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     

胶州湾悬浮体的粒径分布与光的散射

散射和吸收是决定光在海水中传播的基本过程,散射是指由于个别光子的方向改变(无任何其它变化)而引起的任一随机过程,这一过程引起光分布的复杂变化.海水中的散射有二个截然不同的情况,即由水本身产生的散射和由悬浮体所引起的散射.海水应该看成是由具有吸收本领的、随机取向的、不规则粒子组成的复杂的色散系统.海水中悬浮体的粒径大小很不一致,而且其性质和浓度具有较大的可变性.散射研究中的重要因素是体积散射函数,它是用散射角度的函数来表示散射率的,     

海洋桡足类氨基酸组成及与饵料和光照的关系

桡足类氨基酸含量受其饵料浮游植物的影响。同一种桡足类因采集地不同，氨基酸的总量也不相同；19种氨基酸重量百分比随不同桡足类而异，但是不同桡足类各种氨基酸占总氨基酸的比例除胱氨酸和牛磺酸的变化比较大以外，其它都基本相同；胱氨酸和牛磺酸的变化与总氨基酸不成正比。各海区不同植食性桡足类的氨基酸组成和海区浮游植物氨基酸的组成有着很好的相关性，相关系数R^2在0．85以上。桡足类胱氨酸占总氨基酸的比例与采样站海水1％光衰减深度有很好的相关关系，其回归方程为y=0．28091nx 0．131，R^2=0．6427，n=13；随海水1％光衰减深度的增加，胱氨酸的含量以对数形式递增。桡足类氨基酸与UV的关系有待进一步研究。     

降低干扰和噪声对水中声反向散射信号影响的若干对策

声遥测水中悬浮粒子（如泥沙）的反向散射强度,可反演获得粒子浓度。可是,遥测系统对采样体积采集的声反向散射,除了粒子的散射信号外,还包含附加的干扰和噪声。本文探讨采集悬浮粒子声反向散射信号时,如何降低干扰源和噪声源对其影响的若干对策。     

后向散射强度与温跃层关系研究

2003年8月12-13日，用300kHz的坐底式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)在台湾海峡北部海区进行了观测。根据回声强度计算得到的后向散射强度具有明显的日变化，这是浮游动物的垂直迁移造成的。此外，后向散射强度还与叶绿素、浊度和温度梯度有关，其中叶绿素、浊度和温度梯度对后向散射强度的贡献分别是1．41，7．73和3．54dB。温度梯度最大值的深度与后向散射强度第一个峰值的深度一致，故根据后向散射强度能推断出温跃层的位置。     

风生海中气泡对海洋光学反射比的影响

风浪破碎是海中气泡的主要成因.先前的研究基于理论计算和数值模拟,揭示了海中气泡对光散射和海水反射比有不可忽略的影响.利用海洋光学和海面风速现场观测数据,结合Mie散射理论计算和海中光辐射传递数值模拟,研究风浪破碎产生的海中气泡对海水反射比的影响.现场观测和数值模拟结果表明,在光学性质稳定的I类海水中,不同风速下海洋光学反射比的不同主要源于海中气泡的贡献.     

鲅鱼圈港倾废区疏浚污染物的时空分布和运移规律

本文依据营口鲅鱼圈港倾废区８个航次的疏浚物监测和追踪调查数据，深入了解了倾废海区中悬浮物、浊度、ＣＯＤ和ｐＨ等指标随潮汐变化的时空分布规律。调查结果表明：虽然该倾废区实施疏浚物倾倒已达４ａ，但该区中除悬浮物含量略有增加外，其他指标（如ＣＯＤ，ＤＯ，ｐＨ等）基本处于一类海水正常值范围。疏浚物倾倒后２０ｍｉｎ内可引起水中悬浮物和浊度含量的急剧上升，对海水的ｐＨ和ＣＯＤ含量也有一定程度的影响．表面浑水团主要随表层流和风向运移，悬浮物和浊度降至海区背景浓度的时间约需３５～４５ｍｉｎ，迁移距离可达１．３ｎｍｉｌｅ，影响面积通常可达０．３ｋｍ２．     

海水中悬浮粒子的微电泳研究 Ⅰ针铁矿、δ-MnO2的电泳淌度与酸度、重金属离子及有机物浓度的关系

本文用微电泳的方法研究了针铁矿及δ—MnO2悬浮粒子的电泳行为。支持电解质的离子强度影响淌度的大小，但不改变等电点(IEP)。重金属离子在悬浮粒子上的吸附，使pH高于IEP时的表面电荷由负变正，而在pH低于IEP影响不大。小分子量的有机物如氨基酸对悬浮粒子的淌度影响不大，而大分子量的有机物如腐殖酸使IEP左移。天然海水，河水等对悬浮粒子表面电荷的影响是其中的有机物使IEP左移的结果，故天然水体中悬浮粒子无例外地均荷负电。     

