基于电磁感应原理的极地海冰厚度探测研究

极地海冰是全球气候系统中最活跃的重要的影响因素之一，对气候变化十分敏感，而海冰厚度是研究海冰变化及其反馈作用的关键要素，目前对海冰厚度还依然缺乏有效的观测手段。本项研究针对海冰和海水电学特性的差异，利用电磁感应测深原理实现海冰厚度的高效观测。通过野外现场观测实验和理论分析，建立完善的正演数值模型，进行海冰厚度电磁感应探测的多参数联合正反演研究；在开展机载电磁感应系统与船载电磁感应系统联合观测研究基础上，揭示电磁感应观测海冰厚度的系统特性，同时在不同观测模式下解析观测精度及影响因素；应用电磁感应观测成果，对观测区域内的海冰厚度分布特征进行解析，进而研究海冰冻结、融化与变形等相互作用过程的历史信息。

本项研究以电磁感应原理为基础，针对海冰厚度开展探测方法研究。首先基于海冰内部电性结构复杂多变的特点，我们在二层理想正演模型的基础上建立了具有实际指导意义的多层正演计算模型。该正演模型应用时，首先根据现场实际冰情确定初始层数，计算多层海冰模型的综合视电导率，然后通过计算拟合误差、修改参数等步骤进行校正，最终给出理论计算关系曲线和冰层总厚度值。深入研究电磁感应海冰厚度观测原理，对不同模式下的观测方法进行研究。通过现场观测数据与理论公式相结合进行正反演计算研究,为了确切说明电磁感应的探测结果受到海冰电导率的影响，我们利用正演模型计算了变化的海冰电导率在仪器不同高度下在电磁感应观测系统观测结果中的响应。为了将各传感器融合在一起实现集成式观测，开展了电磁感应海冰厚度监测系统的设计，实现对各传感器的数据采集进行统一操控，并将记录数据进行即时保存。通过参加中国北极科学考察，获取了航线上的走航观测数据，对现场考察的海冰厚度数据的处理分析表明，电磁感应观测方法具备提供揭示海冰厚度分布及变化信息的能力，能够解析空间上厚度的变化特征。以第四次北极科学考察为例，观测结果中通过厚度统计波峰数量的变化侧面反映出了海冰消融特点及速度。