海气热通量的实验室红外观测方法研究

摘要

本文主要围绕海气热通量实验室红外观测方法开展研究工作，并对研究过程中存在的问题和现象进行了分析研究。其中主要的研究内容为:首先是利用红外热像仪对海气热通量的观测技术研究;其次是对试验中遇到的红外非均匀噪声问题提出了解决方法;第三是利用红外热像仪对风动水面流场进行分析反演。
　　 当前对于海气热通量的计算主要采用的是块体法、涡动相关法和轮廓法等，这些方法主要用于大尺度的海气热通量观测。其中块体法是一种参数化的模型，具有计算简单，所需数据便于收集的优点，是全球气候观测中应用最广泛的一种方法，但是热传导系数对于块体法的影响很大，目前对于热传导系数的确定方法学术界有着比较大的分歧。涡动相关法是一种相对准确的热通量计算方法，但是其计算量很大，并且所需数据太多，不便于实验的展开。本文采用了一种新的计算模型，利用一台高精度的红外热像仪就可以观测海气热通量，具有便于实验展开和精度高的特点。在本文中通过实验验证了该方法具有可行性。
　　 实验观测采用的是第三代红外热像仪，其主要特点是采用非制冷焦平面技术，具有体积小、响应快、灵敏度高和成本低的优点，广泛应用于各个领域。但是非制冷焦平面热像仪由于成像机制的原因会不可避免地产生非均匀性噪声，这些噪声还会随着时间的推移不断增加，会严重影响红外热像仪的使用寿命，也会对观测效果造成比较大的影响。如何消除这些条带噪声已经成为当前研究的热点，本文结合实验室现有的条件，提出了一种简单实用的非均匀校正方法。
　　 随着数字成像技术的发展光流法得到了越来越多的重视，目前光流技术已经比较成熟，主要应用于图像识别和物体追踪。本文将这一技术运用到了对风动水面的流场测量，其原理是对红外图像序列中的微团进行跟踪匹配，进而推测表面流的分布。在实际应用中对于L-K光流算法中存在的鲁棒性较差的问题，通过采用金字塔分布光流优化了实验结果。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究思路及章节安排

第二章 红外观测的原理

2．1 红外波谱

2．2 黑体辐射

2．3 红外辐射的基本规律

第三章 海气热通量实验室红外观测图像噪声处理

3．1 非均匀性噪声校正方法研究

3．2 滤波方法研究

3．3 小结

第四章 海气热通量实验室红外观测时序图像处理

4．1 光流约束方程

4．2 块匹配方法

4．3 L-K光流法

4．4 金字塔分布光流法

4．5 实验数据处理及分析

4．6 小结

第五章 基于实验室红外观测的海气热通量计算

5．1 观测海气热通量的常规方法

5．1．1 块体法

5．1．2 涡动相关法

5．1．3 梯度法

5．1．4 耗散法

5．2 利用红外图像序列计算海气热通量的方法

5．2．1 表面更新模型

5．2．2 皮层温度变化计算

5．2．3 表面概率密度法计算净热通量

5．2．4 平方根法计算净热通量

5．3 实验数据处理及分析

5．4 小结

第六章 结论与展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

声明