基于雷达海冰图像互相关的冰漂流场测量

我国的渤海和黄海北部在每年冬季都出现不同程度的冰情,它直接影响结冰海区的石油平台、船舶以及港口等设施的正常作业,对海冰的观测与预报随着上述海区的开发利用越发显得重要,利用航海雷达连续准确地跟踪海冰漂移运动轨迹,是当今观测、调查、研究冰漂流移动规律的有效方法之一,我国的科研人员利用雷达成像技术对渤海的冰情进行了长期的雷达海冰观测、研究,在由雷达海冰图像对海冰的物理特征的识别、分类以及冰漂流场测量方面取得了一些进展[1-4]。     

雷达监测海冰,海浪参数系统的研究

我国渤海是世界上典型的海湾结冰区。在冰区中航行的船只和石油平台以及港口工程等都受到冰的危害。本文将介绍我国应用岸基雷达监测海冰参数系统技术方面的进展,着重介绍岸基雷达测冰系统和这些系统的使用特点及测量结果。     

渤海冰情航空遥感技术研究

本文着重介绍了国家“七五”重点科技攻关专题“海冰航空遥感技术研究”的主要成果。经过五年的高空和地面试验、研究及应用,初步形成了包括航空遥感海冰监测系统、测冰航线设计、海冰地面定标分析、航空遥感测冰航线设计、海冰地面定标分析、航空遥感测冰资料地面处理在内的航空遥感测体技术系统并得到应用。该系统具有监测和分析海冰类型、流冰密集度、冰块大小、流冰范围、海冰厚度、冰脊分布和海冰温度等参数的能力。在可见光、红外和微波波段测一年冰的应用技术研究方面,取得较大进展,达到了80年代国际先进水平。     

雷达观测海冰分类的研究

本文在国内首次应用陆基雷达对辽东湾海冰进行分类研究,认为冰表面粗糙度、冰厚以及海况是影响海冰散射的主要因素.研究结果以海冰雷达散射系数为依据,对海冰分类准确率达80%以上,并首次建立了海冰特征数据库.     

实验室模拟海水结冰装置与试验

研究海冰的声学探测技术需要实际海冰和低温环境。介绍了设计制造模拟海水结冰的试验装置的方法。采用人工制冷技术在实验室环境下实现了封闭容器里海水表面冻结一定厚度的海冰。试验结果表明，将容器中接近冰点的海水持续冻结32h后，海冰的厚度达到20cm。对容器里的海冰进行了声波信号探测冰水界面的试验，为测冰声呐技术研究和测冰试验创造了有利条件。     

基于油气平台的海冰雷达监测图像处理及冰速测量

对海冰的运动规律进行精确、连续和长周期的实时监测有助于海冰热力学和动力学的研究,也可保障冰区生产活动的安全进行。针对辽东湾海冰的运动特点和工程需求,在JZ20-2油气平台上建立了海冰雷达监测系统。采用数字图像处理技术对海冰雷达监测图像进行了分析和软件开发,可对海冰密集度、速度和冰块面积等海冰参数进行提取。采用该海冰雷达监测系统和数字图像处理软件,在2011-2012年冬季对该海域的海冰运动规律进行了全冰期的连续监测,在此基础上重点对海冰速度的雷达图像监测结果进行了分析,讨论了海冰速度场分布以及连续48 h的变化过程。以上结果为海冰的生消运移规律研究和油气作业区的海冰管理工作提供了可靠的现场监测数据。对海冰雷达现场监测及数字图像处理中的问题及改进方法进行了讨论。     

机载合成孔径雷达的海冰监测分析

严重冰情是重要海洋自然灾害之一,往往造成国计民生的重大损失。本文概要介绍了我国“七五”期间在海冰航空遥感技术研究方面的进展,重点讨论了机载合成孔径雷达(SAR)的全天时、全天候、高分辨率、高信噪比和对云层的穿透能力强等特点,以及使用机载地球资源侧视雷达(ERR)系统,对渤海进行的首次SAR测冰试验结果。所获得的分辨率为3m×3m和成图比例为1:10万的辽东湾海冰相嵌图象,清楚地给出了固定冰带、流冰冰型、流冰密集度、冰块大小、冰脊、冰间水域和流水区外缘线等参量。SAR监测和分析海冰的研究结果具有重要的科学和实用价值。     

海冰数值模拟进展

1 海冰的性质和热力学环境 海冰的特征主要表现在冰面积、厚度、密集度及冰的种类(多年冰、当年冰等)。这些属性是随着地理环境和时间的变化而变化的。海冰的面积和厚度有明显的季节性变化和年际变化。根据海冰观测情报分析,海冰的面积及其     

