北极海面风场对海冰区域性和整体性变化的影响

北极海冰的快速减退是近年来全球变化最重要的现象,对全球气候产生显著影响。海表面风场是影响海冰变化的核心因素,但风场对各个海域海冰变化的贡献有很大差异,需要深入了解海表面风场对各个边缘海的贡献才能理解北极海冰变化的原因。本文采用SVD方法,分析海冰面积显著变化时的矢量风场与海冰密集度变化的关系,探讨风场对各个海域海冰的总体影响及对整个北极海冰变化的贡献。结果表明,各海区海冰密集度的变化都与海面风场有联系,但相关程度有明显差异,表明在有些海域风场起支配性作用,而在另一些海域其他因素的作用也很显著。对海冰产生影响的风场类型主要有三类:纬向风、经向风和气旋式风场。在波弗特海-拉普捷夫海这4个海域中,仅有1种类型的风场(纬向风或经向风)对海冰产生显著影响,同一海域海冰密集度呈现位相一致的变化。而在其他海域,有2种类型的风场(纬向风与气旋式风场,经向风与气旋式风场)影响海冰变化,同一海域的海冰密集度会呈现位相相反的变化。北极海冰的变化是一个整体,各个边缘海的海冰既有各自的变化特点,又有很好的整体协同变化特点。而2004年以来,加拿大海盆反气旋式风场与欧亚海盆弱的气旋式风场的整体结构呈现逐渐加强的趋势,有利于北极海冰的进一步减退。     

曹妃甸邻近海域的海冰状况与特征

曹妃甸邻近海域是渤海湾冰情严重海域之一.根据该海域的地理环境和大量的海冰卫星遥感、海冰航空监测、海冰船舶调查、岸站和海上平台等有关海冰监测资料及相邻海域的有关海冰监测资料,给出了该海域海冰的冰期、冰型和海冰时空分布变化等特征.另外,还给出了该海域一般年份和特殊年份的冰情状况.     

基于卫星数据的北极海冰变化分析

海冰是极地气候系统重要组成部分。基于1982—2004年的卫星反照率、海冰密集度数据,选取了7个北极海域(分别位于格陵兰海、巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海及以北海域、楚科奇海及以北海域和波弗特海及以北海域)进行了研究。对比分析发现,两数据区域平均序列相关性比较高,最低相关系数为0.51,最高相关系数为0.94。格陵兰海海域和巴伦支海海域夏季海表反照率、海冰密集度较低,多为无冰海面;喀拉海域、拉普捷夫海域、东西伯利亚海及以北海域6月份海表反照率、海冰密集度较高,7、8月份海冰加速融化,海冰密集度下降明显;楚科奇海及以北海域、波弗特海及以北海域夏季海表反照率、海冰密集度较高。7个海域海表反照率、海冰密集度均呈现下降趋势,西部的楚科奇海及以北海域、波弗特海及以北海域下降速度最快,巴伦支海海域下降速度最慢。海表反照率和海冰总量的减少,对气候演变有着重要影响。     

1979-2012年北极海冰运动学特征初步分析

利用美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的海冰速度和范围数据,本文分析了1979—2012年间北极海冰的运动学特征,以及北极海冰运动与分布范围演变之间的关系。结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的2007和2012年高分辨率的气压场、风场数据,探讨了北极风场和气压场与海冰运动、辐散辐合和海冰面积的关系。结果表明,在1979-2012年间北极海冰平均运动速度呈显著增强的趋势,冬季海冰平均运动速度增加趋势明显强于夏季;北极、波弗特-楚科奇海域和弗拉姆海峡的冬、夏季海冰平均运动速度的增加率分别为2.1%/a和1.7%/a、2.0%/a和1.6%/a以及4.9%/a和2.2%/a。1979-2012年北极海冰平均运动速度和范围的相关性为-0.77,二者存在显著的负相关关系。北极冬季和夏季风场的长期变化趋势与海冰平均运动速度的变化趋势一致,冬季和夏季的相关系数分别为0.50和0.48。风场和气压场对海冰的运动、辐散及重新分布发挥着重要作用。2007年夏季,第234~273天波弗特海域一直被高压系统控制,波弗特涡旋加强,使得波弗特海域海冰聚集在北极中央区;顺时针的风场促使海冰向格陵兰岛和加拿大北极群岛以北聚合。2012年,白令海峡和楚科奇海域处于低压和高压系统的交界处,盛行偏北风,海冰从北极东部往西部输运,加拿大海盆的多年海冰因离岸运动而辐散,向楚科奇海域的海冰输运增加,受太平洋入流暖水影响,移入此区域的海冰加速融化,从而加剧海冰的减少。     

