全自动水下光散射仪的研制

海水对光的散射是比较复杂的,这是因为不仅海水本身对光产生散射,其中悬浮的粒子也引起散射。海水本身散射较有规律性,变化也不大,但各种粒子的散射规律复杂,且随粒子性质、大小、数量的不同而有很大变化。由于各海区的海水成分不同,所含有的悬浮粒子的组成、大小、浓度不同,并且随着时间而变化,因此海水对光的散射是随海区和时间而变化的。敌有必要对各海区的光散射特性作调查测量。     

水下激光散射仪的研制

一、前言海洋光学发展至今已经成为一个范围广泛、具有巨大潜力的重要学科。光在水中的传输特性,始终是人们感兴趣的课题。散射和吸收是决定光在海水中传播的基本过程。海水对光的散射是比较复杂的,这是由于海水中悬浮粒子的大小范围很广,粒子的散射特性是与粒子的大小相对于光的波长之比有关,同时海水对光的散射还与粒子的性质和数量有关。此外,它们又随着时间而变化,并受制于水文要素。因此,必须对光散射作比较详细地研究,并对各海区的光散射特性作现场调查。海水光散射的测量对水下照相、水下电视、水下伪装、水下照明工程、水下捕捞、遥感沿岸水深和水色、海水表     

全自动水下光散射仪的研制

海水对光的散射是比较复杂的，这是因为不仅海水本身对光产生散射，其中悬浮的粒子也引起散射．海水本身散射较有规律性，变化也不大，但各种粒子的散射规律复杂，且随粒子性质、大小、数量的不同而有很大变化。由于各海区的海水成分不同，所含有的悬浮粒子的组成、大小、浓度不同．并且随着时间而变化，因此海水对光的散射是随海区和时间而变化的。故有必要对各海区的光散射特性作调查测量．     

海洋研究中的激光、遥感技术与海洋光学

海洋吸收了到达地球表面太阳幅射能量的约三分之二。太阳幅射加热了海洋,推动了海水的运动,影响着海洋与大气间的能量、质量交换。依赖太阳幅射进行光合作用的浮游藻类是海洋生产力的基础。光在海水中的传播、吸收、散射过程与水中的悬浮体和溶解物质有密切关系,也与海水的温盐度、流速等有关。海水的这些光学性质,表征出不同水团的某些固     

胶州湾海水中悬浮体的分布及其季节变化

海水中的悬浮体包含有机物和无机物,有机物主要为有机碎屑颗粒,例如植物碎屑、浮游生物等;无机物主要是无机碎屑矿物、粘土矿物,也有少量硅质生物骨骼。海水中无机颗粒物质能通过吸附作用,从海水中有效地富集有机溶解物质。海水中天然有机物的分布、变化与浮游生物的活动密切相关,在海洋食物链中占有重要地位,海水中的颗粒有机物是某些游泳动物和底栖动物的食物,因此,海水中有机物的存在不仅对海洋生物有一定的生态学意义,而且对海洋无机元素的存在形式和地球化学转移过程都有直接影响。 胶州湾是一个典型的半封闭海湾,平均水深7m,面积390km2,自然环境优良,水产资源丰富,因此胶州湾的生态环境、生物资源及生态系统持续发展的研究对胶州湾的综合开发利用具有十分重要的意义。胶州湾海水中悬浮体的分布与变化是胶州湾生态环境研究中的一个重要组成部分。本文根据胶州湾海水中悬浮体的定点观测资料,阐明了胶州湾海水中悬浮体平均含量的分布及其季节变化特征,分析了影响悬浮体含量变化的主要因素。     

南黄海冬季海水中悬浮体的研究

海水中的悬浮体是海底沉积物的前身,也是形成海底沉积物的过渡形态。对于海水中悬浮体的研究,是深入了解海洋沉积过程的重要环节。1983—1985年间,中国科学院海洋研究所和美国伍兹霍尔海洋研究所合作,进行了南黄海沉积动力学的调查研究,海水中的悬浮体     

