[实用新型]用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种应用于极地冰盖/冰架的厚度及厚度变化的探测系统，尤其涉及一种用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置。

背景技术

在极地科学研究领域中，冰盖与冰架一直是全球变化研究的热点。冰盖与冰架系统作为全球变化的关键地区，构成地球系统的一个重要冷源，是全球气候系统的驱动器，对气候变化有强烈的响应与反馈作用。冰盖与冰架底部融化是南极质量收支的一个重要组成部分，研究认为超过20%的冰量会从冰盖流走。由底部融化产生的融化水与不稳定状态对全球水团的演变同样具有重要作用。

然而，许多单独的针对底部融化的估算存在很大的不确定性，其累积误差可达约50%。由于很多用于估算底部融化的方法并不具有严格的可比性，所以减小其不确定性具有非常大的难度。通常冰川科学观测研究都是假设冰下的海水无论是热量还是盐度在观测时既不增加也不损失，也只能得到冰体沿线的净热量损失或者增加的淡水。常规的冰川学探测技术也需要空间平均并假设冰盖与冰架质量在一定时期内不发生变化。钻孔测量可直接提供单点上的底部融化率，通过已有钻孔观测结果揭示的融化率在时间上的变化表明上面讨论的假设是无效的。然而开展钻孔直接测量的难度与费用均是不可估量的，因此钻孔技术不可能在广泛的空间范围内应用，这也说明了采用钻孔探测次数少原因。

同时，极地冰盖与冰架的厚度巨大且内部结构复杂，也给探测研究带来了很大的不确定性。目前主要的技术手段是采用无线电回波探测测量底部冰床与大陆架或海水交界处反射回波的行程时间和能量，然后根据所用频率的无线电波在冰体中的传播速度，推算出冰体的厚度。其测量精确度通常都是在5米以上，这样的精度无法监测到短时间内因消融造成的冰体厚度的微量变化。而且冰盖与冰架厚度在短期内的变化量通常在1米以内，甚至达到几厘米，这样的精度是现有技术无法达到的。

因此，迫切需要引入一种新的测量系统，对冰盖与冰架厚度及其变化量进行精确监控。

实用新型内容

针对上述需求，本实用新型提出了一种适用于极地低温条件的能够在广阔的空间范围内快速探测冰盖与冰架厚度的测量系统，其能提供底部融化率的精确估算，具有较高的空间与时间分辨率。

具体地，本实用新型提出了一种用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置，适用于极地冰盖或冰架的厚度及其变化的探测，包括：

矢量网络分析仪，内置有信号发生器和接收机；

发射天线，与所述信号发生器相连接，其中所述信号发生器经由所述发射天线向冰体内发射电磁波信号；

接收天线，与所述接收机相连接，其中所述接收机经由所述接收天线接收来自所述冰体内的界面的反射波信号，其中，所述矢量网络分析仪通过时频变换获取所述冰体的绝对厚度或者根据在不同时间点采集的反射波信号的相位变化获取所述冰体的厚度变化量。

较佳地，在上述的用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置中，还包括：保温工作箱，内设有监测并调整所述保温工作箱内的环境温度的温度控制单元、由所述温度控制单元信号控制其开闭的风扇窗口以及与所述温度控制单元信号连接的温度传感器，其中所述矢量网络分析仪设置于所述保温工作箱内。

较佳地，在上述的用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置中，所述根据在不同时间点采集的反射波信号的相位变化获取所述冰体的厚度变化量进一步包括：根据从所述冰体的底部反射的电磁波的脉冲的相位历程来确定所述冰体的厚度在所述用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置所位于的固定点处的厚度变化量。

较佳地，在上述的用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置中，所述根据在不同时间点采集的反射波信号的相位变化获取所述冰体的厚度变化量的步骤可以进一步包括：在根据从所述冰体的底部反射的电磁波的脉冲的相位历程来确定所述冰体的厚度在所述用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置所位于的固定点处的厚度变化量之前，通过对所述不同时间点采集的时域波形进行相关性比对，找出冰体内的稳定界面作为对于这些时间点下进行的测量共同的冰体上参考界面，并记录该冰体上参考界面的时域位置。

较佳地，在上述的用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置中，还包括：功率放大器，同所述发射天线或所述接收天线相连接，所述功率放大器具有多档放大倍数。

较佳地，在上述的用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置中，所述功率放大器的设定范围为25至30dB。

较佳地，在上述的用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置中，所述用于冰盖或冰架厚度变化测量的装置的冰体厚度的测量精度为毫米级，且冰体厚度的探测深度范围在50-1500米之间。