【摘 要】
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随着对于极地的深入探索,建立冰基础参数的检测方法和数据库,成为了我国极地研究的内容之一。通过对冰密度的研究,实现可靠的远程监测方法和手段,对于极地探索及高纬度建筑的安全性都具有重要意义。本课题主要进行了超声波参数与冰密度相关关系的研究,主要研究了超声波在冰中传播的声速和衰减规律两大内容,获取了超声波的声速、衰减两大参数与海冰及淡水冰的冰温、冰密度的相关关系。使用1MHz和500KHz的超声波穿透不
【基金项目】
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国家自然科学基金“基于超声波的海冰剖面孔隙率原位监测的机理与方法研究”（编号:41606220）；
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随着对于极地的深入探索,建立冰基础参数的检测方法和数据库,成为了我国极地研究的内容之一。通过对冰密度的研究,实现可靠的远程监测方法和手段,对于极地探索及高纬度建筑的安全性都具有重要意义。本课题主要进行了超声波参数与冰密度相关关系的研究,主要研究了超声波在冰中传播的声速和衰减规律两大内容,获取了超声波的声速、衰减两大参数与海冰及淡水冰的冰温、冰密度的相关关系。使用1MHz和500KHz的超声波穿透不同的淡水冰及海冰,同时测量冰物理参数和超声波参数。通过对实验数据分析,研究冰密度、温度、盐度等物理参数与穿过冰层的超声波的声速、衰减等参数的相关关系,进一步总结了基于超声波的冰密度反演方法,为实现基于超声波的冰密度监测奠定基础。设计了基于超声波的海冰性质实验系统,实现了超声波参数和海冰物理参数的同步测量,包括超声波参数测量子系统和海冰参数测量子系统。在该系统内,以在-5℃到-35℃温度范围内的淡水冰及盐度从9‰到7‰的海冰为研究对象,利用回波法进行了超声波声速的测量,总结了冰温与穿过其中的超声波声速的相关关系。发现在-5℃到-35℃温度范围内,淡水冰及海冰冰温与穿透其中的超声波波速呈现负相关关系,即温度越低,超声波的波速越大;同样的,对穿透淡水冰及盐度范围在0.9‰到6‰的海冰的1MHz和500KHz超声波衰减进行了测量,发现在-5℃到-35℃温度范围内,1MHz超声波衰减大于500KHz超声波衰减,并且温度与衰减呈现正相关关系,温度越低,超声波的衰减越小;另外,通过对海冰密度与穿透冰样的声速和衰减进行相关分析,发现海冰密度与海冰的衰减和声速存在一定的相关关系,密度越大,波速越小,衰减越大。基于不同温度及盐度的淡水冰及海冰密度与穿透其中的超声波衰减和声速的相关关系提出了一种海冰密度反演方法,并据此设计了一种可应用于极地监测的海冰密度自动监测系统。
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