量级（示例值）。
需要提醒的是，TEOS-10 已用“绝对盐度”替代实用盐度，并采用吉布斯函数形式的状态方程，在高精度研究中更为推荐。但无论采用哪套体系，CTD三通道的原始测量质量始终是根基：电导池污染、热敏电阻自热、压力零点漂移，任何一个环节出问题，都会沿着“电导率→盐度→密度”的链条逐级放大。因此实际作业中，除了看最终盐度曲线，更要回看三通道原始数据是否平滑、响应是否一致、校准是否在有效期内。