珠江河流、河口水浊度及其与悬浮体的关系

由于河流及港湾含有机及无机的悬浮物质,水的混浊程度比较高,因此,浊度与悬浮体的关系最为密切。浊度值直接反映了悬浮体的含量。由于浊度的变化引起物理化学因素、水质环境和生物对元素的吸收与光合作用等一系列的变化是相当复杂的过程,所以,在研究河口和海洋的地球化学、环境化学过程时,对于浊度的探讨就成为一项不可缺少的内容。     

南黄海海水中悬浮体垂向分布类型及跃层

海水中悬浮体的垂向分布并非上下均匀,而是具有明显的层化现象,这种情况与海水中的温度、盐度、密度等物理性质的层化现象一样,不是偶然的,而是常年存在的,同时,悬浮体含量的层化分布对于海水的某些物理性质有较大影响。 1958年中国科学海洋研究所在南黄海南部海水中悬浮体的调査中已发现了悬浮体含量分布的层化现象。1981年, Kanau Matsuike等(1983)在东海区悬浮体的调查中发现了长江口外浅滩区海水中光束衰减的层化现象。Gorsline和Swift (1977)在关于大陆架沉积动力学的论述中指出,海水密度的层化现象总是伴随着悬浮体浓度的层化现象。1983-1984年中美南黄海沉积动力学联合调查中,作者(秦蕴珊等,1986)也发现了该区内海水中悬浮体含量的层化分布现象,并且提出了“悬浮体跃层”的概念。同期,赵保仁等(1986)在研究秋末南黄海海水透光度及其与环流的关系时指出,水体中透光度存在着一个“跃变层”。实际上,影响海水透光度衰减的主要因素是悬浮体浓度,因而,上述透光度之“跃变层”乃是悬浮体跃层在光学方面的表现。上述报道结果说明,悬浮体垂向分布的层化现象及悬浮体跃层的存在已经引起了有关学者的注意。但是,其性质、季节变化及成因等问题却很少有人研究,它们对海水许多重要物理性质的影响也鲜为人知,因而这些问题的解决在理论和实践方面均具有重要意义。 在总结了历年调查资料基础上,作者于1988年4月又在南黄海进行了补充调査,共设55个站位(图1),对本区悬浮体分布中的层化现象、跃层问题及季节变化等进行了系统分析,并且对其成因及其物理意义进行了初步探讨。关于悬浮体的平面分布问题作者已有专文讨论,兹不赘述。     

南黄海海水中悬浮体跃层及底部浑水层

南黄海海水中悬浮体含量垂向分布中常见有跃层现象,它们是在海浪和潮流综合作用下,由海底表层沉积物的再悬浮产生的。南黄海冷水团促进了浑水层和悬浮体跃层的发育。 浑水层能够改变光、声波在海水中传播的性质,增大海水的浮力,增强对海底的侵蚀力。     

太湖悬浮质对湖面反照率及水体光吸收的影响

本文根据Mie散射理论,利用太湖水中悬浮质粒径谱分布的实测资料,计算了湖水的光散射相矩阵,消光系数和吸收系数等光学参量,并采用Monte Carlo方法,研究了湖面反照率和水体光吸收以及太阳高度角、入射光波长、底泥反射、悬浮质浓度和粒径分布变化的影响。数值计算结果表明:在研究湖泊水体对太阳辐射能量的反射和吸收时,水中悬浮质是一个不可忽视的重要因素。     

南黄海夏季海水中悬浮体的研究

南黄海夏季表层海水中悬浮体的高值区出现在苏北近岸一带,测得的最高值为7.57mg/L,其次是长江口和调查区的北部.低值区大面积分布在调查区的中部和山东半岛以南,悬浮体含量小于0.5mg/L.远岸的悬浮体垂向分布中有一个极为明显的分层性.在长江口外的悬浮体分布中可看到台湾暖流的影响,它的存在限制了长江入海物质的向东扩散.尽管7月是黄河和长江的丰水期,大量物质被携带入海,但还未能构成悬浮体的主要来源.其主要来源是沉积物的再悬浮,其次才是河流携入的物质,海水中的生物组分居三.现代河流入海物质的影响范围主要是调查区南北两端.在深水区,温度、盐度跃层的形成限制了底层悬浮体向上扩散.海水中物质的运移主要在海水底层进行,以悬浮-沉积-再悬浮-再沉积的方式进行着物质的运移和交换.     

