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[硕士论文] 黄亮
船舶与海洋工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:我国是一个海洋大国,海洋为我国提供了不竭的渔业资源和开发潜力巨大的油气资源等。随着我国海洋生态资源状况持续的恶化,急需要一种有效的方法改善这一趋势。人工上升流这一地球工程方法可以降低空气的二氧化碳含量,提升海洋初级生产力,是理想的解决方法之一。由于缺乏长时间时序观测数据,目前国内外关于人工上升流的海流和温度分布规律及演化机制等科学问题的研究还比较少,这一情况已经严重制约了人工上升流技术的研究与发展。海洋声层析观测技术能够通过用较少的仪器布放于观测区域的外围,对对象海域的内部进行大范围的长期同步观测和监测,且不受航运及渔业活动的限制,能克服传统海洋观测方式对人工上升流观测的局限性,做到观测的连续性、实时性、立体性以及经济性,是用于观测人工上升流的理想方式。
  本文对沿海声层析技术应用于观测小范围人工上升流的理论以及可行性进行了分析。介绍了声线在水下传播的基本知识,对人工上升流海域的声线传播途径和信号传播损失进行了模拟,提出了提高信号信噪比的方法。随后从理论计算方面详细介绍了人工上升流海域温度场以及流场反演方法,对人工上升流海域的噪声进行了评估,对人工上升流海域的温度场进行了数值模拟。理论上计算了人工上升流海域的测流测温精度要求,并提出了几种提高定位精度方案。
  针对沿海声层析技术在观测小范围水体过程中的应用特性进行了研究,在以往的声层析实验与应用过程中,通常都是针对大、中尺度海洋现象观测,很少出现小尺度的研究,为了进一步弄清楚在实际观测小范围水体过程中沿海声层析技术具有哪些特别的性质,在浙江大学大型断面实验水槽进行多次小范围观测实验,通过改变待测水体的流速、温度、区域范围等条件总结出系统的工作特性,同时验证了声层析系统对小范围环境条件观测的可行性与稳定性。
  为检验沿海声层析系统对人工上升流的观测效果并为下一阶段的海域人工上升流观测做准备,在消声水池完成了人工上升流温度层析实验,实验对消声水池有无人工上升流两种状态进行了持续5个小时的观测。沿海声层析观测结果反演得到的温度随时间变化情况和温度链的采集结果基本一致,表明了利用沿海声层析系统观测人工上升流温度的可行性。
[硕士论文] 苗俊伟
测绘工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:海表温度(Sea Surface Temperature,SST)是地球生态系统的重要指示因子,广泛应用于天气变化、大气模拟以及气候变化研究,对海洋动力环境以及海气相互作用影响巨大。早期SST数据的获取方式以浮标、平台和志愿船为主,但是对于时空动态范围变化巨大的海洋水体,传统调查手段难以揭示全球海洋在日、月际、季节、年际和年代际尺度上的变化。卫星遥感以其快速、大范围同步、连续观测的技术优势,成为获取全球海洋SST观测数据的唯一有效手段。本文基于红外和微波遥感数据,发挥多源遥感优势,发展全球海洋SST融合技术,研制高精度、高空间覆盖度、高时空分辨率的全球海洋多源遥感SST融合产品,并基于该产品开展西北太平洋锋面探测应用。本文主要工作如下:
  (1)开展了红外辐射计SST数据(AVHRR、MODIS(Aqua和Terra)和VIIRS)和微波辐射计SST数据(AMSR-E、AMSR2、TMI、GMI、WindSat、HY-2ARM)的单星产品精度评估,除HY-2A RM数据外,其他SST数据的精度基本相当;对误差较大的HY-2A RM数据进行了线性拟合修正,修正后的数据精度有一定程度的提高。
  (2)发展了多源遥感SST融合最优插值算法;基于发展的算法,生成了2010-2016年全球海洋0.1°/daily SST融合产品;基于Argo浮标、NDBC浮标和热带锚系浮标验证了融合产品精度,结果发现,平均偏差分别为-0.0455℃、-0.0438℃和-0.0693℃,标准偏差分别为0.51℃、0.8066℃和0.46℃;开展了与OISST和MISST同类产品的一致性分析,结果表明,融合SST产品精度优于OISST,略低于MISST,数据一致性较好,误差较大区域分布在近岸和南北极海域,与NDBC的比较结果也反应了这一现象。
  (3)利用多源遥感SST融合产品,联合Sobel算子和Canny算子探测了西北太平洋海域温度锋,探测结果与前人研究基本一致,表明研制的SST融合产品适用于锋面探测研究;提取所探测锋面的中心线,计算了锋面的月、季频率和全年的频次分布;以黑潮锋、亲潮锋、浙闽沿岸锋等典型锋面为例,开展了锋面的时空变化分析研究。
[硕士论文] 胡燕
核技术及应用 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:本论文旨在采用理论分析、MC数值模拟等手段,开展Mn、Fe、Cu、Zn、Pb元素的激发电压、“源-样-探”几何探测装置、探测窗、水分效应等关键技术的研究,提高海底原位探测多元素分析的准确度和灵敏度,为我国海洋矿产资源勘探提供技术支撑。论文主要取得以下成果:
  (1)基于MC研究优化X光管激发电压。针对海底沉积物中Mn、Fe、Cu、Zn、Pb5种元素,Mn、Fe元素在20kV时峰背比在最高峰背比的三分之二以上,Cu、Zn元素在20kV时峰背比较高,Pb元素在30kV时峰背比最高,因此Mn、Fe、Cu、Zn元素激发电压设置为20kV,Pb元素激发电压设置为30kV。
