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海洋表层及次表层气泡测量及分析

作 者: 曹瑞雪
导 师: 张杰
学 校: 中国科学院研究生院(海洋研究所)
专 业: 物理海洋学
关键词: 气泡CCD测量系统 气泡粒径边缘检测方法 气泡粒径分布 气泡体积通量、热通量和水汽通量的计算模型
分类号: P731.2
类 型: 博士论文
年 份: 2006年
下 载: 216次
引 用: 3次
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内容摘要


波浪破碎过程中气泡云的产生,能够显著增强海-气界面湍流过程和气体交换速率,对于海洋上混合层动力学、生物和化学过程,以及上层海洋-低层大气生物地球化学与物理过程耦合研究具有极其重要的作用。目前对气泡谱分布的观测主要限于在实验室内完成,外海现场观测的工作相对较少。本文利用自行研制的高分辨率CCD成像系统,在实验室和外海对气泡分布进行了初步观测,对气泡在海气交换中的作用进行了分析。论文主要分为三部分:1光机系统设计;2现场测量技术;3在海-气界面通量交换中的作用。分别简述如下:1本文设计了一套高分辨率CCD水下气泡拍摄光学系统,主要由CCD光学成像单元、背景光源和视频采集三部分组成;2用次高分辨率CCD成像系统,在实验室和外海对气泡分布进行了初步的观测,揭示了气泡的产生和消亡过程;3利用边缘检测算法对气泡边缘信息进行提取,以此对图像中的气泡粒径大小和个数自动进行统计,并利用统计结果计算气泡的平均体积通量、气体交换通量以及能量交换。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
引言  9-13
第一章 海-气界面交换的理论模型和现场观测  13-31
  第一节 海-气通量的观测历史  15-17
  第二节 海-气通量的理论模型  17-21
  第三节 海-气通量的现场观测  21-25
  本章小结  25-26
  参考文献  26-31
第二章 海-气界面中气泡的作用与测量  31-49
  第一节 气泡的产生与作用  31-32
  第二节 气泡的声学测量  32-37
  第三节 气泡的光学测量  37-42
  本章小结  42
  参考文献  42-49
第三章 系统设计和实验  49-73
  第一节 总体设计方案  52-64
    3.1.1 光学指标设计  53-60
    3.1.2 视频采集、存储和控制  60-62
    3.1.3 机械加工设计  62-64
    3.1.4 搭载平台设计  64
  第二节 实验设计  64-70
    3.2.1 实验室实验设计  64-67
    3.2.2 渤海3 号石油平台海域试验  67-69
    3.2.3 青岛近海浮标试验  69-70
  本章小结  70-71
  参考文献  71-73
第四章 气泡图像处理  73-99
  第一节 气泡图像的预处理  73-76
  第二节 边缘检测方法  76-89
  第三节 粒径统计方法  89-96
  本章小结  96
  参考文献  96-99
第五章 气泡通量计算  99-115
  第一节 气泡的研究进展  99-108
    5.1.1 单气泡的研究  99-104
    5.1.2 气泡云的研究  104-108
  第二节 通量计算模型  108-111
  本章小结  111-112
  参考文献  112-115
第六章 结语  115-118
致谢  118-119
个人简历、在学期间的研究成果及发表学术论文  119

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋基础科学 > 海洋水文学 > 海洋动力学
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