太湖秋季水体体散射和散射相函数特征

利用Fournier and Forand(FF)体散射函数近似计算方法模拟太湖水体的体散射函数以及散射相函数,进而分析太湖水体体散射函数和散射相函数的特性,以及与波段、深度之间的变化关系,空间分布差异。研究表明,太湖水体体散射函数表现为具有极强前向散射特性的大颗粒物散射特征,体散射函数随波段变化的差异性主要体现在后向方向上,散射相函数的变化规律与体散射函数较为相似;而随着深度的变化体散射函数几乎没有变化,但散射相函数表现出了较为明显的层状特征;体散射函数和散射相函数在空间上表现出了较大的差异性,这种差异性随着散射角的增大而不断地加强。     

潮汐河口区水化学研究中若干问题的初步探讨

河口滨海区的水体是由组成和性质显著不同的河水和海水混合而成的。在河口区河水和海水的混合作用是复杂的动力学过程。在这一过程中还伴随着其他化学过程、物理化学过程和地质过程。诸如由于水质条件的剧变所引起的难溶物的沉淀作用,胶体和悬浮物的聚沉作用,各种固相与溶解成份之间的交换吸附与沉积作用以及气体交换作用等。因此,河口区混合水体所含物质的组成不仅与河水和海水的化学组成以及江河流量、涌入河口的海水量、河口的地形地貌、沿岸的地质、潮汐过程和气象等外界环境条件有关,也与伴随着混合过程而产生的许多复杂的化学、物理化学过程密切相关。这些过程尤其对混合水体中的微量元素的迁移及溶解气体的分布变化有显著的影响。     

海面的电磁散射模型及应用

本文采用随机格林函数方法求解了电磁场随机波动方程,给出了具有倾斜表面含气泡海浪的体散射系数表达式,并且指出,当电磁波近垂直入射时,只应用面散射模型是不充分的,必须考虑体散射效应.同时讨论了当入射角在20°～30°之间体散射系数与面散射系数的加权对接问题,给出了完整的海面散射系数计算过程.     

应用Hydrolight模式研究含油水体辐射传输特性的关键技术

辐射传输模式Hydrolight在国际水色遥感研究领域已被广泛用于解决水体光学的各种问题,也是进行石油类污染水体辐射传输特性研究的有效模型。结合Hydrolight模式的机理、应用现状及含油水体的特点,提出了将该模式应用于光学特性复杂的石油污染水体辐射传输特性研究时需要解决的关键技术,包括测定石油污染水体吸收系数和散射系数、建立石油污染吸收和散射特性随波长和深度变化的参数化模型、确定油物质的吸附后悬浮颗粒物体散射函数模型等方面。依据2018年8月和2016年8月分别在辽宁大连港和辽宁盘锦辽河油田等区域测定的含油水体数据,讨论了这些关键技术的解决方案。     

利用ADCP和LISST-100仪观测悬浮物浓度的研究

利用黄河口海床基声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的周日观测资料对悬浮物浓度进行了反演,反演过程中综合考虑了球面扩散、声学近场的非球面扩散、海水和悬浮颗粒的吸收衰减以及其他因素对回声信号的影响,结果表明在粒径保持相对稳定的情况下,利用ADCP仪回声强度反演悬浮物浓度具有较高的精度.结合现场激光粒度仪(LISST-100)测得的粒径分布信息在反演过程中考虑了粒径修正,重点讨论了观测区域粒径变化对结果的影响,结果表明粒径的剧烈变化会降低体积后向散射强度与悬浮物浓度之间的相关性.大颗粒物质的存在使计算得到的悬浮物浓度偏高,粒径修正虽然在一定程度上消除了这种影响,但线性拟合的相关性并未提高.     