2005/2006年度莱州湾东部的海冰灾害及其影响

莱州湾是水深较浅的半封闭海湾,与外海海水的交换缓慢,受黄河等十几条入海河流汇入的淡水影响使海水的盐度较低.受寒潮影响莱州湾内海冰灾害发生频繁.莱州湾的海冰灾害分5个冰情等级.在冬季气温偏高的年份,莱州湾内形成Ⅰ、Ⅱ级海冰,沿岸一般没有固定冰形成;一般年份形成Ⅲ级海冰,西岸和南岸冰情较严重,有固定冰形成;在冬季气温偏低的年份,形成Ⅳ级或Ⅴ级海冰,南岸、西岸的固定冰宽度较大,有时整个莱州湾海面都分布流冰.2005年末～2006年初在莱州湾东岸形成了一次较严重的海冰灾害,莱州市近海海湾扇贝养殖的经济损失达400万元以上.为减轻未来海冰灾害带来的损失提出了加强海冰灾害的监测和预报技术研究,严格管理近海养殖生产作业,莱州湾沿岸地方政府应制定<海冰灾害应急预案>,建设和完善海冰灾害应急防御体系等防御海冰灾害的对策.     

渤海冰-海洋耦合模式Ⅱ.个例试验

以渤海1998~1999和2000~2001年度冬季的海冰发展过程为例,采用实时气象数值预报场作为大气强迫,利用渤海冰海洋耦合模式模拟渤海整个冬季的海冰生消和演变以及渤海冰季冰气、冰水和气水界面的热收支.模拟结果显示大气和海洋的热力效应对渤海的海冰发展非常重要,特别在海冰的冻结和融化阶段,海洋热通量在热力耦合中起着重要作用.模拟还显示了冰覆盖内部区域和冰外缘线附近不同的热力特征,分析讨论了冰区内和冰边缘两个特征点冰厚分布、界面热量收支和海表水温等.     

海冰船舶调查有关边缘冰情判别

海冰船舶调查有关边缘冰情判别李培顺（青岛海洋预报台）笔者曾撰文给出了海冰船舶调查时目测及雷达观测的最远可辨距离［１］。但在调查过程中，由于种种原因，远处海面上往往会出现一些似冰非冰、似雾非雾等模糊难辨的现象，影响着海冰的调查质量。笔者曾连续数次参加黄...     

基于CryoSat-2卫星测高数据的北极海冰体积估算方法

近30年来,北极海冰正发生着剧烈的变化。海冰体积是量化海冰变化的重要指标之一。本文以2015年CryoSat-2卫星测高数据和OSI SAF海冰类型产品为基础。提取了浮冰出水高度、积雪深度、海冰密集度、海冰类型等属性信息,通过数据内插、投影变换、栅格转换、空间重采样等工作将海冰属性信息统一为25 km×25 km分辨率的栅格数据集。根据流体静力学平衡原理,逐个估算栅格像元对应的海冰厚度值,将其与对应的海冰面积相乘,估算了北极海冰密集度大于75%海域的海冰体积,并分析了海冰厚度和体积的月变化和季节变化特征。用NASA IceBridge海冰厚度产品对反演的海冰厚度进行验证。结果表明二者相关系数为0.72,有较高的一致性。北极海冰平均厚度春季最大,夏季最小,分别约为2.99 m和1.77 m,最厚的海冰集中在格陵兰沿岸北部和埃尔斯米尔半岛以北海域。多年冰平均厚度大于一年冰。冬季海冰体积最大,约为23.30×103 km3,经过夏季的融化,减少了近70%。一年冰体积季节波动较大,而多年冰体积相对稳定,季节变化不明显。     

质点-网格海冰模式在渤海的数值预报试验

在海冰动力学和热力学的研究基础上,开发应用于渤海的质点-网格海冰模式.该模式采用质点-网格法,有效地避免了传统海冰模式的数值扩散问题.该模式采用冰厚分布函数取代传统渤海业务海冰预报模式中平整冰、堆积冰和开阔水的三类海冰分型.应用质点-网格海冰模式对2003年～2004年冬季渤海冰情进行了业务化逐日数值预报试验,并对预报结果进行统计检验和分析比较.     

