極地氣候和極地海冰環(huán)境近幾十年來正發(fā)生著巨大變化,與之相伴的,極地海洋生態(tài)系統(tǒng)也正在發(fā)生著顯著的變化。其中比較有代表性的一個指標是極地冰藻生物總量的動態(tài)變化。傳統(tǒng)的冰芯取樣技術(shù)由于其短期性和破壞性,難以實現(xiàn)對冰藻的動態(tài)監(jiān)測。取而代之的,通過測量冰層內(nèi)部以及冰下太陽光場光譜強度的變化并結(jié)合建模仿真技術(shù),可以對其中冰藻的存在性和生物總量進行有效的評估。鑒于目前尚無冰層內(nèi)部及冰下太陽輻照度剖面的長期、動態(tài)數(shù)據(jù),進行相關(guān)儀器設(shè)備的研制,特別是其校正技術(shù)研究變得迫在眉睫。在研究了太陽輻射在海冰環(huán)境各介質(zhì)內(nèi)傳播過程中發(fā)生的反射、吸收和散射機理和特性的基礎(chǔ)上,借鑒現(xiàn)有的用于極地研究的輻照度測量的方法和手段,基于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光伏效應,提出了一種以光電二極管陣列分光計為核心、將多個光纖探頭放置到冰層內(nèi)部和冰下不同目標位置進行太陽輻照度剖面自動監(jiān)測的方案,并研制出了一套海冰基太陽輻照度剖面自動監(jiān)測原型系統(tǒng)。系統(tǒng)中共有12個光纖探頭,其中10個將放置到冰內(nèi)及冰下進行輻照度剖面監(jiān)測,另外2個放在冰上監(jiān)測下行和上行輻照度。探頭收集的信號通過光纖傳回系統(tǒng)控制箱。由伺服電機和光電編碼器組成的位置控制系統(tǒng)按順...

【文章頁數(shù)】：171 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 背景及意義
    1.2 海洋或海冰環(huán)境太陽輻照度測量技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展
        1.2.1 輻照度測量系統(tǒng)光學部分基本組成
        1.2.2 “離散型”測量系統(tǒng)
        1.2.3 “連續(xù)型”測量系統(tǒng)
    1.3 冰基自動監(jiān)測技術(shù)研究的現(xiàn)狀和發(fā)展
        1.3.1 海冰光譜反照率和透射率自動監(jiān)測平臺
        1.3.2 Ice-tethered Profiler
        1.3.3 Polar Ocean Profiling System
        1.3.4 Ice Mass-Balance Buoy
    1.4 海冰基太陽輻照度剖面自動監(jiān)測技術(shù)難點
    1.5 本文研究思路和內(nèi)容安排
    1.6 本章小結(jié)
2 海冰環(huán)境太陽輻照度測量機理研究
    2.1 引言
    2.2 相關(guān)光學術(shù)語
    2.3 冰、雪、海水以及葉綠素對太陽光傳播影響研究
        2.3.1 反射
        2.3.2 吸收
        2.3.3 散射
    2.4 基于分光計的太陽輻照度光譜強度測量機理研究
    2.5 本章小結(jié)
3 海冰基太陽輻照度剖面測量方法研究及其自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計
    3.1 引言
    3.2 海冰環(huán)境太陽輻照度剖面測量方法研究
        3.2.1 研究工作目標及要求
        3.2.2 輻照度剖面測量方法研究
    3.3 分光計的選取和測量輸入-輸出模型
    3.4 位置精度控制模型
    3.5 原型系統(tǒng)設(shè)計研究
        3.5.1 光路子系統(tǒng)設(shè)計
        3.5.2 位置控制子系統(tǒng)設(shè)計
        3.5.3 主控子系統(tǒng)設(shè)計
        3.5.4 輔助子系統(tǒng)設(shè)計
    3.6 本章小結(jié)
4 光學系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)試驗研究
    4.1 引言
    4.2 溫度相關(guān)性試驗研究
        4.2.1 分光計時鐘信號溫度相關(guān)性試驗研究
        4.2.2 AD轉(zhuǎn)換電路溫度相關(guān)性試驗研究
        4.2.3 分光計溫度相關(guān)性試驗研究
        4.2.4 光纖傳輸性能溫度相關(guān)性試驗研究
        4.2.5 位置控制重復精度溫度相關(guān)性試驗研究
    4.3 分光計測量的重復精度試驗研究
    4.4 光學探頭特性試驗研究
        4.4.1 角度變化特性試驗研究
        4.4.2 浸入因數(shù)(immersion factor)試驗研究
    4.5 本章小結(jié)
5 監(jiān)測系統(tǒng)校正技術(shù)研究
    5.1 引言
    5.2 暗輸出溫度相關(guān)性研究和預測
        5.2.1 暗輸出溫度相關(guān)性研究
        5.2.2 暗輸出預測模型
    5.3 信號輸出溫度相關(guān)性研究及其校正
    5.4 分光計系統(tǒng)整體校正模型
    5.5 光譜靈敏度校正
    5.6 本章小結(jié)
6 監(jiān)測系統(tǒng)試驗評估及試驗驗證研究
    6.1 引言
    6.2 輻照度剖面監(jiān)測原型系統(tǒng)整體性能試驗評估
    6.3 -20℃冷庫中試驗驗證研究
    6.4 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 論文總結(jié)
    7.2 論文主要創(chuàng)新點
    7.3 工作展望
參考文獻
作者簡介



本文編號：4042886