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.     

二维彩色悬浮物声学剖面绘图软件设计

本文阐述了声学剖面计算机绘图原理,并介绍了在AST-386SX/16微机VGA显示器上绘制二维彩色水体悬浮物浓度声学剖面图的软件设计方法,绘出了海上倾废物云团沉降过程悬浮物浓度剖面模拟绘图实例.该软件可绘出实验中声学系统不同时刻探测的各个声学剖面上悬浮物浓度时空分布的清晰图象,解决了声学剖面的计算机判读和绘图问题;是海洋倾废研究及悬浮物在海洋中的物理海洋学研究的一种有用的软件。     

海洋中倾废物的声学测量和跟踪

本文较详细地讨论了海洋声学体散射理论和海水中悬浮物扩散理论。对比DFS－2100型声学测量系统和TCL－204型双频探鱼声纳的技术性能之后，对国产TKL－204声学系统作了重大改进，使其适于对海洋倾废物进行测量和跟踪。现场实验结果表明，经过改进后的系统是成功的，同时也证明了文中所用的扩散理论对分析海洋中悬浮物的扩散规律是有用的。     

声学系统信号的量化与数字化处理

声学系统是探测悬浮颗粒物在海洋中的短期时空分布状态,揭示悬浮颗粒物的沉降、扩散和迁移特性的有效工具。本文阐述了声学系统信号与悬浮颗粒浓度的量化(以美国Datasonics声学系统为例)及信号数字化处理。用处理后的数据可定量分析海洋中悬浮颗粒物时空分布以及不同密度层和水团的分布,可供从事物理海洋学方面的研究。文中阐述的声学信号处理方法对在海洋调查研究、海洋环境保护研究和海洋环境监测中声学技术的应用可提供一个借鉴。     

海洋中倾废物的声学测量的跟踪

本文较详细地讨论了海洋声学体散射理论和海水中悬浮物扩散理论。对比ＤＦＳ－２１００型声学测量系统和ＴＣＬ－２０４型双频探鱼声纳的技术性能之后，对国产ＴＣＬ－２０４声学系统作了重大改进，使其适于对海洋倾废物进行测量和跟踪。现场实验结果表明，经过改进后的系统是的成功的，同时也说明了文中所用的扩散理论对分析海洋悬浮物的扩散规律是有用的。     

海水悬浮物浓度原位测量技术进展

海水悬浮物指海水中的悬浮颗粒物和浮游微生物等，对海水悬浮物浓度进行准确的测量具有重要的意义。海水悬浮物浓度测量技术，无论是传统方法（即现场采水），还是现代方法（即间接测量方式，包括光学法和声学法等）都有一定的不足。本文主要综述了几种海水悬浮物浓度间接测量方法、国内外有关海水原位过滤测量的技术研发进展及深海原位微孔过滤技术。最后，对海水悬浮物原位过滤技术的发展方向进行了探讨。     

黄、东海边界悬浮物输运量的卫星遥感估算

利用2002—2015年的中等分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)第4波段反射率产品对黄、东海边界的悬浮物输运情况进行了分析, 同时利用黄、东海2003年现场实测的悬浮物含量数据和这期间准实时的MODIS影像数据, 建立了基于MODIS第4波段遥感反射率的悬浮物含量遥感反演模型。基于该模型, 反演黄、东海表层悬浮物浓度, 并计算悬浮物扩散面积。利用反演得到的表层悬浮物浓度和悬浮物浓度垂向预测模型, 获取垂直方向上的悬浮物浓度, 同时结合水深、扩散面积数据, 计算特定时刻水体中的悬浮物含量。利用插值方法获得整个输运过程中各时刻水体中的悬浮物的含量, 计算各个时刻悬浮物含量的总和作为悬浮物的输送量。对2002年10月至2003年4月黄海向东海的悬浮输送量进行估算, 估算结果为153Mt。     

面向海水淡化的原海水水质监测与悬浮物浓度研究

针对海水淡化预处理系统中关于原海水水质要素动态监测较少的现状,本文提出并设计实现了基于海面多要素浮标的原海水水质同步监测系统,该系统利用海洋物联网技术将数据传输至云平台,并建立B/S架构综合信息分析系统,实现原海水溢油、浊度、PH等参数的实时采集、分析与预警。根据2022年5月青岛胶州湾定点观测试验数据,研究建立了区域悬浮物浓度检索模型,并进一步探讨近岸水体中悬浮物浓度的日变化特征。结果表明：浮标系统运行稳定,所采集的海洋环境信息准确有效;水体内悬浮物浓度日变化的平均范围在2.94～8.54 mg/L,呈现双峰结构。     

