清華新聞網(wǎng)11月23日電 近日，清華大學(xué)深圳國際研究生院廖然、馬輝團(tuán)隊研制的原位樣機(jī)成功獲取海水中顆粒物種類和濃度比例等成分信息，在大亞灣多次投放結(jié)果證實了該樣機(jī)的原位探測能力。
海洋顆粒物包括浮游植物、泥沙、微塑料等，是海水中物質(zhì)的主要形式，參與海洋物理、化學(xué)、生物生態(tài)、沉積等過程。原位探測海水中顆粒物成分，可以為赤潮預(yù)警、環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。由于成分復(fù)雜、時空變化大，海洋顆粒物分類探測一直是業(yè)內(nèi)面臨的一個挑戰(zhàn)。
廖然、馬輝團(tuán)隊根據(jù)偏振光對顆粒物結(jié)構(gòu)、形態(tài)、折射率等性質(zhì)敏感的優(yōu)勢，研制了基于偏振光散射原理的分類探測樣機(jī)，實現(xiàn)了單個顆粒物偏振光散射數(shù)據(jù)的測量；樣機(jī)探測顆粒物尺寸最小可至0.5微米，探測速度可達(dá)每秒1000個；樣機(jī)結(jié)合數(shù)據(jù)庫和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，發(fā)展了將顆粒物分類為微藻、泥沙、微塑料等典型類別的算法。樣機(jī)具有自主測量、在線計算和分類的能力。
圖1.樣機(jī)在大亞灣投放的地點（a）以及投放前（b）
圖2.樣機(jī)在不同月份獲得的顆粒物成分?jǐn)?shù)據(jù)
經(jīng)過樣機(jī)在大亞灣水域的多次投放結(jié)果顯示（如圖1、2所示），顆粒物成分的變化與以往觀測數(shù)據(jù)相吻合，并且原位樣機(jī)給出的顆粒物成分?jǐn)?shù)據(jù)與同時投放的水質(zhì)多參數(shù)儀、聲學(xué)多普勒儀提供的水文/水質(zhì)參數(shù)具有相關(guān)性，比如被分類為“微藻”的顆粒物數(shù)量（單位時間內(nèi)），與葉綠素含量的相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.8以上；而“泥沙”的數(shù)量變化與聲學(xué)后向散射強度的相關(guān)系數(shù)可至約0.9。團(tuán)隊經(jīng)討論分析后認(rèn)為這種相關(guān)關(guān)系具有內(nèi)在必然性，為后續(xù)研究提供了思路。
目前，該團(tuán)隊已經(jīng)發(fā)展了可用于實驗室、船上現(xiàn)場測量水樣的儀器，以及可用于淺海、深海的原位儀器。各型儀器已在多家合作單位使用，包括涉海業(yè)務(wù)單位、科研院所和普通高校等。其中原位儀器已在我國渤海、黃海、東海、南海以及西太平洋等海域成功投放。本次報道的是可用于1000米以淺的原位樣機(jī)。
相關(guān)成果以“基于偏振光散射原位樣機(jī)的海洋懸浮顆粒物分類探測”（Classification of suspended particles in seawater using an in situ polarized light scattering prototype）為題，發(fā)表在國際湖沼與海洋科學(xué)協(xié)會（ASLO）旗下學(xué)術(shù)期刊《湖沼與海洋：方法》（Limnology and Oceanography: Methods）。
清華大學(xué)深圳國際研究生院海洋技術(shù)與工程專業(yè)2019級碩士鄧寒波、2020級碩士王宏劍為論文共同第一作者，廖然副教授為論文通訊作者。李強副研究員同為作者并為數(shù)據(jù)分析提供了支持。研究得到國家重點研發(fā)計劃項目，國家基金委重大儀器項目和面上項目、廣東省重點研發(fā)項目以及深圳市深港聯(lián)合項目的支持，同時得到深圳市海洋智能傳感和計算重點實驗室的支持。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/share/author/JMAXVWHX9IC995R6YDZ8?target=10.1002/lom3.10580
供稿：深圳國際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