基于海洋油气平台上雷达连续监测的海冰漂移特性分析

辽东湾每年冬季都会冻结大量海冰,并对海上油气平台和船舶运输带来很大的安全影响。为此,对油气作业海域海冰进行精确、连续的现场监测是非常必要,也有助于揭示海冰的漂移特性。采用辽东湾JZ20-2油气海洋平台上的航海雷达监测系统对该海域的海冰漂移特性进行了全冰期的连续监测,并通过海冰雷达监测的数字图像处理系统对海冰的漂移速度和流向进行分析,获得了该海域全冰期的海冰漂移数据。在此基础上确定了该海域冰速符合瑞利分布、冰向符合双峰高斯分布,以及两者的联合概率分布特性。以上研究为分析辽东湾油气作业区海冰的漂移特性提供了可靠的现场监测资料。     

南堡油田海域的冰情对工程作业的影响

通过对2005-2011年冬季南堡油田海域海冰监测资料进行统计、分析,给出了该海域海冰时空分布特征,在分析了海冰对海上工程作业的影响以及海冰防灾减灾所面临形势的基础上,结合油田实际提出了防冰减灾工作的具体建议.     

辽东湾JZ20—2海域海冰参数的概率分布

基于辽东湾JZ2 0 2海域 1996 2 0 0 0年 4个冬季的海冰定点观测资料和海冰数值模拟结果 ,对该海域的平整冰厚、冰速、冰向和压缩强度等海冰参数进行了概率分析 ,确定了各自的分布参数 ,并对冰速和冰向进行了联合概率分析。结果表明 :冰厚和冰速分别服从对数正态分布和瑞利分布 ,海冰压缩强度服从正态分布。计算结果可用于JZ2 0 2海域海洋结构可靠性设计和疲劳累积损伤分析的海冰参数 ,也可作为其邻近海域的参考资料     

2004～2005年冬季南堡-曹妃甸海域海冰监测报告

南堡-曹妃甸海域是渤海湾冰情严重海域之一。本文根据海上平台、陆地测点、航空监测、船舶调查及卫星遥感等有关海冰监测资料及相邻海域有关海冰监测资料,给出了该海域本年度冰期、冰型、冰厚、结冰范围、浮冰最大外缘线及海冰时空分布变化等状况,综合分析得出,本年度该海域的冰情状况接近于正常年份。     

基于岸基雷达数据的鲅鱼圈海域冰情基本特征

以2010~2015年的岸基雷达海冰监测数据为基础,简要分析了鲅鱼圈海域的冰期、冰型和冰厚等冰情基本特征。近年来的海冰监测数据表明,鲅鱼圈海域的冰期明显偏短,冰期内不同阶段的冰型变化较明显,鲅鱼圈海域部分时段海冰分布比例变化较大,这主要归因于该区域的海冰运动。针对目前岸基雷达海冰监测的技术发展现状,提出了岸基雷达海冰监测技术研发的主要问题是雷达像元回波值不稳定与海冰实测样本量匮乏。     