  (2)基于理论分析和MC模拟研究了“源-样-探”几何探测装置。根据元素归一化计数和峰背比,确定出最佳“源-样”角度为10°,“样-探”角度为20°,最佳“源-样-探”距离为9mm。
  (3)采用MC模拟对探测窗效应进行了研究。综合安全、工艺设计及探测窗厚度对元素特征X射线计数的影响三方面考虑,确定探测窗厚度为1.5mm;利用探测窗对射线的影响建立校正方程,校正1.5mm厚度的探测窗。结果表明,探测窗厚度校正后与无探测窗相比计数的相对误差基本上小于9%;探测窗杂质对Mn、Cu和Pb元素的干扰较小,Fe和Zn元素的干扰较大,基于探测窗有无杂质下Fe、Zn特征X射线计数关系建立校正方程。结果表明,当Fe、Zn元素含量为0.8%时,杂质校正后与无杂质相比相对误差小于4%。
  (4)采用MC模拟研究了水分效应的影响,以散射射线为内标建立了水分效应的校正方程。结果表明,含水率校正后的特征X射线计数与不含水时目标元素特征X射线计数相比相对误差小于10%。Mn、Fe元素水层厚度小于1mm,Cu、Zn元素水层厚度小于2mm,Pb元素水层厚度小于3mm时可有效校正,且水层校正后与无水层相比相对误差小于15%。
[硕士论文] 黄鑫
控制工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:海洋测量是海洋科学发展的根本。海水的基本性质参数,温度、深度、盐度,所对应的温度、压力、电导率是海洋的基本测量量。目前,由于成本和便携性的限制,以及硬件老化和设备碰撞等都会影响测量精度,需要定期对设备进行检定与校准。本文设计并实现了一种基于虚拟仪器的温盐深测量仪的校准与检定系统,其中可以通过配置数字电位器来模拟海洋环境参数的变化,完成系统的功能性验证。该设备在经标准设备检定后,与温盐深测量仪(被校准设备)对同一海水环境进行测量,可通过上位机借助曲线拟合法来完成对测量仪器的校准工作。
  本文在研究常见温度、压力、电导率传感器工作原理的基础上进行等效传感器(传感器测量模型)的设计;结合系统的性能要求,设计系统的硬件部分电路及软件程序;基于盐度和电导率理论设计算法,解算出相应参数值;选择G语言在LabVIEW环境下完成双串口传输上位机界面的编写,实现校准参数的求取。其中要以低漂移、低噪声、高精密为原则进行器件选型,控制器选择TM4C1294,A/D转换器选择ADS1262。根据系统的功能需求,设计基于TM4C1294的主控电路、传感器的测量模型、基于ADS1262的A/D采集电路、信号调理电路、通信电路和供电电源电路;设计主程序、信号采集处理程序、数据通信程序。在硬件电路经焊接及与软件部分进行联调后,先选择与SBE37-SI CTD进行对比试验的方式完成系统的自校准,即被标准设备检定。再以此为标准,对实验室现有的CTD测量仪进行校准实验,以提高其测量精度和准确度,也可判定其检定结果是否合格。最终结果表明:系统的预期功能可以实现。
[硕士论文] 栾宁
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:海底潜标系统依其所具有的稳定性能,能够长时间置于海水中,对水文监测、潮汐变化、气象预报、地壳运动等信息进行收集,是良好的海洋观测系统。本文以海底噪声监测潜标为研究对象,对噪声监测潜标的振动模态及流噪声进行了分析和研究。
  首先,对标体结构振动模态进行实验与仿真。利用三维建模软件Pro/E建立潜标框体的简化三维模型,运用Ansys Workbench对标体结构的干、湿振动模态进行了仿真分析,并进行了室内以及静水水池实验,验证了所采用的数值模拟方法对潜标湿模态分析的合理性。采取有限元方法对潜标框体进行了流固耦合分析,分析了干、湿模态的差异,表明通过湿模态模拟对水下潜标分析的必要性。根据仿真和实验结果的对比分析,对原有潜标系统进行了改进,使得潜标结构振动模态能够避开其10~100Hz的工作频段,提高了潜标工作性能。同时也为研究水下结构物的真实工况振动模态提供了一种参考方法。
  其次,分别建立了球型、球锥型、加长球锥型和水滴型四种潜标模型,并对潜标流场及声场进行分析。运用Fluent进行了潜标外导流罩流场和声场的仿真分析。分别采用RNG流体模型和大涡(LES)流体模型对潜标外导流罩流场在定常流动和非定常流动下的的流场进行了仿真,采用FW-H声学模型分析了潜标外导流罩的流噪声。并进行了水下实验,将实验与仿真结果进行了对比,计算表明,水滴型潜标最优。研究结果表明,外型型线是造成潜标噪声性能差异的主要原因。在噪声监测潜标的设计中,改善型线特征可以显著降低其流噪声。
[硕士论文] 王茜
测试计量技术及仪器 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:海洋蕴藏巨大的能源,被视为人类存在和繁荣的基础。海洋观测是了解海洋、认识海洋及经略海洋的前提,是海洋科学的技术支撑。伴随着海洋科学的发展,海洋浮标成为海洋观测系统中的重要组成部分。在锚定型浮标中,由于具有较长的传输线缆,采用传统的接触式供电具有安装、布放等多方面的弊端,容易产生安全隐患,为解决上述问题,水下非接触电能传输成为研究应用热点。
  感应耦合电能传输技术基于电磁感应原理,从而实现非接触电能传输。由于初级线圈和次级线圈之间没有物理接触,因此在一些特殊的供电领域具有优势,比如水下环境,可以实现锚定型浮标系统水下传感器的长期稳定可靠供电。