河口悬浮粒子Stern电位的测定方法

首次提出了一种间接测定悬浮粒于Ｓｔｅｒｎ电位的方法,即通过测定悬浮粒子在不同浓度ＮａＣｌ（０．０１～０．４０ｍｏｌ／Ｌ）溶液中的ζ－电位,按照Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ理论一般公式之对数变换式,用作图法计算悬浮粒子的Ｓｔｅｒｎ电位。用该方法研究了黄河口悬浮粒子Ｓｔｅｒｎ电位的变化规律。结果表明,在淡、咸水混合初期,悬浮粒子的Ｓｔｅｒｎ电位迅速减小;当ｓ〉３．５时,Ｓｔｅｒｎ电位不再随盐度的增大而变化     

海浪微波散射理论模式

在假设海面白帽为球形气泡层的基础上,利用白帽海面的矢量辐射传输方程各随机粗糙面散射模型建立了海面的微波散射模型。辐射传输方程利用迭代法求解,随机粗糙面散射模型采用双尺度散射模型,利用白帽覆盖率的经验公式计算海面的微波散射特性。数值计算结果表明,随着气泡厚度的增加球形气泡散射系数越来越接近球形粒子散射系数;白帽对散射同的贡献随风速增大而增大;侧风情况比逆风和顺风情况影响均大;水平极化比垂直极化影响大     

河口悬浮粒子Stern电位的测定方法

首次提出了一种间接测定悬浮粒子Stern电位的方法,即通过测定悬浮粒子在不同浓度NaCl(0.01～0.40mol/L)溶液中的ζ-电位,按照Gouy-Chapman理论一般公式之对数变换式,用作图法计算悬浮粒子的Stern电位.用该方法研究了黄河口悬浮粒子Stern电位的变化规律.结果表明,在淡、咸水混合初期,悬浮粒子的Stern电位迅速减小;当S>3.5时,Stern电位不再随盐度的增大而变化.由此提出,对Ca2+和Ms2+的吸附是影响河口悬浮粒子Stern电位变化的主要因素.     

海水中矿物质颗粒吸收和散射特性Mie理论分析

利用Mie理论模型对不同粒径分布和复折射率的矿物质颗粒吸收和散射特性进行了模拟计算.颗粒的衰减和散射效率随着参数ρ的增大呈现出振幅依次减小的一系列有规则的振荡变化,而吸收效率则随着ρ的增加而增大;随着颗粒吸收性的增强,散射效率和吸收效率随着ρ的增大最终都将趋近极限值1.对于矿物质颗粒群,颗粒群的粒度分布变化对散射和后向散射特性影响很大,小粒径粒子对散射和后向散射的贡献比较大;折射率实部以及虚部变化对散射特性均有影响,颗粒的吸收性越强,则散射会相应地减弱;粒度分布以及折射率虚部对吸收系数也存在较大的影响,但是折射率实部对吸收系数的影响不大.     

海水小角度前向散射仪

测量海水对光的小角度前向散射对于准确测定海水对光的总散射系数及研究水下图像传输有重要意义。     

南海北部海区上层水体平均声速场的变化

对所收集到的南海北部海区的温度、盐度和深度历史资料进行了声速的计算、统计与分析,结果表明该海区上层水体的平均声速场有较明显的年际变化:表层声速的平面分布显示出沿岸水与外海水强弱交替变化的特征,声速等值线的走向几乎与岸线平行,等声速线的值自近岸向外海增加,大陆架外缘海区声速的水平梯度较大;下层声速的分布以环流和水体共同作用的形式出现,50m层声速平面分布的趋势除冬季与表层稍为相似外,其余季节与表层有明显的差别,春、夏季节50m层声速自西向东增加,而秋季与其表层分布相反,自近岸向外海减小;声速的垂直分布受海水升温与降温的影响显著,春、夏季表层海水升温,海表声速最大,声速自海表随深度的增加而减小;秋、冬季表层附近水层降温,声速稍偏低,普遍出现正梯度现象,最大声速移至表层以下的水层,这个深度随季节的改变而改变,随海区的不同而不同.该海区的平均声速有年波动现象,表层波幅最大,随深度的增加波幅变小,至100m水层其波动的位相几乎与表层相反.     