海洋生态文明视角下的海冰防灾减灾能力建设探析

海冰灾害是我国渤海及黄海北部海域的主要海洋灾害之一,加强海冰防灾减灾能力建设对于保障和促进我国海洋生态文明建设具有十分重要的意义。文章分析我国海冰防灾减灾能力建设与海洋生态文明建设之间的互利关系以及海冰防灾减灾能力建设现状;在此基础上,基于海洋生态文明的视角,以总体要求和基本原则为指导,从基础资料获取、预警报服务、灾害风险评估和区划、灾害损失评估以及灾害应急预案5个方面,提出加强我国海冰防灾减灾能力建设的思考和建议。     

海冰作用力在渤海海洋工程设计中的意义

过去在渤海近岸海域设计和建造海工建筑物时,由于没有充分考虑海冰作用力,曾遭受很大经济损失。本文简单介绍渤海的一般和严重冰情,并提出海冰对海工建筑物作用力的计算公式;通过几个海工建筑物设计实例指出,海冰作用力是渤海近岸海域海工建筑物设计的控制荷载之一。文中最后还给出渤海近岸海域海冰的设计厚度和极限抗压强度的建议取值。     

WAVEWATCH Ⅲ不同海冰源项的海浪模拟效果对比

为了验证第三代海浪模式WAVEWATCH Ⅲ V5.16中不同海冰损耗源项在秋季波弗特海对海冰存在下海浪的模拟能力，建立自波弗特海至马更些河河口的两级嵌套海浪模型，对2014年8月1日至9月31日该海域北极风暴作用下的暴风浪有效波高进行模拟研究，并利用浮标实测数据对模拟结果进行对比分析。结果表明，在应用于大范围海域、缺乏海冰有效剪切模量、黏性系数等属性参数的前提下，离海冰较近、海浪能量受海冰控制作用较为明显的区域，各海冰源项中IC1源项表现最好，能够表现出更加符合波弗特海海域特定的冰情、冰况的能量耗散特征。     

基于Nimbus-7和DMSP卫星资料的北极海冰变化特征分析

利用1979—2012年Nimbus-7和DMSP海冰密集度资料对北极海冰进行研究。EOF分析结果表明整个北极海域海冰密集度变化具有非常强的季节变化特征,海冰最多的月份在1—4月、最少的在7—10月,其中鄂霍次克海和日本海、白令海等海域夏季无冰。北极海冰变化的总体趋势是减少,喀拉海和巴伦支海的减少速度最快,只有白令海海冰密集度呈增加趋势。北极区域海冰面积异常变化的主要周期一般在1 a左右,喀拉海和巴伦支海的主周期较长,为18.5 a。     

河北省海冰灾害风险评估和区划研究

开展海冰灾害风险评估和区划,有助于指导结冰海区沿岸各级政府制定和优化海冰防灾减灾决策,以最大限度地减轻海冰灾害造成的损失。本研究选取冰厚、密集度及冰期和各类承灾体密度、规模等作为评估指标,将河北省沿海县级行政区所辖海域作为基本评估单元,利用权重分析等方法,对河北省的海冰灾害风险进行综合评估。在此基础上,结合海冰防灾减灾的实际需求对河北省的海冰灾害风险进行空间区域的等级划分,并绘制风险等级分布图。所得结果较为真实地揭示了海冰灾害风险在河北省所辖海域的分布状况,可为河北省的海冰灾害风险管理等提供依据。     

滨州市海域海冰的时空分布和冰级特征

文章根据2005—2017年滨州市海域冬季各类海冰监测数据资料,对冰日、冰期、冰型、冰厚、浮冰密集度和结冰范围等冰情要素进行分析,总结海冰的时空分布和冰级特征,为进一步开展相关海域的海冰灾害研究和防灾减灾工作提供必要的参考。研究表明,滨州市海域的总冰期一般为60~80d,其中严重冰期约为25d,河口和浅滩等近岸海域冰情较重;冰型、冰厚和结冰范围等在不同冰期和冰级具有不同特点,对海上设施和海上活动造成不同程度的影响。     

