简述了冻土的含义,对引入近红外光谱技术对冻土中的未冻水含量进行测量的方法作了介绍,并与传统测定方法进行了对比试验,结果表明近红外光谱技术可以准确的测量出冻土中的未冻水含量,冻土中的未冻水含量在-10℃时与初始含水量关系不大,都趋于同一数值。

受全球气候变化影响,国内东北高纬度冻土地区多年冻土退化显著,冻土融化过程中水分相态变化对土体的力学指标产生严重影响,导致多条高速公路路域滑坡、路基不均匀沉陷等地质灾害频发。为了研究岛状冻土区域分布规律,以北安至黑河高速公路K153-K183路域为研究区,分别选择覆盖范围2009年3、5、9月3景Landsat 7 ETM+影像数据,运用辐射传输方程法对研究区进行红外地表温度反演,得到研究区对应日期时刻地表温度图,分析了地温与NDVI、DEM的相关性。对反演的结果采用自然间断点分级法进行图层分类,通过对研究区地表温变分析和人工解译,获得对应时刻区域内的低温区分布图,对低温区进行相交运算,得到研究区2009年冻土分布图,经与北安至黑河高速公路冻土勘察结果比对,具有较好的一致性。

在全球气候变暖影响下,冻土带中保存的天然气水合物被逐渐分解释放进入大气,改变了冻土带上空的大气甲烷(CH4)浓度。以地面甲烷遥感探测实验为基础,发现甲烷气体在380～2 500 nm电磁波谱范围内存在2个明显的吸收谱段(1 700 nm和2 300 nm附近),从机理上解释了对大气甲烷的遥感检测能力,肯定了遥感探测天然气水合物的可行性。选择扫描成像吸收光谱大气制图仪(scanning imaging absorption spectrometer for atmospheric chartography,SCIAMACHY)传感器反演的祁连山冻土带大气甲烷数据,分析了2003—2006年间冻土带大气甲烷的时空变化规律。结果表明:冻土带大气甲烷含量不仅随季节呈现单峰-单谷型的变化规律,而且总体上还随时间推移有明显的递增趋势,可初步认为是冻土带天然气水合物分解释放引起的。以2006年2月冻土带大气甲烷浓度异常图为依据,结合地理和地质资料,对祁连山冻土带天然气水合物的资源潜力进行了评价,认为木里煤田的江仓和热水矿区应该是潜在的天然气水合物赋存区。

采用显微激光拉曼光谱技术在77K和常压下对祁连山木里煤田聚乎更矿区钻获的冻土区天然气水合物进行了测试,得到中国冻土区天然气水合物典型的激光拉曼谱图,从微观角度证实DK3孔的133.30m、139.52～139.92m和141.00m 3段不同埋深的岩心中均有天然气水合物存在。对冻土区水合物的拉曼谱图进行详细研究,结合文献资料,初步判定3段不同埋深的水合物结构均为sⅡ型,并参照不同客体气体分子的特征振动信号对谱线的归属进行分析,得出了水合物中大致所含的气体组分。

植被覆盖度(盖度)是水文、生态、气象等研究中的一个重要因子,目前目估是野外获取盖度的传统方法。本研究利用多光谱相机拍摄的相片,分析每一个像元的归一化指数,区分植被和土壤,以获取盖度,并与目估法进行对比,评估两种方法的优缺点。结果表明,目估盖度具有较大的主观性,而多人平均值具有一定的参考性;利用多光谱相片能够快捷准确地获取盖度;归一化植被指数取0.4作为阈值较理想;利用阈值的方法区分植被和土壤需要像元所代表的空间尺度不能超过0.2 cm。分析疏勒河上游地区盖度和多年冻土分布的关系发现,多年冻土区盖度显著高于季节冻土区和过渡区(P<0.01)。

采用显微激光拉曼光谱对我国在南海神狐海域及祁连山冻土区首次钻获的天然气水合物实物样品进行了详细的研究,探讨了其笼型结构特征及其气体组成.结果表明,南海神狐海域天然气水合物样品是典型的I型结构(sI)水合物,气体组分主要是甲烷,占99%以上;水合物大笼的甲烷占有率大于99%,小笼为86%,水合指数为5.99.祁连山冻土区天然气水合物气体组分相对复杂,主要成分除甲烷外(70%左右),还有相当数量的乙烷、丙烷及丁烷等烃类气体,从拉曼谱图上可初步判断其为II型结构(sII)水合物;水合物的小、大笼的甲烷占有率的比值(θS/θL)为26.38,远远大于南海神弧海域水合物的0.87,这主要是由于祁连山水合物气体组分中的大分子(乙烷、丙烷及丁烷等)优先占据水合物的大笼,大大减少了大笼中甲烷分子的数量.

阐述了激光诱导等离子体光谱技术的物理机制,分析了气压影响激光诱导等离子体光谱探测的机制和规律,建立了低气压环境下进行激光诱导等离子体光谱探测的试验装置,开展了不同等级低气压环境下的试验研究,通过试验数据具体量化了气压对激光诱导等离子体光谱探测的影响,进而论证了激光诱导等离子体光谱技术应用于月球探测的可行性.