  在本文的浮标系统中,将系留缆作为传输路径,通过水上电磁耦合器和水下电磁耦合器的两级耦合实现电能传输,但是由于系统具有三个电能传输回路的特殊结构,存在传输功率和效率低下的问题。为了优化传输性能,本文以浮标感应耦合电能传输系统的谐振补偿为研究对象。
  首先对系统的核心部件电磁耦合器进行建模,根据模型得到相关参数的解析计算公式,为参数选择奠定理论依据;其次对系统的基本补偿以及LCL补偿特性进行对比,得出适合系统的补偿方式并总结补偿电路的设计内容;再次,根据模型选择参数并进行仿真,其中包括线圈自感、线圈损耗电阻随气隙变化的关系,传统SS补偿与S+LCL补偿输出功率的关系;最后设计实验平台并进行实验。
  经过实验验证,提出的LCL补偿型浮标感应耦合电能传输系统,在输入电压12V,电磁耦合器气隙0.2mm的条件下,输出功率达到18.637W,效率达到0.54,且能实现恒流输出,优化了系统的性能;此外,当水下次级的等效品质因数小于1时,水下次级采用LCL补偿结构输出功率更大。
[博士论文] 王朝阳
海洋测绘 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:连续、实时、高精度地获取水汽的时空分布及其变化特征,为准确掌握天气系统的演变提供保障。我国沿海地区南北纬跨度大,兼具海陆水汽特征,气候复杂多变,同样也是海洋灾害频繁发生的地区。因此,加强沿海地区水汽信息的监测方法和应用研究,有助于理解我国的气候变化,也是海洋防灾减灾的关键。本文借助中国沿海GNSS观测网数据和其他技术手段的数据资料研究了沿海地区GPS/GLONASS提取天顶对流层延迟的方法,针对GNSS基准站地面气象观测数据缺失的问题,提出了综合GNSS和数值天气模式资料反演天顶可降水汽含量的技术方法;在此基础上,研究了沿海地区可降水汽含量的时空变化特征和影响机理,提出并实现了联合水汽和地面气温的变化率对台风降水进行短临预报的方法。本文的主要研究内容和结论包括:
  (1)利用沿海GNSS观测网2014年1月的GPS/GLONASS数据和地面气象资料,研究了沿海地区天顶对流层延迟提取的方法。研究表明,10°截止高度角下,采用双差网解GPS/GLONASS组合系统估计的ZTD精度略优于双差网解GPS单系统和精密单点定位GPS/GLONASS组合系统,各方法提取结果不存在明显的系统偏差;卫星截止高度角设置对天顶对流层延迟精度有较大影响,30°截止高度角时,采用双差网解GPS单系统提取的ZTD精度最优,其精度较10°截止高度角明显降低。
  (2)针对我国沿海地区现有及历史上存在大量GNSS观测站无并址气象观测仪的问题,研究了分别利用ERA-Interim、NCEP FNL和JRA-55三种再分析资料和GPT2模型获取沿海地区任意GNSS测站位置的地面气压和气温方法。通过与均匀分布于沿海地区25个测站2014年的实测气象观测数据相比,ERA-Interim再分析资料内插的地面气象资料精度略优于其他三种资料内插结果;利用ERA-Inteirm再分析资料内插地面气象资料得到的GNSS PWV与由实测资料计算的结果间Bias和RMSE分别为0.03mm和0.31mm,与探空资料的长期结果存在0~1.2mm的系统差,相应的RMSE在1.8~3.2mm之间,满足水汽应用的精度要求。台风等中小尺度极端天气条件下,各内插地面气象资料均不能满足地基GNSS水汽信息反演的精度要求。
  (3)利用中国沿海GNSS观测网30个观测站2010~2016年共7年的GNSS PWV系统地分析了沿海地区水汽的时空变化特征和影响机理。研究表明,沿海地区水汽分布主要受纬度的影响,还与海陆分布和水汽输送有关。水汽具有明显的季节变化、月变化和日变化特征:受夏季季风影响,月平均PWV最大值所在的月份在不同地区存在差异;日变化随纬度位置、季节、地形和局地气候的变化而改变,地表蒸发和局地热力环流是造成日变化的主要原因。水汽时间序列具有显著的年周期、半年周期、日周期和半日周期:年周期振幅为16.5~22.1mm,从中纬度向高纬度和赤道地区逐渐减小;半年周期振幅为0.4~6.3mm,其大小与纬度不存在明显的相关性;日周期振幅为0.2~1.7mm,半日周期振幅为0.2~0.6mm。
  (4)利用GNSS反演的可降水汽含量分析了水汽变化与地面气象要素的关系。研究表明,水汽季节变化与大气温度具有较好的相关性,并且其与地面气温的相关性强弱取决于地面温度高低;逐时累积降水频次日变化特征要比逐时累积降水量显著,与夏季PWV日变化具有明显的先后关系;PWV日变化与气温和比湿变化以及地表风演变有关,与地面气压、海面温度变化相关性不明显。
  (5)利用2010-2014年台风过境期间沿海GNSS观测网的GNSS实测数据和逐时地面气象资料,分析了大气水汽和地面气象要素变化与台风降水间的关系,并提出了利用水汽和地面气温变化对台风降水进行短临预报的方法。研究表明,GNSS PWV和地面温度在台风降水发生前存在短期的变化,对暴雨短临预报具有很强的指示作用。利用天顶可降水汽含量在上升时段内的变化率和地面温度在下降期内的变化率对台风降水进行短临预报,该方法能够准确的预报出85%以上的较强降水事件,错误预报率较低,对台风降水预报具有一定指导意义。
[硕士论文] 朱明辉