渤海海冰数值模式中计算参数的确定

在渤海海冰数值模拟和预报中,针对该海域的气象和水文特点,对模式中的计算参数进行了确定是必要的。本文通过对辽东湾ＪＺ２０－２海域的气象、水文和海冰要素的定点观测,对同太阳辐射、海洋热通量以及拖曳系数等参数进行了计算,对其特点以及对海冰生消和运移的影响进行了分析和讨论。这对提高渤海海冰数值模拟和预报的精度有很大促进,也是建立和发展局地工程海冰数值模式的重要内容。     

辽东湾锥体平台结构疲劳冰荷载的蒙特卡洛模拟

利用辽东湾JZ20-2海域的海冰现场监测和数值推算资料,确定了海冰的厚度、速度和弯曲强度等海冰参数的概率分布特征;通过构造锥体结构动冰力函数,对该海域锥体平台结构的疲劳冰荷载进行了蒙特卡洛模拟.统计结果表明冰力幅值和冰力周期均符合对数正态分布.为更加合理地确定锥体平台结构的疲劳冰荷载,对冰力幅值和周期进行了联合概率分析.研究成果可用于辽东湾JZ20-2海域锥体平台结构的可靠性设计和疲劳寿命评估。     

乌拉尔阻塞与巴伦支-喀拉海海冰的季节特征及其相关关系

本文采用经验正交函数分析、线性回归、相关性分析等方法对1982—2017年乌拉尔阻塞(UB)与巴伦支-喀拉海(BKS)海冰季节特征及其相关关系进行分析发现,UB活动频率与BKS海冰密集度均有较强的季节性周期变化,且不同季节BKS海冰与UB相关性不同。进一步对秋季UB与冬季BKS海冰的相关关系分析发现:秋季UB频率在BKS及其周边区域增多的年份里,秋季到冬季结冰期内,局地BKS海域500hPa位势高度持续增加、低层大气温度持续升高;同时,秋季BKS海域海表面温度异常增暖持续至冬季。上述海洋、大气条件不利于结冰期BKS海冰的冻结,因此这些年份里冬季BKS海冰密集度减少。此外,秋季BKS海冰减少也伴随着冬季UB高纬度频率增加。     

渤海导管架平台的冰激振动响应分析

为研究渤海海域海冰撞击导管架海洋平台的冰振响应,基于锥体冰力函数,本文建立了渤海海域的冰力作用模型。采用ANSYS有限元软件对导管架平台与海冰的相互作用进行数值模拟,开展了海冰作用下抗冰平台的静力分析及平台动力响应分析。通过与静力分析结果对比,验证了动冰力对结构响应的动力放大效应。在此基础上通过改变冰厚、冰速等海冰参数,研究了不同冰力作用周期下导管架平台的冰振响应。研究表明,海冰厚度及海冰流动速度是影响平台动力响应的主要因素,为导管架平台结构的动力优化设计提供了研究基础。     

海冰对海浪影响研究综述

受全球气候变化的影响,极区海浪尤其是北极海浪在过去几十年发生了显著的变化,使得海冰边缘区海冰与海浪的相互作用愈发显著。本文从物理海洋学的角度出发,较系统地总结了海冰对海浪作用研究的国内外现状,从理论和实测的角度分别探讨了海冰对海浪能量的耗散及其引起的波动频散关系的变化,同时分析了当前海冰覆盖海域海浪的数值模拟与现场观测研究,指出了未来开展有冰海域海浪数值模拟与预报所面临的主要问题,并对该方向今后的研究做出展望。总体来看,尽管海冰对海浪作用的机理复杂且与海冰类型高度相关,但是海冰对海浪能量的衰减与传播距离基本呈指数关系,并且海冰会一定程度上影响海浪的传播速度。未来依然需要更多不同海冰类型下海浪的观测数据以开展进一步的机理分析、模型检验和参数校准,进而实现高精度的业务化预报。