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廖然、马辉团队在海洋颗粒物分类探测原位样机研究方面取得新进展
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分类:  创建于:2023-11-27 被查看:1013次
近日,清华大学深圳国际研究生院廖然、马辉团队研制的原位样机成功获取海水中颗粒物种类和浓度比例等成分信息,在大亚湾多次投放结果证实了该样机的原位探测能力。

海洋颗粒物包括浮游植物、泥沙、微塑料等,是海水中物质的主要形式,参与海洋物理、化学、生物生态、沉积等过程。原位探测海水中颗粒物成分,可以为赤潮预警、环境监测等应用提供关键数据。由于成分复杂、时空变化大,海洋颗粒物分类探测一直是业内面临的一个挑战。

廖然、马辉团队根据偏振光对颗粒物结构、形态、折射率等性质敏感的优势,研制了基于偏振光散射原理的分类探测样机,实现了单个颗粒物偏振光散射数据的测量;样机探测颗粒物尺寸最小可至0.5微米,探测速度可达每秒1000个;样机结合数据库和机器学习技术,发展了将颗粒物分类为微藻、泥沙、微塑料等典型类别的算法。样机具有自主测量、在线计算和分类的能力。


图1.样机在大亚湾投放的地点(a)以及投放前(b)


图2.样机在不同月份获得的颗粒物成分数据

经过样机在大亚湾水域的多次投放结果显示(如图1、2所示),颗粒物成分的变化与以往观测数据相吻合,并且原位样机给出的颗粒物成分数据与同时投放的水质多参数仪、声学多普勒仪提供的水文/水质参数具有相关性,比如被分类为“微藻”的颗粒物数量(单位时间内),与叶绿素含量的相关系数可达0.8以上;而“泥沙”的数量变化与声学后向散射强度的相关系数可至约0.9。团队经讨论分析后认为这种相关关系具有内在必然性,为后续研究提供了思路。

目前,该团队已经发展了可用于实验室、船上现场测量水样的仪器,以及可用于浅海、深海的原位仪器。各型仪器已在多家合作单位使用,包括涉海业务单位、科研院所和普通高校等。其中原位仪器已在我国渤海、黄海、东海、南海以及西太平洋等海域成功投放。本次报道的是可用于1000米以浅的原位样机。

相关成果以“基于偏振光散射原位样机的海洋悬浮颗粒物分类探测”(Classification of suspended particles in seawater using an in situ polarized light scattering prototype)为题,发表在国际湖沼与海洋科学协会(ASLO)旗下学术期刊《湖沼与海洋:方法》(Limnology and Oceanography: Methods)。

清华大学深圳国际研究生院海洋技术与工程专业2019级硕士邓寒波、2020级硕士王宏剑为论文共同第一作者,廖然副教授为论文通讯作者。李强副研究员同为作者并为数据分析提供了支持。研究得到国家重点研发计划项目,国家基金委重大仪器项目和面上项目、广东省重点研发项目以及深圳市深港联合项目的支持,同时得到深圳市海洋智能传感和计算重点实验室的支持。

论文链接:

https://onlinelibrary.wiley.com/share/author/JMAXVWHX9IC995R6YDZ8?target=10.1002/lom3.10580
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