基於電容感應技術的海冰厚度監測方法的研究

《基於電容感應技術的海冰厚度監測方法的研究》是依託太原理工大學，由竇銀科擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於電容感應技術的海冰厚度監測方法的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：竇銀科
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

海冰在全球氣候系統中扮演著重要角色, 也是全球氣候變化的指示劑。每年冬季我國黃、渤海出現的海冰對海上航運、海上油氣勘探和生產等都有不同程度的影響。海冰厚度是描述海冰熱力學和動力學研究最重要參數之一。本項目基於海冰和海水介電學特性的差異，研究利用電容感應技術實現海冰厚度的定點自動化實時連續監測的方法，尋求海冰厚度較大範圍觀測的新途徑。通過對海水和海冰在不同溫度下的介電性實驗研究和理論分析，結合對同面多電極電容感應感測器的軟體仿真，設計最優參數的海冰厚度感測器及其系統；進行海冰厚度電容感應監測方法的多參數聯合正反演研究；在利用南北極考察站點平台開展海冰定點觀測研究基礎上，解析監測精度及影響因素；揭示海冰凍結、消融的過程，解析監測區域內的海冰厚度的分布特徵，進而為海上冰情預報及海冰熱力學研究提供可靠的數據。

結題摘要

海冰厚度是描述海冰狀態最基本、最重要的參數，海冰厚度變化原型數據的獲得有利於提高科學家對氣—冰—海相互作用機理的認識。在渤海、波羅的海等亞極區海域，每年冬季都有不同程度的海冰生成，海冰對航運和油氣生產具有重要影響。在高緯度地區冬春季節河冰造成橋樑和水工建築破壞的事例時有發生，冰厚是計算海冰對海工或水工建築物作用力的關鍵指標之一。本項通過大量的低溫實驗，研究了對海凍的介電學特性，獲取了海凍的阻抗與溫度、施加信號頻率之間的關係，建立了關係資料庫；在此基礎上利用同面多電極電容感應技術研究了電容感應式海冰厚度感測器，通過對同面多電極電容感應感測器的軟體仿真，設計了最優參數的海冰厚度感測器，包括感測器的形狀、電極材料，電極尺寸；結合單片機技術、銥星遠程控制技術，設計並研製了電容感應式海冰厚度感測器及其系統；利用南北極考察站點平台開展了海冰定點觀測實驗，分析了監測精度及影響因素；將電容感應式海冰厚度監測系統研製成海冰/海基浮標，多次套用在南北極海冰考察中，實現了對極地海冰厚度的遠程監測；在電容感應式冰厚感測器的研製基礎上，設計並研製了海冰冰裂縫寬度自動化監測裝置，初步研究了利用超音波實時檢測海冰密度的方法；從南北極套用情況來看，電容感應式海冰厚度感測器所監測的數據為極地海冰凍結、消融的過程，解析監測測區域內的海冰厚度的分布特徵提供了可靠的數據。