现场粒径分析仪与ADCP同步测量-海洋科学.PDF

维普资讯 第35卷 第5期 海 洋 与 湖 沼 V01．35．No．5 2004年 9月 OCEANOLOGIA ETLIMNOLOGIA SINICA Sep．，2004 现场粒径分析仪与ADCP同步测量 悬浮沉积物浓度的粒径修正方法半 兰志刚 龚德俊 于新生 李思忍 徐永平 (中国科学院海洋研究所 青岛 266071) 提要 利用后散射强度(ABS)估计悬浮沉积物浓度原理，根据Rayleigh散射理论，给出了利 用现场粒径分析仪与声学多普勒流速剖面仪(ADCP)同步测量悬浮沉积物浓度的粒径修正方 法，并推导出了一种新的、用于对ABS进行粒径修正的等效粒径计算公式(9)。利用这一公式 并结合LISST．100所测的粒径分布信息，可以对ADCP所测的ABS进行粒径修正，其修正方法 见式(10)。结合利物浦湾和Anglesey周边海域的现场采样、测量及其分析结果，对上述粒径修 正方法进行了验证。分析结果表明，采用上述公式进行粒径修正后，ADCP测量悬浮沉积物浓 度的精度有较大程度的提高，线性拟合的相关系数从0．65 ．71提高到0．78__o．88。 关键词 ADCP，悬浮沉积物，粒径修正，后散射强度 中图分类号 fy736．2l 利用水声后散射强度反演悬浮沉积物浓度 力外，ADCP可以连续同时测量整个水体垂直断 (SSC)的测量技术，以其对流场的无创性以及很 面的流速及回波强度，这不仅提高了测量的时空 好的时空解析度，吸引了越来越多研究人员的关 解析度，而且使得利用单一设备获取多个悬浮沉 注(吴加学等，2003；Lynch，1985)。这一尝试起始 积物动力学特性，并继而推算出悬浮沉积物输运 于80年代 中期 (Hessetal，1985；Lynch，1985)； 量成为可能。然而，由于单频回声测量不能区分 Libicki等(1989)比较详细地描述了利用ABS反 散射体浓度的变化和粒径的变化，因此要获得准 演SSC的理论方法；Thorne等(1991，1992)对不同 确的悬浮沉积物浓度测量结果，需要利用所测得 悬浮沉积物的后散射特性进行了大量的研究，并 的粒径分布信息，对 ABS进行修正。Hay等 利用散射理论给出了声学测量悬浮沉积物浓度的 (1992)利用多频声信号对悬沙的浓度和粒径测量 反演公式。近年来，利用作为成熟测流产品ADCP 进行了开创性的研究，给出了利用多频ABS进行 进行SSC测量，逐渐成为SSC声学测量研究中的 悬沙粒径修正的方法。但是由于如下因素的限 一 个热点(Jonesetal，1994)；Deines(1999)对利用 制，这一测量方法实现起来难度很大：其一，测量 ADCP测得的回波强度来反演SSC，从理论上做了 引人的粒径估计偏差较大；其二，不同频率信号比 较详细地描述和推导。国内于9O年代末期，也对 的选择与悬沙的初始粒径估计有关；其三，测量设 这一领域进行了研究和探索，汪亚平等(1999)利 备需要专门研制。由于市场上现有的多普勒测流 用ADCP对海洋中悬沙浓度进行走航式测量，取 设备给出的均为单频信号，因此使用单频ADCP 得了相当好的测量结果；程鹏等(2001)对利用 并结合其他现场粒径分析设备进行悬浮沉积物的 ADCP测量悬沙浓度的现场标定方法进行了研 研究，在现阶段将是很好的选择。作者进行本研 究。 究的目的在于： 除了测量的无创性以及相对较强的抗附着能 1)描述利用回声强度(ABS)估计悬浮沉积 中国科学院重大科技合作项 目，；中国科学院海洋研究所知识创新领域前沿项 目，； 中国科学院留学基金项 目，2002--2003。兰志刚，高级工程师，E-mail：moon@ms．qdio．ac．cn 收稿 日期：2003-02-05，收修改稿 日期：20