控制理论与控制工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:本文通过对国内外温度、深度、盐度测量技术发展状况的研究,确立了本系统的测量技术指标,并提出了基于传感器链的立体式测量方法。通过将传感器链入水探测实现同一时间立体式测量,整个测量系统分为主板系统和副板系统,副板系统采集的数据传输至主板系统的SD卡进行存储。通过对温度、深度、盐度测量原理的研究确定本系统的测量方案,选择铂电阻温度传感器来测量温度,选择压力测深的方式来测量水深,选择利用实用盐标公式求出盐度,通过对测量方案误差源的分析来设计测量电路。采集的信息经过AD7793进行模数转换,然后通过STM32单片机存储在SD卡中,选择SD卡的SDIO模式来传输数据,并嵌入了FatFS文件操作系统,可以实现在电脑上对SD卡里的数据直接操作。数据传输本文选用了RS-232串口传输,定义了接收协议进行数据接收,并应用了循环队列,防止数据来不及存储而丢失。测量系统中还应用了时钟芯片,用来记录采集数据的时间。
  为了提高测量精度,本文应用了去极值平均滤波算法去除随机误差,并进行了非线性校准实验,利用最小二乘法拟合经验公式。通过最终的误差实验发现经过非线性校准后,可以明显的减小测量误差,提高测量的精度,并且达到了本文确立的测量指标要求。
[硕士论文] 赵信广
控制理论与控制工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:本文介绍了一套海洋潜标通信电子系统,该系统可以将潜标设备采集的水文数据和潜标状态、位置信息通过卫星通信及时的发送到地面岸站。系统主要由主控仓、通信浮标、电动机、潜标设备、上位机五部分组成,在工作过程中主控仓内的电子系统对其余部分的动作进行总体控制。通过查阅国内外浮、潜标相关资料,结合国内浮、潜标技术发展现状,使用水声通信、卫星通信等多种通信方式相结合的方法,实现了将海底潜标采集的水文数据发送到地面岸站的目的。本文主要介绍了海洋潜标通信电子系统的硬件电路设计和软件程序设计,包括主控仓各模块所需的外围电路,以及系统各个模块的程序控制流程,并最终完成了系统调试。
  本系统大大提高了潜标设备数据的实时性和可靠性,并且利用GPS发送通信浮标的位置信息,降低了后期潜标回收的难度。另外,通过上位机对卫星转发到目的邮箱的水文数据进行初步的处理,降低了后期工作人员的工作量。该系统解决了目前潜标设备在应用过程中存在的难题,因此具有广阔的应用前景。
[博士论文] 阮鲲
地理学;遥感技术与应用 南京师范大学 2018(学位年度)
摘要:水边线特指由遥感手段记录的不停涨落的海洋水体与陆地的瞬时交接线。作为海岸带测绘、自然灾害监测和动态变化趋势研究的一项重要基础工作,水边线可用于海水漫滩运动监测、潮间带地形(高程)推算、海岸线测量、岛屿(岛礁)检测和海岸泥沙冲淤分析,其分析技术和应用在海洋科学研究、生产活动和国防建设上都具有十分重要的意义。
  本文以光学遥感影像为数据源,基于活动轮廓模型的图像分割技术为研究基础,建立基于光谱特征和边缘特征的水边线提取模型,解决弱边界条件下水边线提取的难题;在基于光谱特征和边缘特征的水边线提取模型的基础上,建立带先验知识约束的水边线提取模型,解决复杂天气条件下,受云层部分遮挡情况下水边线提取的难题。利用水边线,解决厦门海域潮间带地形资料缺失的问题,建立厦门海域潮汐漫滩数值模式。
  本文主要研究工作和成果如下:
  (1)基于光谱特征和边缘特征的水边线提取模型。研究弱边界条件下水边线提取的难题。以测地线活动轮廓模型为主要研究对象,分析其应用于水边线提取时存在的不足,通过提取水边线的边缘特征和水体的光谱特征,建立联合光谱特征和边缘特征的水边线提取模型,该模型保留了测地线活动轮廓模型提取水边线达到亚像素精度的优点,并在提高水陆边界清晰条件下水边线提取的精度和效率的同时,有效解决活动轮廓线在弱边缘处出现泄漏的难题。
  (2)先验知识约束的水边线提取模型。研究复杂天气条件下,受云层部分遮挡情况下水边线提取的难题。提出采用历史水边线轮廓作为先验形状,采集目标多时相历史水边线作为训练样本,定义先验形状约束项,并引入到活动轮廓模型中,建立先验知识约束的水边线提取模型。该模型在轮廓线演化过程中,测量演化曲线与先验形状的相似程度,在先验形状约束项的作用下,基于光谱特征、边缘特征和先验形状,通过曲线演化提取云层部分遮挡情况下的水边线。
  (3)水边线在近岸海洋水文数值预报中应用。研究潮间带地形获取的问题。对潮滩的时空特性进行了分析,并讨论了潮滩地形的遥感测量方法,从不同的评价指标对各种方法进行了对比分析。分析结果表明,遥感水边线法是一种有效的潮滩地形测量方法。应用该方法,利用提取的多时相水边线,推算厦门海域潮间带地形,弥补海图资料上潮间带地形资料的空白,并使用这些潮间带地形资料和海图资料生成厦门海域高分辨率潮汐漫滩数值计算所需要的网格点资料,建立厦门海域潮汐漫滩数值模式,并进行预报检验。
[硕士论文] 郭远巍
电路与系统 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:水下潜器作为海洋探测的主要设备,在民用和军事方面得到了普遍的应用。惯性导航系统(INS)因其无源、自主的导航特性被广泛的应用到水下潜器中,但惯导系统的定位误差会跟着时间的增加而逐渐累积,在进行长时间导航时会产生较大的定位误差。基于重力场的导航不需要向外发射或接收电波信息,能够保证水下潜器的隐蔽性与安全性,因此可以利用重力场对惯导系统进行辅助导航,达到减小惯导误差的目的,从而提高导航精度。
