基于实验的海面溢油微波散射特性研究

摘要

随着能源需求的不断增加以及陆地石油资源的过度开发,原油的开采逐渐转向海洋。与此同时,使用大型远洋游轮进行远洋运输成为原油以及各种工业油类的主要转运手段。然而,当海上钻进平台或者远洋油轮发生重大事故时,溢油泄漏将会对海面生态以及自然环境造成毁灭性的危害。
　　对溢油灾害的治理工作首先需要确定溢油量与溢油规模等重要参数。对海面溢油的检测手段有很多,主要分为光学检测与微波遥感检测。微波遥感方法由于不受限于天气因素,包括云、雾的干扰,并且能够全天候工作,得到了广泛应用。
　　由于海面毛细波-微重力波对微波散射起主要贡献。当油膜覆盖于海面时,由于油类的表面张力作用,会衰减海面毛细波-微重力波,减少微波散射,形成雷达图像中的阴影区。这就是微波遥感检测溢油的理论基础。
　　本文采用双尺度模型对粗糙海面进行散射特性建模,分别使用几何光学模型与小扰动模型模拟大尺度海浪的镜面反射和小尺度海浪的布拉格散射。采用海浪谱模拟大尺度海浪在不同风速风向的粗糙特性,采用毛细波谱模拟小尺度毛细波在不同风速风向以及有无油膜覆盖的粗糙特性,并将两种不同尺度海浪的粗糙特性参数带入双尺度模型中,获取油膜覆盖海面的整体散射特性。
　　最后,本文设计了一系列室内模拟海面溢油散射实验与室外海港真实海面溢油散射实验。在室内实验中,使用不同波段不同极化电磁波对风浪水槽中的溢油样品进行了不同厚度不同风速与风向的散射测量。在海港溢油散射实验中,采用不同波段不同极化电磁波对海水在不同风速情况下的散射系数进行了测量,并在海面上铺设柴油样品,模拟真实海面情况下的溢油。室内外实验获取了大量的实测数据,将其与模型模拟结果进行比对,验证了模型的适用性,为今后的理论研究提供了坚实的数据支持。

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第一章 引言

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 主要研究内容

1.4 论文结构

第二章 微波散射测量原理

2.1 测量设备

2.2 雷达散射系数

2.3 散射系数的测量条件

2.4 室内实验系统

2.5 室外实验系统

2.6 本章小结

第三章 海水及溢油散射机理与模型

3.1 海水及溢油散射机理

3.2 粗糙海面基本性质

3.3 海面大尺度粗糙面海浪谱

3.4 海面小尺度溢油毛细波谱

3.5 粗糙海面电磁散射模型

3.6溢油海面粗糙度参数模拟

3.7 双尺度海面溢油散射模型

3.8 本章小节

第四章 海水及溢油散射特性测量与结果分析

4.1 室内溢油散射测量实验

4.2 海水散射特性分析

4.3 溢油散射特性分析

4.4 室内溢油散射测量结果与模拟结果对比

4.5 室内溢油测量散射特性分析

4.6 海面溢油测量实验

4.7 本章小节

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果