海冰基太阳辐照度剖面自动监测及校正技术研究
发布时间：2025-05-04 22:15
极地气候和极地海冰环境近几十年来正发生着巨大变化,与之相伴的,极地海洋生态系统也正在发生着显著的变化。其中比较有代表性的一个指标是极地冰藻生物总量的动态变化。传统的冰芯取样技术由于其短期性和破坏性,难以实现对冰藻的动态监测。取而代之的,通过测量冰层内部以及冰下太阳光场光谱强度的变化并结合建模仿真技术,可以对其中冰藻的存在性和生物总量进行有效的评估。鉴于目前尚无冰层内部及冰下太阳辐照度剖面的长期、动态数据,进行相关仪器设备的研制,特别是其校正技术研究变得迫在眉睫。在研究了太阳辐射在海冰环境各介质内传播过程中发生的反射、吸收和散射机理和特性的基础上,借鉴现有的用于极地研究的辐照度测量的方法和手段,基于将光信号转换为电信号的光伏效应,提出了一种以光电二极管阵列分光计为核心、将多个光纤探头放置到冰层内部和冰下不同目标位置进行太阳辐照度剖面自动监测的方案,并研制出了一套海冰基太阳辐照度剖面自动监测原型系统。系统中共有12个光纤探头,其中10个将放置到冰内及冰下进行辐照度剖面监测,另外2个放在冰上监测下行和上行辐照度。探头收集的信号通过光纤传回系统控制箱。由伺服电机和光电编码器组成的位置控制系统按顺...
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 背景及意义
1.2 海洋或海冰环境太阳辐照度测量技术的现状和发展
1.2.1 辐照度测量系统光学部分基本组成
1.2.2 “离散型”测量系统
1.2.3 “连续型”测量系统
1.3 冰基自动监测技术研究的现状和发展
1.3.1 海冰光谱反照率和透射率自动监测平台
1.3.2 Ice-tethered Profiler
1.3.3 Polar Ocean Profiling System
1.3.4 Ice Mass-Balance Buoy
1.4 海冰基太阳辐照度剖面自动监测技术难点
1.5 本文研究思路和内容安排
1.6 本章小结
2 海冰环境太阳辐照度测量机理研究
2.1 引言
2.2 相关光学术语
2.3 冰、雪、海水以及叶绿素对太阳光传播影响研究
2.3.1 反射
2.3.2 吸收
2.3.3 散射
2.4 基于分光计的太阳辐照度光谱强度测量机理研究
2.5 本章小结
3 海冰基太阳辐照度剖面测量方法研究及其自动监测系统设计
3.1 引言
3.2 海冰环境太阳辐照度剖面测量方法研究
3.2.1 研究工作目标及要求
3.2.2 辐照度剖面测量方法研究
3.3 分光计的选取和测量输入-输出模型
3.4 位置精度控制模型
3.5 原型系统设计研究
3.5.1 光路子系统设计
3.5.2 位置控制子系统设计
3.5.3 主控子系统设计
3.5.4 辅助子系统设计
3.6 本章小结
4 光学系统关键技术试验研究
4.1 引言
4.2 温度相关性试验研究
4.2.1 分光计时钟信号温度相关性试验研究
4.2.2 AD转换电路温度相关性试验研究
4.2.3 分光计温度相关性试验研究
4.2.4 光纤传输性能温度相关性试验研究
4.2.5 位置控制重复精度温度相关性试验研究
4.3 分光计测量的重复精度试验研究
4.4 光学探头特性试验研究
4.4.1 角度变化特性试验研究
4.4.2 浸入因数(immersion factor)试验研究
4.5 本章小结
5 监测系统校正技术研究
5.1 引言
5.2 暗输出温度相关性研究和预测
5.2.1 暗输出温度相关性研究
5.2.2 暗输出预测模型
5.3 信号输出温度相关性研究及其校正
5.4 分光计系统整体校正模型
5.5 光谱灵敏度校正
5.6 本章小结
6 监测系统试验评估及试验验证研究
6.1 引言
6.2 辐照度剖面监测原型系统整体性能试验评估
6.3 -20℃冷库中试验验证研究
6.4 本章小结
7 总结与展望
7.1 论文总结
7.2 论文主要创新点
7.3 工作展望
参考文献
作者简介
本文编号：4042886
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 背景及意义
1.2 海洋或海冰环境太阳辐照度测量技术的现状和发展
1.2.1 辐照度测量系统光学部分基本组成
1.2.2 “离散型”测量系统
1.2.3 “连续型”测量系统
1.3 冰基自动监测技术研究的现状和发展
1.3.1 海冰光谱反照率和透射率自动监测平台
1.3.2 Ice-tethered Profiler
1.3.3 Polar Ocean Profiling System
1.3.4 Ice Mass-Balance Buoy
1.4 海冰基太阳辐照度剖面自动监测技术难点
1.5 本文研究思路和内容安排
1.6 本章小结
2 海冰环境太阳辐照度测量机理研究
2.1 引言
2.2 相关光学术语
2.3 冰、雪、海水以及叶绿素对太阳光传播影响研究
2.3.1 反射
2.3.2 吸收
2.3.3 散射
2.4 基于分光计的太阳辐照度光谱强度测量机理研究
2.5 本章小结
3 海冰基太阳辐照度剖面测量方法研究及其自动监测系统设计
3.1 引言
3.2 海冰环境太阳辐照度剖面测量方法研究
3.2.1 研究工作目标及要求
3.2.2 辐照度剖面测量方法研究
3.3 分光计的选取和测量输入-输出模型
3.4 位置精度控制模型
3.5 原型系统设计研究
3.5.1 光路子系统设计
3.5.2 位置控制子系统设计
3.5.3 主控子系统设计
3.5.4 辅助子系统设计
3.6 本章小结
4 光学系统关键技术试验研究
4.1 引言
4.2 温度相关性试验研究
4.2.1 分光计时钟信号温度相关性试验研究
4.2.2 AD转换电路温度相关性试验研究
4.2.3 分光计温度相关性试验研究
4.2.4 光纤传输性能温度相关性试验研究
4.2.5 位置控制重复精度温度相关性试验研究
4.3 分光计测量的重复精度试验研究
4.4 光学探头特性试验研究
4.4.1 角度变化特性试验研究
4.4.2 浸入因数(immersion factor)试验研究
4.5 本章小结
5 监测系统校正技术研究
5.1 引言
5.2 暗输出温度相关性研究和预测
5.2.1 暗输出温度相关性研究
5.2.2 暗输出预测模型
5.3 信号输出温度相关性研究及其校正
5.4 分光计系统整体校正模型
5.5 光谱灵敏度校正
5.6 本章小结
6 监测系统试验评估及试验验证研究
6.1 引言
6.2 辐照度剖面监测原型系统整体性能试验评估
6.3 -20℃冷库中试验验证研究
6.4 本章小结
7 总结与展望
7.1 论文总结
7.2 论文主要创新点
7.3 工作展望
参考文献
作者简介
本文编号：4042886
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/4042886.html