  基于重力场的辅助导航主要有重力辅助导航和重力梯度辅助导航,基准图是重力场辅助导航的关键要素之一,利用测量仪器对重力和重力梯度数据进行实地测量是获取重力基准图和重力梯度基准图的重要方法,但会耗费大量的人力与物力,且一些地区无法进行实地测量。目前已经有全球局部地区的重力公开数据,但无公开的重力梯度数据。因此,基准图的制备方法主要有两种:一种是通过地球重力场球谐模型获取重力和重力梯度数据,另一种是通过地形高程正演法获取重力和重力梯度数据。
  本文首先通过地形高程正演法由地形异常体计算重力和重力梯度数据,通过重力基准图和重力梯度基准图数据,分析重力梯度图中含有的高频信息,以及重力图中含有的低频信息。为了充分利用重力和重力梯度的高低频特性,将重力和重力梯度数据融合进行辅助导航,在频域中分别利用高斯低通滤波器和高斯高通滤波器对重力数据进行低通滤波、对重力梯度数据进行高通滤波,将滤波后的数据进行相加融合,再对融合后的频谱图进行傅里叶反变换得到融合的时域图,仿真表明基于重力和重力梯度数据融合的辅助导航方法提高了导航的精度。
[硕士论文] 郭承秧
海洋科学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:食物网及其营养动力学是海洋生态学研究的重要内容,可以为海洋生态系统修复、改善海洋生态环境、保护海洋生物多样性和进一步合理开发利用海洋生物资源提供科学依据。近年来,稳定同位素技术已经成为研究海洋食物网及其营养关系的一种广泛利用的方法。本研究通过对海洋生物体样品的前处理方法的摸索,建立了一套适合本研究的生物样品的碳、氮稳定同位素分析的预处理方法,对长江口-东海海域和西太平洋的雅浦海沟的悬浮颗粒物、浮游生物、沉积物、底栖生物和鱼类等样品的碳、氮稳定同位素组成进行分析,并初步探讨了中国近海和开阔大洋中超深渊区域的生物群落的食物来源和营养级,主要获得以下结论:
  (1)同冷冻保存相比,乙醇保存不会引起生物样品δ13C和δ15N值的显著变化;冷冻干燥和低温烘干(50℃)对生物样品的δ13C值和δ15N值没有显著影响;三种不同的酸化方式(1mol/L盐酸浸泡、0.1mol/L盐酸浸泡、12mol/L浓盐酸酸熏)对生物样品的δ13C值没有显著影响;去脂处理对生物样品的肌肉组织的δ13C和δ15N值没有显著影响。
  (2)长江口-东海海域的悬浮颗粒有机物和表层沉积物的δ13C值基本介于陆源和海源之间,说明长江口-东海海域的有机碳来源为陆源有机质和海源有机质的混合。近岸及远岸的浮游动物的碳、氮稳定同位素比值差异明显,鱼类等消费者的δ13C和δ15N值与近岸的浮游动物的值较为接近,高于悬浮颗粒有机物的δ13C值,表明其主要的食物来源为近岸的浮游动物。以近岸的浮游动物的δ15N的平均值作为同位素基线值,鱼类等生物的营养级分布范围为3.2~4.3。
  (3)雅浦海沟真光层中的浮游植物和浮游动物δ13C值(-22.8±0.4‰和-21.8±0.8‰)和δ15N值(5.4±0.4‰和6.8±0.2‰)与巨型底栖生物的δ13C值(-20.1‰~-16.8‰)和δ15N值(11.9‰~17.9‰)的差异超过了一个营养级,表明作为底栖生物的初始食物来源的浮游植物和浮游动物在向下输送的过程中经历了食物链传递和细菌的降解。巨型底栖生物的δ15N和δ13C值之间无显著的相关性,此外不同物种之间营养级也存在明显差异,表现为海绵的营养级相对较高(3.4~4.7),海参(3.3~3.6)、海蛇尾(3.4~3.5)和海星(3.2~3.7)的营养级较为接近,钩虾(2.9~3.3)和海葵(3.1)的营养级则相对略低,反映了底栖生物不同物种之间食物来源的多样化。
[硕士论文] 赵翔
船舶与海洋工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:海洋资料观测浮标是科研人员获取海洋环境信息、水文信息、海洋气候信息,量取环境数据的常用观测装置,浮标内部往往需要搭载诸多测量系统和通讯系统。合理的浮标体外部结构设计可以帮助改善浮标工作性能,延长浮标使用寿命,提高数据测量精度。为保证浮标内部各系统能够正常稳定连续地运行,使用者往往会严格限制外部搭载体的运动姿态、受力状态以及运动范围,因此,通过优化浮标外形提高结构水动力稳性对保证浮标内部各个系统连续稳定运行有着重要的意义。
  为得到稳性优异的浮标结构,本文设计了一款小倾角浮标。文中借鉴了小水线面这一概念,并提出了使用浮力储备舱、辅助浮力储备舱提高浮标浮标稳性的设计新思路,最终设计了一款具有小水线面的高稳性小倾角浮标。为了确定结构中各个部分的尺寸,本文分别使用船舶理论计算方法以及AQWA流体仿真软件模拟方法,计算并对比了不同尺寸设计方案的浮标水动力性能之间的差异,挑选稳性最优者作为最终结构优化设计方案,同时对小倾角浮标在波浪中的受力状况进行详细研究。通过应力分析,对浮标结构强度进行计算校核,完善设计方案。
  为验证本文设计的具有小水线面的小倾角浮标结构是否具有良好的稳性,本文根据相似准则设计并进行样机实验,测量了特定波高下,浮标结构对于不同周期波浪的响应情况,以及不同波浪幅值条件下浮标的响应;同时,结合系统仿真结果,最终得出结论:在四级海况条件下,本文设计研究的小倾角浮标具有良好稳性,对同类型浮标设计具有指导意义和参考价值。
[硕士论文] 李江涛
