用氣溫和冰厚修正黃河冰內雷達波速的物理機理和參數化

李志軍，李春江，楊 宇，張寶森，鄧 宇，李國玉

(1.大連理工大學 海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧 大連 116023；2.沈陽工程學院 基礎教學部，遼寧 沈陽 110136；3.黃河水利委員會 黃河水利科學研究院，河南 鄭州 450003；4.水利部堤防安全與病害防治工程技術研究中心，河南 鄭州 450003；5.中國科學院西北生態環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

1 研究背景

雷達作為無損探測技術被廣泛用于探測土內含水量[1]、土密度[2]；也能測試河道、水塘的水深[3]。它還被應用到冰川冰、海冰、凍土的探測中，如雷達探測到玉龍雪山冰川內部空洞，冰川下地形等。冰川冰內的未凍水可引起冰內雷達波傳播速度(簡稱雷達波速)的降低，當未凍水含量在0～5%之間，雷達波速則處于0.168～0.138 m/ns之間[4]；在探測南極海冰厚度時，應用氣溫對海冰熱力學生長的作用，可解釋不同探測日期冰厚的差異[5]；在多年凍土探測中，對不同凍土層采用不同雷達波束，發現活動層內含水量高達70%[6]。采用雷達技術探測湖河冰厚度起始于1970—1980年代[7]，雖然該技術引進中國較晚，但其發展迅速。2008年12月，Li等用RIS-K2雷達在大慶紅旗泡水庫探測冰厚[8]，并利用實測冰晶體、氣泡含量和冰密度分析了冰物理性質對探測精度的影響。2014年1月，張紅彪等用ITSV-01手持雷達在黃河頭道拐水文站測量225處冰厚，獲得鉆孔實測冰厚和雷達探測冰厚的相關關系[9]。同年，張寶森等利用RIS-K2雷達探測黃河頭道拐垂直河道和平行河道斷面的冰厚，獲得進入解凍期后雷達波速隨日期增長而逐漸減小的變化規律[10]，體現出雷達波速隨未凍水含量增加而減小的事實，但未能定量化?！?br>