访谈对象：赵进平

中国海洋大学教授、博士生导师。现任国家863计划海洋监测技术主题专家组组长，国际海洋物理科学联合会（IAPSO）中国委员会副主席。 主要从事物理海洋学、极地海洋学、卫星海洋学等方面的研究；承担国家重大基础研究计划、国家高技本计划、国家社会公益项目、国家自然科学基金等方面的课题。[编者按]     

2011-2014年中国北极物理海洋学的研究进展

过去十几年北极的快速变化以海冰变化为主要特征。然而,在冰-海-气变化系统中海洋起着关键性的作用。海洋是北极变化的关键因素,不仅影响着海冰的融化与冻结等过程,而且是大气变化的主要能量来源。在北极海冰快速变化的背景下,北冰洋的海洋特征也发生了一系列的变化。第四次国际极地年之后我国在北极科学研究中取得了一系列的进展,本文从北冰洋水团、锋面、海流等主要水文现象,以及上层海洋结构等方面,总结了2011-2014年我国在北极物理海洋学方面取得的一系列成果。     

海冰中侧向传播光衰减系数的解析验证

The attenuation of lateral propagating light(LPL) in sea ice was measured using an artificial light source in the Canadian Arctic during the 2007/2008 winter. The apparent attenuation coefficient μ(λ) for lateral propagating light was obtained from the measured logarithmic relative variation rate. In this study an analytical solution based on the strict optical theories is developed to validate the measured result. There is a good consistency between theoretical solution and measured data, by which a quite simple but very rigorous relationship among the light source, measurement geometry, and measured irradiance is established. The attenuation coefficients acquired by measurement and theory are the diffusion attenuation as an apparent optical property of ice, independent of the light source and shining condition. The attenuation ability of sea ice should be caused by the microstructure of sea ice, such as crystal size, ice density, brine volume, air inclusion, etc. It also includes the leak from both interfaces by directional scattering. It is verified that the measuring approach is operational and accurate to measure the attenuation of the LPL. The solution from this study did not tell the connection among the extinction and the inclusions of sea ice theoretically because of insufficient understanding.     

北极冰上积雪的光学衰减性质

2007年11月-2008年2月在北极阿蒙森湾进行了冰上积雪的光学衰减性质的观测实验。该实验是在极夜条件下,通过人造光源研究波长313～875nm范围内的光在雪中传播的衰减性质。实验结果验证了可见光在冰上积雪传播过程中,其辐射强度随积雪厚的增长呈指数迅速衰减的规律特征,而且光在积雪中的衰减率远大于海冰中的衰减。根据不同雪厚的光学观测结果,计算出不同波长的可见光在雪中传播的衰减系数。结果表明,465～625 nm范围内的光在雪中衰减系数最小,并且随波长变化基本为常量,其平均值为20 m~(-1)。当波长在此范围之外,可见光的衰减系数迅速升高,衰减系数最高甚至超过30 m~(-1)。此外,根据观测初步分析了雪的密度变化对光在雪中的衰减系数的影响,结果表明,积雪密度的变化对不同波长光的衰减系数影响不同。入射光的波长越大,光的衰减系数受积雪密度变化的影响越大。本文还估算了积雪密度变化造成的光的衰减系数的误差率。     

极低太阳高度条件下穿透海冰的太阳辐射研究

基于2007年冬季北极的透射辐射光学数据,研究了极低太阳高度条件下的太阳辐射特征。低太阳高度时较短波长的可见光受到削弱,而较长波长的光得以保留,呈现明显的双峰结构。由于考察时的海冰都是新冻结的当年冰,厚度小,积雪层很薄,海冰的反射率较低,有较高比例的太阳辐射进入海冰或海洋。没有积雪的冰面由于反射率随波长增加而减少,更高比例的长波进入海冰。但在透射辐射光谱中,490 nm的光重新占优势,较长波长的光在穿过海冰时受到很大的削弱。因此,在低太阳高度的条件下,较短波长的光在大气中受到显著削弱,而较长波长的光在海冰中受到显著削弱,大气和海冰共同作用的结果使进入冰下海水的太阳辐射能更加微弱。但是,海冰对较长波长光的吸收使海冰获取较多的热量,减缓海冰的冻结过程。     

由卫星高度计数据确定南海长周期分潮及季节环流

应用1993～2002年的Topex／poseidon卫星高度计数据，经沿迹潮汐调和分析方法，提取Sa分潮调和常数。由调和常数内插得到南海及邻近海域分潮波模型。根据潮汐模型计算了各季节平均海面距平并进而计算了平均季节环流，初步分析了海面高变化和季节环流的特征。     