机械电子工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:海底热液不仅蕴含着丰富的金属硫化物资源、也在向我们展示着极端自然环境下的生物群落,因此海底热液活动的相关研究迅速发展成为前沿热点。
  声音与温度是海底热液活动的两个重要特点:其一,海底热液活动主要受海底火山、地震潮汐等影响,因此我们可以通过监测海底低频率段噪声来研究热液活动的变化;其二,随着热液活动的变化,热液温度会随之有规律地变化。通过监测海底热液活动温度与声音的变化,可以在声音、温度异常时使用本课题组研制的热液保真采样器进行热液的采集,以便对热液活动的机理进一步研究。
  根据以上分析,本文主要从以下几个方面展开工作:
  声音时序监测系统的设计方法。首先,通过查阅相关文献,研究分析海底热液活动声音特性,明确系统声音采集频率范围。其次,对系统信号处理电路,包括滤波模块和放大模块,进行相关设计,确保系统信号被准确地传递至单片机。最后,明确系统噪声计算方法。
  声音时序监测系统的设计。首先,基于上节对系统的相关分析,结合系统设计要求,完成系统硬件电路的相关设计以及系统噪声的计算分析。其次,对系统软件部分进行设计,其中重点完成放大模块软件设计与数据异常判断算法。最后,对上位机通讯模块进行设计。
  温度时序监测系统的设计。首先,基于海底热液活动温度特征,明确系统的相关技术指标;其次,结合系统性能需求,利用模块化设计理念,完成系统的硬件电路的设计;最后,分别就系统下位机和上位机部分进行简单分析。
  试验研究。首先,对声音时序监测系统进行性能测试,并进行水池试验的设计。其次,对温度时序监测系统进行通道标定与系统标定两方面工作,并在此基础上完成水池试验与恒温浴槽试验。最后,对上述试验情况进行总结与分析。
[博士论文] 梅衍俊
环境科学与工程 中国科学技术大学 2018(学位年度)
摘要:气候环境变化一直是国际社会关注的焦点问题,随着现代气候研究的蓬勃发展,古气候古环境的研究也日益兴起。热带海洋环境变化在全球气候系统演变中占有重要地位,本研究利用新兴的气候环境研究载体砗磲,重建过去7000年以来南海地区海表温度(SST)变化,并得到南海砗磲壳体Hg和δ13C序列,以反映气候环境变化和人类活动带来的影响。本论文将从以下三个方面进行讨论:
  1.砗磲壳体成分及生物有机特征分析
  砗磲作为地质历史时期以来最大的海洋双壳类生物,因其碳酸盐壳体有明显的年纹层甚至日纹层,正逐渐成为一种重要的高分辨率古气候研究载体。由于文石类贝壳在长期地质历史作用下会发生方解石化,从而导致原来记录的气候环境信息发生改变,因而在利用砗磲壳体进行古气候研究之前需要判断其碳酸盐壳体是否发生方解石化。对采自中国南海的58个砗磲壳体进行X射线衍射(XRD)分析,并对一个现代砗磲和一个古代砗磲进行差热-热重测试和顶空富集加气相色谱/质谱联用分析。结果显示砗磲内壳没有发生方解石化,为文石相;主要无机成分为CaCO3,含量为96.5-97.2%,有机成分含量在2.8-3.5%,包括多种有机物,如十六烷及17种氨基酸。部分砗磲外壳发生了明显的方解石化。本研究提出了判别砗磲文石壳体是否方解石化的方法,并初步确定了砗磲壳体组分及含量,这是利用砗磲文石壳体研究气候环境变化的前提和依据。
  2.南海砗磲Sr/Ca比值方法对比及过去7000年以来SST变化
  对采自南海的5个砗磲(1个现代砗磲、4个化石砗磲)进行了两种高分辨率Sr/Ca比值分析。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)得到的Sr/Ca比值呈现出年周期变化,且与SST呈现负相关关系,这表明Sr/Ca可作为良好的SST替代性指标。ICP-OES是测试砗磲壳体Sr/Ca常用的方法,但大量的样品需要钻样及预处理,相当耗时。而同步辐射X射线荧光分析(SR-XRF)可以克服这些缺点,它只需要前期的样品制备,并允许固态样品原位无损快速分析,具有高空间分辨率(微米级)、高灵敏度和多元素分析的特点。在本研究中,探讨用SR-XRF方法测试砗磲样品化学元素的可行性,结果显示SR-XRF数据能够揭示元素含量及其比值变化。且SR-XRF测得的砗磲Sr/Ca与ICP-OES法测得的Sr/Ca通过相关统计分析发现其显著性水平P值(5个砗磲样品的P值均<0.05)非常显著,表明高分辨率SR-XRF测得的砗磲Sr/Ca比值在一定程度上代替ICP-OES法的可能性非常大。本研究还得到南海地区60个砗磲内壳Sr/Ca比值序列,定量重建了过去7000年该地区的SST变化,砗磲中记录了中晚全新世的几次冷事件,如5.5ka BP、4.2ka BP、2.8ka BP事件,同时还记录了中世纪暖期(MWP),结果表明MWP温度没有超过现代温度,与IPCC第四次报告认为的最近十年是过去1300年以来最温暖的十年、IPCC第五次报告认为最近30年是过去1400年以来最温暖的30年的结果相一致。
