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

【摘要】：河冰的產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學的重要指標之一。而河冰的生消變化以及在此過程中伴隨的關鍵物理參數的變化是我們研究氣候變化、冰塞及冰壩形成機理、冰情預報及冰凌災害最直接的科學依據之一,因此河冰生消過程中關鍵物理參數監(jiān)測技術的研究及原始數據的積累對河冰數值算法的改進具有非常重要的意義。本文基于自行設計研制的冰情關鍵物理參數自動監(jiān)測設備,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獲取的大量冰情數據進行了分析研究。研究內容及研究結果概括如下:(1)闡述了冰與雪的基本物理特性、類型及冰生消過程中產生的各種冰情現象。在已有冰導電特性理論基礎上,對室溫~-55°C極低溫環(huán)境范圍內冰的導電特性進行了進一步研究。試驗結果表明,在特定的測試條件下,基于空氣、冰與水的電阻特性差異,可實現在極端低溫環(huán)境下冰層厚度及冰界面的檢測�；诖死碚�,通過設計、改進,研制了一種新型的R-T冰水情自動檢測傳感器并將其應用于黃河寧蒙河段、萬家寨水庫及黑龍江漠河江段的冰情監(jiān)測試驗中,獲得了大量的原始冰情數據,選取部分典型數據進行了比較分析,試驗結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,驗證了設備的可靠性。此外,根據所獲得的實測數據,利用不同冰期冰內部等效電阻的差異,初步探討了進行開河預測的可能性。(2)設計研制了高分辨率的棒式溫度鏈監(jiān)測系統,并應用于黃河河道及黑龍江江段,獲得大量的現場實測原始溫度數據,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系數大、攜帶安裝不便等問題,還研制了一種全新結構的高分辨率柔性溫度鏈,該溫度鏈具有熱傳導系數小、重量輕、彎折性好、攜帶方便、易于安裝等優(yōu)點。該柔性溫度鏈將安裝于南極中山站冰情觀測點,完成2015~2016年海冰垂直溫度剖面的監(jiān)測。(3)根據紅外光穿過空氣和雪時表現出的強度衰減特性差異理論,設計了一種以紅外發(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的光電式積雪深度傳感器,實現了冰上積雪深度的自動測量。該傳感器已應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月的積雪深度數據,通過與人工實測數據進行了對比分析,驗證了光電式積雪深度傳感器在野外環(huán)境下實現積雪深度自動監(jiān)測的可靠性。(4)基于反射式強度調制原理,設計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構,當壓力傳遞到彈性平膜片中心時可消除傳統電阻應變式壓力膜盒傳感器進行壓力測量時產生的邊壁效應。通過研究改進Y-I型光纖束的強度調制特性,選定了傳感器初始工作距離,并利用萬能壓力試驗機對傳感器進行了壓力標定。在環(huán)境溫度為25°C~-35°C范圍內對傳感器進行了溫度補償,得到了相應的溫度補償函數。利用該傳感器在實驗室高低溫交變濕熱試驗箱內進行了靜冰壓力隨溫度變化試驗。結果表明,冰生消過程中靜冰壓力存在兩個極值點:一為水由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)時相變產生的冰凍脹力,二為冰的熱膨脹效應引起的熱膨脹力。
[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 .

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

【參考文獻】

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本文編號：1494049