极区海洋锚碇测流系统的设计和布放

中国第二次北极科学考察期间,在白令海峡和北冰洋楚科奇海布放了一套潜标和两套明标,这是我国首次在极区布放锚碇观测系统。潜标和明标在本次考察结束前被成功回收,获得了最长为45 d的连续观测资料。文中通过介绍这次布放过程,对极区锚碇系统的相关技术问题进行了讨论,包括观测站位和层次的选择,锚碇系统的设计,布放步骤等,为在海冰存在的低温海域布放锚碇系统提供参考。     

格陵兰海海冰外缘线变化特征分析

格陵兰海作为北冰洋的边缘海之一,容纳了北极输出的海冰,其海冰外缘线的变化既受北极海冰输出量的影响,也受局地海冰融化和冻结过程的影响。利用2003年1月到2011年6月AMSR-E卫星亮温数据反演的海冰密集度产品,对格陵兰海海冰外缘线的变化特征进行了分析。结果表明,格陵兰海海冰外缘线不仅存在一年的变化周期,还存在比较显著的半年变化周期,与海冰在春秋两季向岸收缩有关。格陵兰海冬季的海冰外缘线极大值呈逐年下降的趋势,体现了北极增暖导致的冬季海冰范围减小;而夏季海冰外缘线离岸距离的极小值呈上升趋势,表明夏季来自北冰洋的海冰输出量增大。2003—2004年是格陵兰海夏季海冰融化最严重的2年。2007年北冰洋夏季海冰覆盖范围达到历史最小;而格陵兰海夏季的最小海冰范围最大,表明2007年北冰洋海冰的输出量大于其他年份。此外,夏季格陵兰岛冰雪融化形成的地表径流对海冰外缘线有一定的影响。对海冰外缘线影响最大的不是格陵兰海的局地风场,而是弗拉姆海峡(Fram Strait)区域的经向风,它直接驱动了北冰洋海冰向格陵兰海的输运,进而对格陵兰海海冰外缘线的分布产生滞后的影响。     

北欧海主要海盆海面热通量的多年变化

北欧海有暖流和寒流注入,又发生大量回流,水团特性异常复杂。由于北欧海的环流受地形控制,其水团的分布与4个海盆的分布有密切的关系。本文研究各个海盆热通量变化的差异,以研究获取对北欧海海气相互作用区域差异的认识。北欧海的热量夏季以太阳短波辐射为主,冬季以来自海洋的长波辐射、感热和潜热通量为主。海盆间的差异主要体现在格陵兰海,其变化幅度短波辐射高出50%,长波辐射高出大约40%,潜热高出大约60%,感热高出近4倍。可能的原因是,格陵兰海强烈的感热和潜热释放导致海温降低,气温也受北极冷空气的影响,形成与暖流区迥异的自然环境。过去30年发生了2次显著的热量减少事件。其中,1987年的事件很可能与冰岛的火山喷发有关,火山喷发对短波辐射的影响长达一年之久,导致感热和潜热也同步减少。1998年格陵兰海的潜热和感热明显减少,与北极海冰输出导致的海温偏低有显著关系。文章分析了4个主要海盆热通量的变化与北极涛动(AO)指数的关系。结果表明,发生在冰岛海的向下短波辐射和发生在格陵兰海的感热和潜热与AO相关度较高,体现了与AO的密切关系。这些热通量与AO指数的滑动相关系数表明,1992年以前冰岛海的短波辐射与AO的相关性非常高,而格陵兰海的感热和潜热在1993年后与AO高度相关,是值得深入研究的现象。本文的结果支持以下观点:北欧海对北极涛动的贡献主要是格陵兰海的感热和潜热释放通过冰岛低压区的上升气流影响冰岛低压的云量,从而影响到达的太阳辐射而导致大气环流的变化。     

二类水体水色遥感的主要进展与发展前景

Ⅱ类水体水色遥感是海洋水色遥感的难点和热点。针对Ⅱ类水体的光谱特性和海洋现象的特点，综述了水色卫星传感器在光谱波段配置、辐射探测性能和时空分辨率等方面的设计要求与技术进步。从水色遥感资料反演的两大关键技术——大气校正和生物光学算法两个方面，概述了Ⅱ类水体水色反演算法的研究现状和发展方向。根据我国近海的水体特点，提出了我国水色遥感研究需要解决的关键问题。