渤海海峡沉积物输运的参数化计算

本文以2018年冬季渤海海峡两个站位的定点连续观测数据为基础，使用一维参数化方案，计算了观测站位底边界层内的水平悬浮物输运通量以及推移质输运量。在参数化方案中，简化的一维对流扩散方程被用于计算底边界层内的垂向悬浮物浓度。为了验证参数化方案的可靠性，本文基于观测数据对比了两种底剪切应力计算模型、四种临界起动剪切应力计算方法和两种一维对流扩散方程解法。对比结果表明:(1)不同模型计算的底剪切应力结果相近；(2)临界起动剪切应力受到颗粒间黏性作用的影响；(3)一维对流扩散方程的求解过程需要考虑沉积物浓度的分层效应和不同粒级颗粒临界起动剪切应力的差异。基于上述对比结果确定的最优参数化方案，进一步计算了观测站位的沉积物输运量:(1)在有再悬浮的时段，距底5 m内的水平悬浮物通量占全水深悬浮物通量的比例(T01站约为21%，T02站约为17%)显著高于相同层位水通量的占比；(2)依据参数化方案估算的冬季平均的悬浮物通量比忽略底边界层悬浮物浓度垂向变化的传统方法结果高约16%；(3)推移质输运量比悬移质输运量约低两个数量级。     

基于原位观测的黄河水下三角洲悬浮物浓度叠加锯齿模型

利用海底原位三脚架搭载水动力观测仪器,在黄河水下三角洲进行了为期134天的原位观测,获取了该海域波浪、潮汐、海流、海水温度、浊度等相关数据。并利用观测点海域的表层沉积物进行室内测试,发现该海域表层沉积物以粉砂为主,悬浮物浓度与海水浊度存在良好的线性关系,底层(距离海床约50cm处)悬浮物浓度在2~4g/L范围内变化。切应力计算结果与原位观测结果表明,强浪过程中波浪对泥沙起动起控制作用,进而显著提高悬浮物浓度;其余时间段,海流控制泥沙起动,悬浮物浓度随流速动态波动。该海域悬浮物浓度表现为叠加锯齿模型。因波浪作用而形成大锯齿,因海流作用而形成小锯齿。切应力计算结果可以较好地解释该模型。     

夏、冬两季长江口及邻近海域悬浮物的分布特征及其沉积量

利用2001年7～8月 ,2002年1月两个航次的悬浮物浓度资料 ,并参考其它水文参数 ,简要分析长江口及邻近海域悬浮物的分布特征 :无论夏季还是冬季 ,长江入海悬浮物总是向东南方输运 ;冬季由于再悬浮作用显著 ,悬浮物浓度明显高于夏季 ,且南北分布范围也明显增大 ,垂向分布均匀。同时采用数值模拟的海流流速值和观测的悬浮物浓度值计算悬浮物的断面通量 ,并最终得计算区悬浮物夏、冬两季的沉积量 ,夏、冬季长江口及邻近海域悬浮物的沉积量分别为0.79×108t,1.44×108t。     

基于FIO-COM的海洋声学预报系统的构建与应用

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式（FIO-COM）为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计算声速剖面,并对声速剖面进行水声环境特征诊断,之后将海洋模式与水下声场传播模型协同连接,结合地声模型（海底地形和底质参数）,实现了全球海域的水声环境特征诊断及水下声场及相关结果的预报。海洋模型提供水下声学预报所需的水体声速、海浪波高等参数,地声模型提供海底地形、底质声速、密度以及衰减等参数,通过调用海洋-声学连接模块提取声传播路径的地形及海洋环境参数剖面,实现海洋模型和声学模型的有效连接。全球海洋声学预报系统在高性能计算机上并行实现,主要包括声场计算中的频点、方位角并行以及声学预报时针对地理空间区域的并行。最后,利用该系统预报并分析了全球海域的水声环境特性及声呐作用距离的季节变化和空间分布特征,为现代声呐的设计、操作和水下应用提供参考。     

浅海沉积层声学特性对声传播损失的影响仿真研究

为厘清海底沉积层声学特性信息的水声环境保障需求,构建浅海两层海底环境参数模型,并参考Hamilton海底底质9种分类设置沉积层声速、密度、衰减系数及厚度的参考值及计算采样区间,利用Kraken简振波模型,采用控制变量的方法,研究了浅海沉积层声学特性参数对声传播损失的影响;开展了建模理论推导及数值技术分析,研究了海底沉积层声学特性参数在模型计算过程中调用过程,并从建模计算的角度对仿真计算的结果进行解释,对海底沉积层声学特性调查装备发展及调查重点参数具有一定的参考价值。     

