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电科学研究院和大连中睿科技发展有限公司最早合作开发了 ＩＧＰＲ － １０双频雷达技术，在黑龙江、黄
河、万家寨水库等多地开展了冰水情连续测量 ［１２］ 。基于文献［１２］的思想，雷达探测冰厚技术进一步
拓展，形成以 ＩＧＰＲ － １０技术为基础的定点式、飞航式和固定式雷达探测冰厚的方法，并在黄河进行了
应用 ［１３ － １５］ ，其中刘辉还发现雷达探测立封冰厚度的精度下降 ［１４］ 。２０２１年郭新蕾等回顾了中国冰水力
学的研究进展 ［１６］ ，总结雷达和其它技术在冰水情测量中的应用，还汇总各种技术的应用条件及影响因
素，指出未来尚需重点开发的相关技术。
天然冰内常含有气泡或固体杂质，如果要提高雷达测厚精度，就得考虑它们对雷达波速的影响。
首先，冰内未冻水使雷达波速减慢 ［１０］ ；其次黄河冰内存在不均匀分布泥沙 ［１７ － １８］ ，也导致雷达波速加
快，文献［ １８］报道的黄河冰介电常数介于 ２．５～４．５正是未冻水以及泥沙含量的综合体现。２０１９—２０２０
年冬季，什四份子固定式雷达探测了完整河冰生消过程的冰厚变化，该冬季 ３次实测冰厚能够说明雷
达探测冰厚的可行性 ［１５］ ，但不能支持分析冰物理对探测精度的影响。为此，２０２０—２０２１年冬季，在
固定式雷达下方的平封冰钻孔实测冰厚 １３次，取冰样 １次，测试了取样时冰温度和取样后的冰晶体、
密度剖面。利用上述实测数据分析了黄河平封冰和冻结立封冰内雷达波速的变化规律，寻求雷达波速
或介电常数受冰内未冻水含量控制，未冻水含量受冰温控制，冰温受气温、辐射和冰厚联合控制的物
理逻辑证据；之后建立了气温和冰厚进行雷达波速校正的参数化方案，改善了雷达探测冰厚的精度。
本文针对上述研究，给出理论机理和统计分析结果，并讨论了未来如何发展含有冰下冰花、冰塞冰坝
内堆积破碎冰块的冰情的参数化方案，以期成为高精度雷达探测黄河不同类型冰冰厚的理论依据。

２ 固定式雷达装置和冬季气温、冰厚特征

在黄河什四份子弯道处安装一简易铁塔，塔上固定一根长 ２５．００ｍ横杆，在其自由端固定一台

ＩＧＰＲ － ３０雷达 ［１５］ 。雷达的中心频率 ４００ＭＨｚ；采样频率 １４．６２ＧＨｚ，收发天线距离 ０．１４ｍ，能探测最
大冰厚 ５．００ｍ，雷达距冰面高度约 ５．５０ｍ，见图 １。２０２０年 １２月 １１日至 ２０２１年 ２月 ２６日，每小时
记录 １次雷达探测冰厚数据，分辨率为 ０．００１ｍ，每小时拍摄一次河面冰情。期间在雷达下方钻孔实
测冰厚 １３次，取样时实测冰温剖面 １次，取样后观测晶体结构、密度剖面各 １次。同时收集了附近头
道拐水文站气象数据。记录的水文站气温和雷达探测冰厚过程线见图 ２。
根据观测记录，２０２０年 １１月 ２４日起，在什四份子弯道凹岸出现零星流凌，雷达不能捕抓低密集
度流凌。到 ２０２０年 １２月 １１日，弯道处流凌块尺寸变大，尽管未封河，但雷达能够探测到流凌块厚
度。这间接说明雷达测厚的有效数据既与流凌块密集度有关，也与流凌块尺寸有关。到 ２０２０年 １２月
１４日 １４∶００，什四份子清沟内不再出现流凌，弯道全面封河。根据冰热力学理论，冰层开始符合热力

图 １ 什四份子弯道形状和固定式雷达探测冰厚示意图

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