  3.过去7000年以来砗磲中Hg元素含量变化与气候变化、人类活动的关联人为活动导致的汞排放已经明显改变了全球汞循环,汞污染问题已成为国际关注的区域和全球环境问题。有关环境汞及其影响的研究也成为环境科学研究的热点之一。然而,我们仍然缺乏可靠的、长尺度的海洋Hg记录。本研究首次利用来自南海砗磲记录过去7000年以来Hg元素含量和δ13C的变化,反映其与气候变化、人类活动之间的关系。结果显示历史时期以来砗磲δ13C可能与大气CO2的浓度有密切的关系,人类活动导致的Suess效应能够在砗磲壳体δ13C中记录下来;砗磲壳体Hg含量变化与气候变化和人类活动有关。7000-4500a BP,Hg变化主要受控于自然因素,与气候变化相对应,冷期时大气Hg发生沉降,海洋中积聚了高浓度的Hg,导致砗磲中Hg含量偏高。4500-1000a BP是气候变化和人类活动共同作用下的时期,此时期气候频繁变化、社会动荡、文化更迭,导致砗磲中Hg含量表现出强烈的波动,说明人类活动对砗磲Hg记录的影响逐渐加重。1000a BP,由于人类活动排放加剧,大气CO2含量剧烈上升,导致砗磲Hg含量急剧上升而δ13C数值严重负偏,此时间段主要受控于人类活动影响。我们的结果表明砗磲Hg含量可受气候变化和人类活动的影响,反映了海水Hg的浓度变化,可以据此研究表层海水对大气汞沉降的反映。
[硕士论文] 姚茄
控制科学与工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:海洋的监测能对港口建设、航行安全、海洋灾害的预防和军事战略的发展起到了巨大的作用,而研究降雨对导航雷达测浪的影响可以估测降雨时利用雷达图像反演海浪参数的精度,为更好的实现海洋的监测提供了一个评价指标。本文内容是在教研室研究项目“舰载X波段导航雷达反演技术”的基础上进行的,利用大量实测导航雷达图像和雨量计数据,分析了不同降雨强度下利用X波段导航雷达图像反演的海浪参数的误差均值和误差标准差。
  首先通过大量试验数据分析了不同降雨强度下雷达图像特性参数的变化情况,结果表明随着降雨强度的不断增加雷达图像的零强度百分比逐渐减小,但回波强度均值不断增加;同时发现不同降雨强度下雷达图像遮挡区的零强度百分比和回波强度均值比整幅雷达图像的零强度百分比和回波强度均值变化更加明显,基于此本文提出一种利用雷达图像遮挡区K参数反演降雨强度的方法,K参数定义为雷达图像遮挡区零强度百分比与回波强度均值的比值;其次对雷达图像K参数与降雨强度之间的单调性进行了分析,利用实测雷达图像和雨量计数据对K参数与降雨强度的关系进行了曲线拟合;最后将其它雷达图像遮挡区K参数代入拟合曲线验证本文反演降雨强度方法的可行性,通过分析反演值和雨量计值之间的相关性证明了此方法具有一定的效果。
  针对降雨对导航雷达测浪影响的研究,首先从利用单幅雷达图像提取海浪信息的理论方面分析了降雨影响海浪测量的因素,结论表明降雨能够增加雷达图像的回波强度和降低导航雷达图像的信噪比;其次介绍了本文选取数据作为海浪反演参数对比真值的原则和方法;最后基于实测雷达图像和雨量计数据分别分析了小雨、中雨和大雨情况下利用X波段导航雷达反演海浪参数的误差,并计算了不同降雨强度下海浪参数如有效波高、波峰峰向、波峰周期的误差均值和误差标准差。
  针对基于雷达图像的海浪参数误差分析软件,本文首先对设计海浪参数误差分析软件的需求进行了分析,并将软件划分为雷达图像显示、雷达图像序列连放、雷达图像量程及色彩模式选择、降雨强度等级识别及相应时间反演的海浪参数误差四个模块;其次对各个模块的功能进行了详细分析,同时利用数据流图和流程图对各个模块间的数据流向和工作原理进行了介绍;最后对软件各模块的功能及性能进行了测试。
[硕士论文] 杨秋霞
船舶与海洋结构物设计制造 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:分析历年来海洋平台事故发生的原因,其中一个十分关键的因素就是海浪的砰击效应。为保证海洋平台能够安全、长期地完成海上作业,有必要对波浪砰击载荷的产生原因和作用机理进行系统地研究。文章以半潜式981平台为例,基于DNV规范,研究在北大西洋百年一遇海况下,波浪对海上结构物的砰击效应,研究对象分别为平板结构,圆柱结构,半潜式平台结构。基于砰击载荷,利用静力分析和瞬态动力学分析两种方法,对半潜式平台结构强度进行评估分析。本文主要内容如下:
  1.构造实尺度的流体域模型,基于DNV规范,确定了三阶斯托克斯波波浪理论。基于有限体积法,利用fluent软件建立相应的数值水池,利用明渠造波和边界速度造波两种方法,分别得到了稳定的波浪场,所得波形的数值解与理论解相吻合。
  2.分别构造二维平板结构和三维圆柱体结构的流体域模型,数值模拟在迎浪规则波作用下,平板和圆柱体在固定条件下,两者的波浪砰击响应。计算结果表明,波浪砰击载荷具有周期性和脉冲性的特征,同时,载荷周期与波浪周期保持一致。
  3.构造半潜式平台结构的流体域模型,利用动网格技术数值模拟平台的砰击响应,实现平台在垂荡和纵摇两个自由度上的运动。相比于固定条件下的三维平台结构,平台片体结构在垂荡、纵摇两自由度运动的情况下,波浪砰击压力特征曲线出现双峰,并且砰击压力值要小一些。
  4.考虑在砰击载荷的作用下,基于静力学分析和瞬态动力学分析两种方法,校核半潜式平台结构的局部强度。计算表明,瞬态动力分析下的平台立柱结构响应几乎是静力分析结果的三倍,因此,瞬时动力分析方法对结构薄弱环节的预见性更强。
[硕士论文] 郦炳杰
船舶与海洋工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:海洋具有丰富的资源,具有巨大的开发利用潜力。在深海黑暗、高压、低温寡营养的极端环境,仍然存在有生命,这些深海生物在极端环境里依靠氧化还原反应利用不同来源的地球化学能量,其独特的代谢途径、代谢产物和基因类型具有重要的科研价值。而较为常规的实验室模拟培养和深海取样研究都存在自身的局限性,难以满足部分的科研要求,因此研究者需要一套可以实现在深海原位环境进行人工诱导培养并记录该过程的实验装置。
