本文關(guān)鍵詞： 河冰 物理參數(shù) 冰層厚度 積雪深度 溫度剖面 靜冰壓力　出處：《太原理工大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：河冰的產(chǎn)生與消融過程存在于我國高海拔的西南、西北和淮河以北區(qū)域以及許多高緯度的國家與地區(qū)。河冰作為全球氣候系統(tǒng)的重要組成部分,因其對氣候變化的敏感性一直被視為物候?qū)W的重要指標(biāo)之一。而河冰的生消變化以及在此過程中伴隨的關(guān)鍵物理參數(shù)的變化是我們研究氣候變化、冰塞及冰壩形成機(jī)理、冰情預(yù)報(bào)及冰凌災(zāi)害最直接的科學(xué)依據(jù)之一,因此河冰生消過程中關(guān)鍵物理參數(shù)監(jiān)測技術(shù)的研究及原始數(shù)據(jù)的積累對河冰數(shù)值算法的改進(jìn)具有非常重要的意義。本文基于自行設(shè)計(jì)研制的冰情關(guān)鍵物理參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備,對2011年至2014年間冬季封凍至春季消融期間我國黃河流域、黑龍江流域的部分典型水文站以及萬家寨水庫冰情觀測點(diǎn)獲取的大量冰情數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究。研究內(nèi)容及研究結(jié)果概括如下:(1)闡述了冰與雪的基本物理特性、類型及冰生消過程中產(chǎn)生的各種冰情現(xiàn)象。在已有冰導(dǎo)電特性理論基礎(chǔ)上,對室溫~-55°C極低溫環(huán)境范圍內(nèi)冰的導(dǎo)電特性進(jìn)行了進(jìn)一步研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,在特定的測試條件下,基于空氣、冰與水的電阻特性差異,可實(shí)現(xiàn)在極端低溫環(huán)境下冰層厚度及冰界面的檢測。基于此理論,通過設(shè)計(jì)、改進(jìn),研制了一種新型的R-T冰水情自動(dòng)檢測傳感器并將其應(yīng)用于黃河寧蒙河段、萬家寨水庫及黑龍江漠河江段的冰情監(jiān)測試驗(yàn)中,獲得了大量的原始冰情數(shù)據(jù),選取部分典型數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較分析,試驗(yàn)結(jié)果反映出河冰生消變化過程中冰層厚度及冰界面的變化規(guī)律,驗(yàn)證了設(shè)備的可靠性。此外,根據(jù)所獲得的實(shí)測數(shù)據(jù),利用不同冰期冰內(nèi)部等效電阻的差異,初步探討了進(jìn)行開河預(yù)測的可能性。(2)設(shè)計(jì)研制了高分辨率的棒式溫度鏈監(jiān)測系統(tǒng),并應(yīng)用于黃河河道及黑龍江江段,獲得大量的現(xiàn)場實(shí)測原始溫度數(shù)據(jù),通過深入分析,提出冰上無積雪和有積雪兩種不同情況下利用溫度廓線判斷冰層厚度的算法。該研究對于獲取更為豐富、有效的河道垂直溫度剖面信息起到非常重要的作用。此外,考慮到原有棒式溫度鏈熱傳導(dǎo)系數(shù)大、攜帶安裝不便等問題,還研制了一種全新結(jié)構(gòu)的高分辨率柔性溫度鏈,該溫度鏈具有熱傳導(dǎo)系數(shù)小、重量輕、彎折性好、攜帶方便、易于安裝等優(yōu)點(diǎn)。該柔性溫度鏈將安裝于南極中山站冰情觀測點(diǎn),完成2015~2016年海冰垂直溫度剖面的監(jiān)測。(3)根據(jù)紅外光穿過空氣和雪時(shí)表現(xiàn)出的強(qiáng)度衰減特性差異理論,設(shè)計(jì)了一種以紅外發(fā)射二級管和紅外接收二級管組成的單元檢測電路為基礎(chǔ)的光電式積雪深度傳感器,實(shí)現(xiàn)了冰上積雪深度的自動(dòng)測量。該傳感器已應(yīng)用于黑龍江漠河江段的積雪深度監(jiān)測中,并獲得了2014年1月~2014年3月的積雪深度數(shù)據(jù),通過與人工實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證了光電式積雪深度傳感器在野外環(huán)境下實(shí)現(xiàn)積雪深度自動(dòng)監(jiān)測的可靠性。(4)基于反射式強(qiáng)度調(diào)制原理,設(shè)計(jì)了一種新型膜盒式靜冰壓力光纖傳感器。該傳感器采用一種帶桿傘狀圓盤結(jié)構(gòu),當(dāng)壓力傳遞到彈性平膜片中心時(shí)可消除傳統(tǒng)電阻應(yīng)變式壓力膜盒傳感器進(jìn)行壓力測量時(shí)產(chǎn)生的邊壁效應(yīng)。通過研究改進(jìn)Y-I型光纖束的強(qiáng)度調(diào)制特性,選定了傳感器初始工作距離,并利用萬能壓力試驗(yàn)機(jī)對傳感器進(jìn)行了壓力標(biāo)定。在環(huán)境溫度為25°C~-35°C范圍內(nèi)對傳感器進(jìn)行了溫度補(bǔ)償,得到了相應(yīng)的溫度補(bǔ)償函數(shù)。利用該傳感器在實(shí)驗(yàn)室高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行了靜冰壓力隨溫度變化試驗(yàn)。結(jié)果表明,冰生消過程中靜冰壓力存在兩個(gè)極值點(diǎn):一為水由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)相變產(chǎn)生的冰凍脹力,二為冰的熱膨脹效應(yīng)引起的熱膨脹力。
[Abstract]:In this paper , a new type R - T ice water condition automatic monitoring system is designed and developed . ( 3 ) Based on the theory of the intensity attenuation characteristic of infrared light passing through air and snow , a photoelectric integrated snow depth sensor based on infrared emitting diode and infrared receiving secondary tube is designed .