渤海海冰季节演变的数值模拟

MM5数值产品作为大气强迫,利用冰-海洋耦合模式模拟2003～2004冬季渤海海冰演变过程。与海冰遥感、海洋站监测资料等实测资料相比,初冰日和终冰日和观测数据比较接近,模拟海冰各个发展阶段主要分布特征和MODIS遥感图像相似,但模拟的海冰厚度与辽东湾93平台、202平台的冰厚观测数据相比存在较大出入,说明该模型还有待改善。总体上看,冰-海洋耦合模式基本具备模拟渤海海冰季节演变过程的能力。     

2006～2007年冬季渤海天气与冰情分析

本文分别从大气环流和平均气温的角度分析了2006～2007年冬季渤海的天气状况,发现此冬季为近10a最温暖的冬季;与此对应,通过对该冬季不同时期(初冰期、盛冰期和融冰期)的海冰特点,以及冰期、冰面积和冰范围进行分析,发现该冬季渤海冰情属于轻冰年.     

北极海冰对大气环流与气候影响的观测分析和数值试验研究

本文主要根据1953～1977年资料,从观测分析和数值试验两方面研究了北极海冰覆盖面积异常对全球的大气环流和气候、特别是对中国气候的影响,发现北极海冰的影响可与中东赤道太平洋海温异常的影响相比拟,甚或可以超过,指出在气候和长期天气预报研究工作中,极冰变异及其影响需要很好重视。     

一种冰-海洋模式的热力耦合方案

冰与海洋的热力耦合对冰与海洋环流的模拟有极其重要的影响,是冰-海洋相互作用的一个重要方面.对其精确确定需要详细考虑冰-海洋界面附近的湍流过程,这在长时期的模拟特别是气候模拟中,常受到技术条件的限制.过去的研究常常假设冰下海洋混合层的温度为冰点,特别是在单纯冰模式的模拟中,但考虑海冰漂移和冰点变化的效应时,这一假设是不精确的.因此,弱化冰下海洋混合层温度为冰点的约束,不考虑详细的冰-海洋界面和海洋混合层的湍流过程,根据冰-海洋耦合系统的能量收支关系,设计了一个简化的冰-海洋热力耦合方案.对该方案引起的海洋混合层适应、热力结构和海冰发展的影响进行了分析,并将其用于全球冰海洋耦合模式的数值试验,结果表明,在大气热力强迫下该耦合方案既可使冰区混合层海水温度向冰点适应,又使冰边缘带海水温度与冰点保持明显差异,能够较好地反映冰-海洋热力相互作用.利用该耦合方案构造的全球冰-海洋耦合模式模拟的海冰范围及季节变化与实际观测非常接近.     

海冰动力学过程的数值模拟

讨论了海冰动力学性质并阐述决定海冰漂移的动量平衡,冰脊和水道形成及确定冰应力与形变、强度之间关系的海冰流变学.提出了模拟海冰动力学过程的数值模式,模式中冰厚分布由开阔水、平整冰和堆积冰3种要素表示.在这3要素的预报方程中引入形变函数,采用一种参数化方法模拟冰脊和水道.为了表示冰内相互作用,将海冰作为一种非线性粘性可压缩物质,采用粘-塑性本构关系.本文还概述和讨论了模式中所采用的数值方法,应用此模式模拟了渤海、波罗的海的波的尼亚湾和拉布拉多海的冰漂移.渤海冰漂移模拟结果明显地显示出潮周期变化,还模拟了渤海的冰脊和水道,进行了海冰流变学参数的敏感性试验.并将此冰模式与大气模式和边界层模式联接,给出渤海海冰预报结果.     

北极巴伦支海和拉普捷夫海海冰中细菌和微藻的垂直分布

通过计算机图像测定系统测定、计算获得海冰细菌的大小、面积和碳含量,研究了北极巴伦支海和拉普捷夫海的浮冰中细菌大小、丰度和生物量的垂直分布及其与海冰微藻生物量的关系.细菌在冰心中是非均匀分布的,至少有两种不同分布类型:第一类有单一的丰度峰值,在冰心底部或在冰心中部;第二类有两个丰度峰值.海冰中细菌的丰度为0.4×105～36.7×105个/cm3.不同类型海冰中的细菌大小变化极大,在多年冰中,最大的细菌与叶绿素a最大值出现在同一层,而在一年冰中,细菌大小几乎没有垂直变化.整柱冰心的细菌生物量变化为19.2～79.2mg/cm2,细菌与海冰微藻生物量之比为0.43～10.00.对固定冰比较和研究的结果发现,海冰冰心中细菌大小、丰度和生物量的垂直分布差别极大.据此,分析了对目前海冰研究采样方法的局限性,并提出了规范采样方法的设想.     

2002年和2003年夏季波弗特海海冰叶绿素a和小型生物的研究

海冰在极地海洋中是个较为独特的生境,海冰卤道系统中的光照强度、温度、盐度和生存空间随着季节更替发生显著变化[1].春天,在北极新冰和多年冰的底部冰藻旺发,随后浮游植物生产力上升[2,3].