  论文从实际应用需求出发,对现有培养装置进行总结和改进,提出了设计并研制一款可搭载独立工作系统的深海实验生态系统时间序列原位观测装置的需求。论文将对下列几部分进行详细介绍主要研究和工作内容:
  首先给出了深海实验生态系统时间序列原位观测装置研制的背景和意义,总结了实验室培养和深海取样研究的局限性。
  其次根据实际需求,给出了装置的功能要求,并进行了总体方案设计,将装置分为培养观测系统、注液反应系统和供电控制系统进行了详细的设计介绍,主要包括深海蠕动泵、反应舱、培养箱、闭门触发机构、控制电路和控制程序的相关设计,对关键零部件的强度进行了设计并校核,并给出了整体模型。
  对深海蠕动泵设计中遇到的高压动密封问题进行相应的有限元仿真分析和实验验证,得到了车氏密封在不同压力下的摩擦力矩大小,两者基本呈现线性关系,解决了深海蠕动泵电机扭矩参数选择问题。
  最后进行了深海蠕动泵的单圈排量值计算测试和寿命测试,对闭门机构的触发机构进行了实验验证和拉拔力测量,最后完成装置整体的接线工作,进行电路和功能调试,并搭载着陆器于南海进行了短期功能性测试,为长期布放提供了可行性验证。
[硕士论文] 郑佳
控制科学与工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着水下技术的发展,人们对水下视觉系统提出了更多的要求。潜艇利用潜望镜获取海面海况信息,但是传统的潜艇潜望镜存在两个缺点,第一,在观察水上目标时,必须上浮到海面下方附近的位置,旋转并伸出潜望镜去观察水面上或空中的场景,潜望镜由于露出水面,会产生雷达反射面,很容易暴露潜艇的自身位置。第二,当潜艇在上浮或靠岸的过程中,在没伸出潜望镜之前,通常无法感知到其正上方是否存在船只、障碍物等物体,就会造成潜艇及其潜望镜与其上方物体发生碰撞,引发事故。所以新型的水下对空成像系统,即虚拟潜望镜的研制对水下视觉系统的发展具有十分重大的意义。相对于传统的潜艇潜望镜,虚拟潜望镜所具有的隐蔽性和安全性弥补了传统潜望镜的缺陷。
  但是由于海面上波浪的存在,摄像机在水下向水面上拍摄时,采集到的图像是不清晰且畸变的,本文针对水下视觉成像中的海水衰减特性现象,首先研究水的光学特性,建立了光线在水中传播的理论模型,分析水的光学特性对水下成像质量影响的规律,并构建针对水下数字光学图像的分辨率增强模型,提升水下透水对空图像质量。然后采取相应手段重构海面上的整个半球面图像,在实现水下对空成像畸变图像矫正之前,进行了波面估计。波面估计为典型的逆散射问题,主要是研究沿着Snell圆锥边界进行波面散射元素推算,获取满足线性化波面动态方程的波面高度估计,同时拟合整个图像序列的光路矢量,基于逆向光线追踪来重构海浪波面。
  本文对以上所提出的图像矫正方法的各个步骤进行了仿真与实验。并设计了一款基于波前传感器的实验样机,该装置可对波面信息和水上目标图像进行同步观测,并根据穿过小孔的光线的位置偏移对波面进行重建,从而矫正采集到的畸变图像。最终仿真与实验结果的一致性证明了所提出的矫正方法的有效性,也突显了新型的波前折射成像传感器在水下对空成像系统中应用的优越性能。
[硕士论文] 李灿
力学 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:海洋浮标是一种用于海洋环境参数监测的主要仪器设备。现有浮标的常规供电方式为太阳能光伏供电,但太阳能供电受到昼夜的限制,而且随着浮标的大型化和功能多样化,太阳能供电已不能满足浮标功率的需求。而海洋波浪能分布广泛、能量密度高、不受昼夜限制,是一种能够满足浮标能量需求的可再生能源。因此,本文开展基于海洋浮标的波浪能转换技术研究,以实现利用波浪能为浮标供能为目标,对于解决浮标在海上长期、持续、独立运行的问题具有重要的理论意义和工程应用价值。
  本文在分析现有浮标运动特性的基础上,提出一种基于浮标本体在内部搭载波浪能转换装置的思路,并开展详细研究。首先,利用基于线性频域边界元理论的AQWA软件,得到水动力学系数,并计算运动响应。然后,基于相似理论,并结合哈尔滨工程大学拖曳水池相关参数,确定模型缩尺比,并设计波能转换装置的试验模型,以此开展波浪能装置的设计和试验研究。波浪能转换装置主要由质量系统、阻尼系统和弹簧系统组成。另外,针对试验海况条件,研制了运动模拟试验台架,模拟浮标在海浪中不同幅值和不同周期的运动。
  针对波浪能转换装置模型进行试验方案设计和台架试验研究。根据阻尼测试结果,优化了机械结构,提高了系统的整体机械效率。利用频域理论,垂荡运动模拟试验设计了不同机械参数(质量系统质量、弹簧系统弹性系数、阻尼系统阻尼)组合,以及运动模拟平台的运动参数(周期和幅值)。基于线性阻尼假设,推导出了系统阻尼的求解方法,用以分析不同工况下的阻尼系统的阻尼特性。
  通过试验验证了波浪能转换装置机械结构的特性和能量转换性能,计算得到了机械系统的平均效率。通过试验和理论结果的对比分析,机械系统内部除质量系统外的其他活动部件的惯性会导致理论和试验结果出现较大误差,因此需要对理论模型中的惯性力项进行质量修正。通过分析运动和功率试验结果,阻尼系统具有一定的非线性,当选取共振频率处的阻尼作为理论分析特征阻尼时,理论和试验结果吻合较好。通过对比不同机械参数组合下的运动和功率曲线,分析了机械参数对运动和功率响应的影响。
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