【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P343.6

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 崔麗琴;龍欣;秦建敏;;用于靜冰壓力檢測的新型膜盒式光纖傳感器的研制（英文）[J];Applied Geophysics;2015年02期

2 張巖;李暢游;裴國霞;史小紅;李超;;烏梁素海湖泊冰生長過程的現(xiàn)場觀測[J];人民黃河;2014年08期

3 劉眉潔;戴永壽;張杰;張晰;孟俊敏;;拉布拉多海一年平整冰厚度SAR反演算法[J];中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年03期

4 郭增紅;于成剛;戴長雷;;大興安嶺地區(qū)冰上積雪雪深和雪水當(dāng)量參數(shù)時(shí)空變化規(guī)律[J];黑龍江大學(xué)工程學(xué)報(bào);2013年03期

5 陶山山;董勝;;渤海北部冰厚重現(xiàn)值的極大似然法區(qū)間估計(jì)[J];工程力學(xué);2013年07期

6 劉曉洲;檀永剛;李洪升;白會(huì)人;;水庫護(hù)坡靜冰壓力及斷裂韌度測試研究[J];工程力學(xué);2013年05期

7 黃曉輝;秦建敏;王麗娟;張瑞鋒;任杰林;;基于ZigBee技術(shù)的黃河河道冰情多點(diǎn)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識;2013年02期

8 梁延偉;梁海河;王柏林;;超聲波傳感器雪深測量與人工觀測對比試驗(yàn)分析[J];氣象科技;2012年02期

9 馬麗娟;秦大河;;1957—2009年中國臺(tái)站觀測的關(guān)鍵積雪參數(shù)時(shí)空變化特征[J];冰川凍土;2012年01期

10 陳寧;秦建敏;李國宏;劉永強(qiáng);張寶森;;“最小二乘法變點(diǎn)冰水情數(shù)據(jù)處理算法”的研究與應(yīng)用[J];數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識;2012年01期

，

本文編號：1494049