散射影響下海水復折射率的測量方法研究

《散射影響下海水復折射率的測量方法研究》是依託華中科技大學，由郭文平擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：散射影響下海水復折射率的測量方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：郭文平
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

復折射率是海水的重要物理性質，通過它的實部和虛部可分別獲得海水的鹽度和吸收係數，該參數的測量在海洋監測與調查、海洋遙感、水下探測等領域有重要意義。散射是海水折射率測量中不可避免的現象，將直接影響復折射率測量結果。考慮散射的影響，實現海水復折射率的快速現場測量是海洋光學參數測量中的重要課題。光散射對復折射率測量的影響目前缺乏相關理論研究。本項目提出了“研究海水復折射率測量中散射光對反射光分布的影響機理，綜合利用微分法和曲線擬合法，通過獲取反射光分布實現一個裝置同時測量海水復折射率實部和虛部”的創新性研究方案。開展包含散射光影響的反射光分布蒙特卡洛仿真研究，基於散射光分布規律的改進菲涅爾反射率曲線研究，反射光圖像處理和數據分析方法研究等研究，並進行相關的實驗驗證。從中提煉出包含散射影響的反射光場仿真模型，海水復折射率測量方法等關鍵問題，為研製套用海洋環境中的海水復折射率現場測量提供新的方法。

結題摘要

海水的復折射率的測量是海洋光學的重要研究方向。復折射率的測量能夠同時獲取海水的兩個重要參數：鹽度與吸收係數。現有的折射率測量方法只能獲得復折射率的實部，無法通過一次測量獲取多個參數。考慮海水的複雜性，本項目對海水的復折射率的測量方法進行了探究。 首先，基於折射率測量原理，完成了吸收物質折射率實部的準確測量。對於復折射率的液體，虛部主要是散射與吸收。根據菲涅爾反射曲線，提出了基於小角度光強測量的吸收液體復折射率實部的測量方法。實驗驗證該測量方法對墨水和茜素黃等溶液的折射率實部的測量都有比較準確的結果。 然後，從復折射率虛部的另一個影響因素散射出發，通過蒙特卡洛方法，研究了微小顆粒對於入射光散射的影響。水體中不同尺度的顆粒物，其散射光特徵不同，對面陣接收器的測量結果將會帶來不同的影響。通過研究所測量水體中顆粒物的尺度分布，將可以預估並消除這部分散射光對摺光計測量結果的影響。 最後，針對現場海水測量環境研製了在可用於船載走航式折光計。並根據船隻航行過程中環境複雜的特點，提出了自參考測量技術，來適應複雜振動的測量環境，最佳化折光計的抗干擾能力。最後，基於此裝置我們參加了兩次基金委的共享航次，進行了2016年渤黃海走航式折射率測量實驗以及2017年長江口走航式鹽度測量實驗，實現了對海水折射率特性多種方式的現場測量，取得了比較理想的測量結果。 從以上這些研究成果可以看出，我們按計畫實施了本項目，即從基本的折射率測量理論出發，提出了海水復折射率測量的新方法，設計並搭建了一套基於此方法的海水折射率現場測量裝置，並最終實現海洋環境監測進行實時現場測量的目的。