机载海洋激光雷达监测赤潮研究

摘要

激光雷达探测技术的不断提高，使之成为研究人类周围环境的主要方法之一。 机载海洋激光雷达是利用机载的激光发射和接收设备，通过发射大功率、窄脉冲激光，探测水下环境的一种先进遥感技术。 文中提出了一种基于机载的激光雷达，应用于预报海洋赤潮及其监测，通过检测海水激光后向散射回波信号，获取海洋赤潮在消长过程中相关变化参数，实现对赤潮的预测和监测。该方法可以克服传统的基于船载仪器及卫星遥感监测方法存在的各种缺陷，具有机动灵活、快速实时、覆盖范围广、经济等特点，为多参量预报赤潮及对其消长过程进行评估奠定理论基础。 文中通过研究激光在水下传输理论，及光与水体、各种悬浮体和赤潮体等物质相互作用，建立激光弹性散射光信号与赤潮体密度的关系模型，并研究了由赤潮体引发的散射光信号检测方法。同时，研究激光在赤潮水体中产生的非弹性光散射特性，建立非弹性光散射与赤潮水体温度和盐度的关系模型，并给出表征赤潮水体温度和盐度特性的非弹性散射光信号检测的方法。在此基础上，建立通过赤潮粒子密度、水域温度和盐度三个参数进行赤潮短期预报和监测的理论模型，并构建了监测系统，采用光电检测手段和有效的信号处理方法，分析和研究光与水下各种物质的相互作用所呈现出来的特有物理现象，实现对海水水体的温度、盐度和赤潮体密度这三个参数的获取。通过检测这三个相关要素，实时、准确地预测赤潮的消长情况，为实现对海洋赤潮的预报和监测的实际应用奠定基础。 最后，文中结合以往发生赤潮的相关数据对建立的模型加以验证，在理论上证明了赤潮预测及监测模型的有效性和可行性。