胶州湾水体悬浮物浓度遥感反演模式优化研究

为了及时、准确的了解胶州湾水域总悬浮物情况,采用2001—2015年水面实测数据,选取HJ-1、MERIS、LandsatTM/ETM+三个不同卫星数据,通过ENVI软件分析计算TM/ETM数据的多波段组合与总悬浮物浓度之间的相关关系,选取相关系数最大者分别构建多元函数回归模型,对胶州湾总悬浮物浓度进行了遥感定量反演研究。结果表明,估算因子三波段模型432算法与悬浮物浓度的相关性最好(R20.8),反演精度较高,以此建立了悬浮物浓度三波段半分析+生物光学遥感反演模型,检验值R~2均高于0.85,并通过F检验法和均方根误差(RMSE)分析,证明误差的敏感性差,该模型相关系数及稳定性好。因此,三波段模型在这三种反演模型中精度最好。     

基于Landsat 8影像的黄河口悬浮物质量浓度遥感反演

悬浮物质量浓度是黄河口海域重要的水质和水环境监测参数之一,直接影响着水面以下光场的分布,进而影响水体的初级生产力和水域生态环境。本文基于2011年6—7月和11—12月共计89组现场实测悬浮物质量浓度和光谱数据,分析了黄河口及其附近海域不同悬浮物质量浓度的水体光谱特征,尝试利用多种波段组合建立悬浮物质量浓度遥感反演算法。结果表明865 nm波段与波段比655 nm/560 nm组合形式算法反演结果最优,算法相关系数R²为0.95,平均相对误差为25.65%。将算法应用于2014—2016年共7景Landsat 8 OLI遥感影像,分析了不同年份黄河口悬浮物质量浓度的时空分布特征,黄河口海域悬浮物质量浓度分布总体呈现近岸高,离岸低的特点,不同时期悬浮物质量浓度量值上有显著变化。     

激光多普勒测流系统中光学参数的确定

本文着重讨论了双光束条纹型多普勒测流系统中，光学分束系统参数与散射信号的关系，列出了有关公式。计算了圆形截面的散射颗粒直径与干涉条纹周期呈不同比值时对信号的影响，其结果比以前采用矩型截面进行计算的结果更为合理。结合激光海流计的设计，分析了光学系统中各项参数的选择对测量结果的影响。     

浅地层剖面仪关键声学参数的检测技术研究

基于在消声水池中对参量阵型浅地层剖面仪进行的声学参数测量试验及数据的处理分析,探索性地提出了一套完整的浅地层剖面仪关键声学参数检测与评价的解决方案。方案主要包括4部分:1)检测平台构建:简述了检测平台的主要组成部分,并对消声水池的建设提出了基本的技术要求;2)声学参数测量:介绍了浅地层剖面仪的声源级、频率和脉冲长度测量的方法和操作要点;3)数据处理分析:论述了测量数据预处理的目的和方法,给出了声学参数计算的主要公式和方法;4)符合性分析:分析各声学参数实测值与标称值的符合性及偏离度。本试验发现所用的浅地层剖面仪的关键声学参数的实测值与其标称值偏离较大,即说明书给出的标称值仅是参考性数值。因此,在进行浅地层剖面仪的检测与校准工作时,应对新购仪器进行强制性首检以获取其各参数准确的初始值。     

黄河口磷酸盐缓冲机制的研究

１９９４年５月￣１９９５年６月,利用黄河口悬浮颗粒物,在实验室内于不同温度、盐度、磷酸盐浓度、ＰＨ值悬浮物粒度条件下进行了悬浮物对磷酸盐的吸附和解吸模拟实验,通过水体中几种磷－钙矿物的离子平衡计算,对黄河口磷酸盐的缓冲机制进行了探讨。结果表明,黄河口现场条件下水体与钙与磷之间霜些离子平衡,黄河口水体中磷－钙矿物的离子积受温度、悬浮物种类及粒度影响较小,而与水体盐度、磷酸盐及钙含量有关,但不足以形成     

重量法测量悬浮物浓度关键技术研究

悬浮物质含量是水体质量的重要参数，也是遥感的主要产品之一。文章主要对重量法测量悬浮物浓度中的关键技术，包括样品烘干温度、烘干时间、恒重时间和过滤体积进行研究。通过研究得出在重量法测量悬浮物浓度中合适的测量条件和采样条件。     

声相关海流剖面(ACCP)测量的流速估值方法

声相关海流剖面（ACCP）测量技术对水体回波信号进行空间相关处理来估计流速值，与声学多普勒海流剖面仪（ADCP）相比ACCP的工作频工，更适合深海测流应用，ACCP测量系统对回波信号进行时空相关处理，根据相关函数的位置来估计被测水团的流速值，ACCP从信号中提取流速值要运用参数估计技术，本文介绍了采用极大似然法和最小二乘法进行流速参数的处理方法，给出一些典型流速情形的数值计算结果。