北半球夏季中高纬海洋声散射层分布研究

利用第八次北极调查走航ADCP后向散射强度数据,结合太阳高度、海冰密集度和实测水体环境参数数据,统计分析了中高纬海洋声散射层的时空变化特征。结果表明,纬度越高,声散射层在海表滞留时间越短,即使在极昼期间及全海冰覆盖海域,虽然其迁移幅度和后向散射强度减弱,但仍受太阳高度变化影响,且二者具有较强的时序相关性;在北极中央海域,不仅声散射层迁移活动较弱,且出现无明显散射层的情况,可能是因为该海域浮游动物和鱼类聚集度相对较低且迁移活动微弱,超出了本文所用ADCP的探测精度范围;从鄂霍次克海至白令海西南海域,往返ADCP数据均显示有两个后向散射强度上高下低,但垂直迁移时间同步的声散射层,且二者间距随纬度增加而逐渐减小并合为一体,这可能是由不同生活习性的海洋生物造成的。     

海水中悬浮粒子的微电泳研究 Ⅰ针铁矿、δ-Mno_2的电泳淌度与酸度、重金属离子及有机物浓度的关系

本文用微电泳的方法研究了针铁矿及δ-MnO_2悬浮粒子的电泳行为。支持电解质的离子强度影响淌度的大小,但不改变等电点(IEP)。重金属离子在悬浮粒子上的吸附,使pH高于IEP时的表面电荷由负变正,而在pH低于IEP时影响不大。 小分子量的有机物如氨基酸对悬浮粒子的淌度影响不大,而大分子量的有机物如腐殖酸使IEP左移。天然海水,河水等对悬浮粒子表面电荷的影响是其中的有机物使IEP左移的结果,故天然水体中悬浮粒子无例外地均荷负电。     

夏季加拿大海盆海冰边缘区声体积后向散射强度研究

声信号的体积后向散射强度是声传播过程中一个关键的参数。海冰边缘区的声体积后向散射强度研究对深入认识北极声场环境有着十分重要的意义。本文利用中国第六次北极科学考察获取的数据资料研究了海冰边缘区声体积后向散射强度特性。结果表明:加拿大海盆海冰边缘区是声体积后向散射强度的明显过渡区。无冰海面(海冰密集度小于15%)海洋深层水的声体积后向散射强度明显大于密集海冰区域的海水(海冰密集度大于50%)。讨论了声体积后向散射强度与海冰融化之间的关系,造成融冰区声体积后向散射强度增大的原因是水下悬浮泥沙、浮游生物等悬浮物质增加。根据海冰密集海域的海水后向散射强度弱的特点,对北极下放式声学多普勒测流仪(LADCP)观测的设置提出建议。     

伊姆斯-道拉德河口悬浮体絮凝过程及其控制因素

利用１９９１年１月用水下照相系统和自动图象分析仪等方法获得的悬浮体絮凝现场粒径资料，并结合温度、盐度及悬浮体总量等对伊姆斯－道拉德河口的悬浮体絮凝过程及其控制因素进行了研究。结果表明，絮凝物中值粒径为７４－１３１ｕｍ；最大粒径为１６３－８０９ｕｍ随时间、地点不同而不同。在时间上，絮凝颗粒大小的变化与潮汐变化相一致，以潮相为周期呈周期性变化。在涨落潮初期稍后絮凝颗粒迅速增大，后期逐渐变小；在空间上（     

温度、氮浓度和氮磷比对长心卡帕藻(Kappaphycus alvarezii)吸收氮速率的影响

分别在室内培养箱、海滨室外跑道池和不同自然海区,通过一次性和半连续添加营养、以及检测海区水质和藻体生长的方法,研究了不同氮浓度、温度和氮磷比条件下,长心卡帕藻氮吸收速率的变化和氮吸收速率随时间变化,以及栽培该藻的环境生态贡献。小型实验、中试放大和海区规模栽培结果表明:(1)在10—50μmol/L范围内,该藻吸收氮速率随氮浓度增加而增大;(2)当氮浓度一定时,氮磷比在1—50范围内对该藻吸收氮速率没有产生显著影响(P>0.05);(3)温度对该藻吸收氮速率有显著影响(P<0.05),其中温度在28℃时氮的吸收速率最高;(4)尽管一次性添加营养实验中长心卡帕藻吸收氮速率随时间变化表现出先快后慢的趋势,但是进一步的半连续添加营养实验证实,导致吸收速率下降系底物氮浓度限制,而不是藻本身吸收能力下降,结果还显示卡帕藻具有连续吸收同化无机氮能力;在自然光温度变化和不受底物浓度限制条件下,该藻藻体去除无机氮效率最大维持在0.3μmol/(gFW·h);(5)海南陵水黎安海湾水质数据显示,栽培该藻去除海水富营养化和净化水质作用显著,其去除海水富营养化的年贡献为33t氮素。