基于激光雷达的海洋属性测量系统来测量水下气泡场

量化水下气泡是建立表征海洋演化的海洋学模型的关键。

据麦姆斯咨询报道，来自美国海军研究实验室（Naval Research Laboratory，简称：NRL）所属部门，海洋及大气科学管理理事会（Ocean and Atmospheric Science and Technology Directorate）的研究人员，与第一科学发展中队（VXS）的UV-18双水獭飞机在美国阿拉斯加荷马进行了机载激光雷达（LiDAR）海洋研究。

美国海军研究实验室科学发展中队的UV-18双水獭飞机
（图片来源：美国海军研究实验室）

该团队的目标是利用基于激光雷达的海洋属性测量系统来测量水下气泡场。美国海军研究实验室表示，对气泡场的进一步认知对包括辐射、洋面特性、海表特征等多项应用将带来帮助。

“我们正在表征气泡场的特性，以帮助海军更好地预测海洋环境。”美国海军研究实验室的海洋学家及项目首席研究员Damien Josset博士说，他在“双水獭”飞机上进行了实验。

白浪和水下气泡

因为气泡是大气和海洋交换热量、动量以及气体等的主要方式，所以量化海洋白浪和水下气泡，对海军建立表征海洋环境长期演变的海洋学模型非常重要。

目前，用于海洋研究的遥感技术主要依赖于被动式观测不同波长的波，包括可见光、红外和微波等，以估算海水表面的离水辐射度和表面特性，例如海洋表面温度、盐度和风力等。

Josset 说：“激光雷达与目前的技术完全不同，因为可见光能很好地穿透水体，并且它具有提供海洋垂直剖面特性的特殊能力。”

美国海军研究实验室的激光雷达系统由一个安装在防风雨外壳中的独立器件组成，该外壳安装在双水獭的研究舱内，激光指向水下。该系统需要较强的海面风以产生气泡和波浪，但同时需要良好的飞行天气。

Josset说：“一般情况下很难表征气泡的垂直特性，尤其是进行全球性表征，这使得激光雷达成为测量气泡结构和特性的理想工具。”

该团队部署了两台水下回声测深仪，并使用新型机载激光雷达系统在同一区域飞行。该系统由美国海军研究实验室内部基础研究基金建立，也是Josset的海军研究办公室（Office of Naval Research，简称：ONR）立方体卫星（CubeSat）项目和安全与环境执法局（Bureau of Safety and Environmental Enforcement，简称：BSEE）石油项目的技术演示者。

Josset说：“我们的目标是测试一种小型激光雷达，它可以提供海洋物理特性和石油厚度的高分辨率测量结果，以防石油泄露。通过提高激光雷达表征气泡表面的能力，可以改进海洋建模和声学模拟，因为信号传播会受到粗糙且多气泡的海洋表面的显着影响。”

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