南黄海海水中悬浮体的研究

本文通过对海水中悬浮体样品的过滤、分析及结合海水透光度测量,得出了1983年11月和1984年7月海水中悬浮体的平面分布和垂直分布模式,即:水平分布有三个高含量区和两个低含量区,黄河及长江的现代输入物质对中部深水区基本上没有影响;垂直分布出现明显的层化现象,11月份,在密度跃层下缘出现悬浮体跃层。本区悬浮体含量和成分,具有陆间海的过渡性特征。悬浮体的主要来源是海底沉积物的再悬浮,其次是河流输入物和浮游生物。海浪是影响悬浮体分布的主要因素。潮流加强了海浪的作用,并与海流一起,将掀起的物质搬运他处。海底地形在一定条件下,控制了海浪作用的临界深度。黄海中部冷水团影响了悬浮体的水平扩散和垂直扩散。     

山东半岛沿岸海域悬浮体时空分布及形成机制分析

依据2015年GOCI(geostationary ocean color imager)卫星影像反演的悬浮体浓度数据,分析了山东半岛沿岸海域表层悬浮体质量浓度和锋面月变化特征,揭示该海域悬浮体的分布特征和扩散格局,并结合风速、波高以及海表温度数据,对其控制因素进行初步探讨。结果显示:研究区内悬浮体质量浓度整体表现为冬季最高,春秋次之,夏季最低的分布特征;悬浮体扩散过程可以划分为4个阶段,冬季稳定外输,春季向岸退缩,夏季近岸贮存,秋季向外扩散。此外,山东半岛近岸存在一条悬浮体质量浓度高于10 mg/L的浑浊带,该浑浊带同样表现出季节变化,它在秋季开始形成,其悬浮体含量、幅宽及延伸范围在冬季达到最大,春季减弱,夏季消失。研究认为山东半岛沿岸海域的表层悬浮体来源主要是海底沉积物的再悬浮。风场、海浪以及沿岸流的强弱变化对悬浮体分布和输运的季节变化有重要的控制作用:风场和海浪影响海水混合搅拌强度,改变海底沉积物再悬浮作用的临界深度,进而影响表层海水悬浮体浓度,致使悬浮体浓度与风浪的月际变化趋势基本一致;沿岸流携带高浓度悬浮体沿山东半岛输运形成沿岸浑浊带,沿岸流的强度变化直接控制浑浊带的季节变化。     

基于ADCP反演渤海湾悬浮体浓度年变化

基于座底ADCP实测回波强度信号,结合短期实测悬浮体质量浓度,反演长时间序列悬浮体质量浓度,定量分析了渤海湾近一年悬浮体质量浓度变化特征及其影响因素。结果表明:受风浪影响,该区悬浮体质量浓度具有明显季节性变化特征,风浪作用强烈的季节其悬浮体浓度表现为相对高值。悬浮体净输运同样具明显季节性变化,秋冬强风浪作用下,悬浮体的净输运量明显增加;而在不同季节,月净输运方向具有不同的主输运方向。悬浮体质量浓度日变化受潮流控制明显,长周期变化则主要与风场的变化有关。潮流涨急过程与风致大浪过程均可引起沉积物再悬浮,导致悬浮体浓度明显增高。     

美不胜收的海水奇观

海水和普通水一样,都是无色透明的。多变的海水色彩成因是多方面的。光波较长的红光、橙光、黄光、随海洋深度的增加逐渐被吸收。一般来说,水深超过100米,这三种波长的光大部分已波吸收。而光波较短的蓝光、紫光和部分绿光,遇到海水分子或其他微粒的散射,使海水呈现蓝色。蔚兰色的海面,辉映着蔚蓝色的天穹,极目远眺,水天一色,极为壮观。