利用卫星遥感和再分析数据刻画2017-2018年格陵兰北部罕见冰间湖事件

以90%海冰密集度为阈值，基于卫星遥感数据，2017-2018年冰季在格陵兰北部识别了两次冰间湖事件，分别出现在冬季和夏季。冬季的冰间湖事件从2018年2月20日持续至3月3日，夏季的事件从8月2日持续到9月5日。AMSR2被动微波的海冰密集度产品表明，冬季和夏季冰间湖事件对应的最低海冰密集度分别为72%和65%。两次冰间湖事件都与格陵兰北部东西气压梯度异常引起的南风加强有关，而气压梯度的异常则与对流层中部极涡的扰动有关。冬季冰间湖事件期间，相对暖和的气温和频繁出现的冰间湖，导致冬季海冰生长不持续，海冰热力增厚较小，这为夏季海冰发生破碎并形成冰间湖创造了条件。南风减弱和新冰生成是冬季冰间湖消失的主要原因。对于夏季的冰间湖，导致其消失的主要原因则是从北部输入的浮冰增加。Sentinel-1 合成孔径雷达产品相对AMSR2被动微波观测产品更加适合于应用到冰间湖事件伴随的新冰生长，这与前者具有更高的空间分辨率有关。格陵兰北部是北冰洋多年冰的聚集地，该区域被认为是北冰洋海冰的“避难所”。因此区域在2017-2018年出现罕见的冰间湖事件，对于整个北冰洋海冰的快速减少具有重要意义，也助于北冰洋海冰，尤其是多年冰的消退。     

OSM在极地GIS中的应用

随着开源网络地图服务Open Street Map(OSM)数据精度的提高和数据覆盖范围的扩大,其应用已逐渐渗透到各个领域,国内外专家学者对OSM的研究也不断地深入。为探究OSM在极地科考领域的应用实现,同时促进我国极地信息化事业的快速发展,从应用角度出发,论证了OSM在补充谷歌地图实现"雪龙在线"网络信息平台功能的可行性。实现了本地OSM全球地图数据库的建设,并在实现极地网络地图服务(WMS)功能基础之上提出多源空间数据的融合与可视化表达的技术路线,为极地海冰检测与动态变化研究提供了有利的支持,为极地主管部门决策的制定与实施提供了可靠的保障。     

北极海冰输出区域海冰运动变化特征及其与北极航道适航性的关系

随着北极地区气候变暖的加剧，北极海冰正在急剧消融，海冰的减少增加了北极地区航道的适航性。本文利用遥感数据反演得到的海冰运动产品对北极海冰输出区域以及东北航道以北区域的海冰运动特征进行了量化。结果显示，从北极中央海域向弗拉姆海峡以及格陵兰海流出海冰的南向位移量呈现出显著增长趋势，海冰的平均南向位移量在2007-2014年间达到1511 km，是2007年之前（617 km）的两倍以上，反映了北极穿极流（TDS）强度在不断增强。通过长时间序列分析发现，春季东北航道以北区域的海冰北向漂移速度在喀拉海呈现+0.04 厘米/秒/年的显著增长趋势（P<0.05）。海冰北向漂移对于东北航道的开通具有显著的影响，在拉普捷夫海与喀拉海，海冰北向运动速度与航道适航期的决定系数分别达到0.33（P<0.001）和0.15（P<0.05）。东西伯利亚海、拉普捷夫海以及喀拉海存在冰间湖区域的春季海冰面积变化与航道的适航期密切相关，海冰的北向漂移对拉普捷夫海和喀拉海的海冰面积减少也有显著影响，这说明北向漂移促进了海冰的离岸输送，造成海冰面积减少的同时形成冰间水道或冰间湖促使航道开通。为探究大气环流指数对海冰运动以及东北航道适航期的影响，本文利用大气再分析数据计算了中央北极指数（CAI）和北极大气偶极子异常（DA）指数。相关性分析表明，CAI比DA更能解释东北航道的适航期，而且CAI能够解释北极海冰输出区域海冰南向位移量变化的45%。最近10年，夏季正相位的CAI进一步加强，通过加强海冰离岸输运和冰间湖活动加剧了东北航道区域海冰变薄及其强度变弱，从而促进了东北航道的开通。     

基于GPS数据的破冰船锚泊状态识别与特征分析

锚泊安全对于穿梭于南北两极、出入冰区等恶劣航行条件的“雪龙”号破冰船至关重要。从“雪龙”号第27次南极考察航迹数据入手，分析其锚泊过程中的GPS轨迹特征，基于决策树原理设计并实现了锚泊状态识别算法。利用最小二乘原理对锚泊轨迹点进行拟合，得到破冰船锚泊偏荡周期中的逐个锚位，分析发现了2011-02-14“雪龙”号停靠中山站锚地期间发生的走锚现象，结合气象数据进一步分析了走锚现象的成因，验证了利用拟合锚位监控锚泊状态的可行性。     

中国历次极地考察航线及破冰船航行特征分析(1984-2019)

1984-2019年,中国共有7艘考察船38次远赴南北两极开展科学考察活动,其中南极29航次,北极9航次,累计航程160万km.重点分析了"雪龙"号破冰船的航行特征参数,并结合GPS、机舱、罗经等多源数据,建立了破冰船航行状态分类识别模型,进而研发了破冰船的经停港口和停靠极地站点的识别模型.运用该模型对以往极地考察航次中考察船的经停港口和停靠极地站点进行识别和统计,累计经停了14个国家的32个港口,累计停靠了11个国家的18个极地考察站.探究了考察航线的空间分布规律和考察船的往返路线选择情况,并总结了南极考察船穿越西风带的航迹规律.最后利用分析结果,总结出中国南极科考4个阶段的特征,为未来南极科考提供参考建议.     

基于GPS的“雪龙”船冲击式破冰模式识别研究

"雪龙"号破冰船是我国目前唯一的极地考察船,破冰航行是极地船舶的重要特征之一。以"雪龙"号破冰船的GPS数据为基础,通过建立模型算法识别冲击式破冰这一特殊的航行状态,在整个中国第28次南极考察航次的数据分析中,整体识别率超过86.1%,识别正确率达到98%以上。利用此算法,在中国第27次南极考察航次的破冰识别率也超过85%,识别正确率达到93.5%。雪龙船两个航次实测GPS数据验证了本文算法的可用性,而破冰识别统计结果表明,不同航次的破冰模式具有较大的差异。