辽东湾海冰面积变化模拟和预测探讨

辽东湾是我国海冰冰情最重的海区,其周边分布了大量的油田,海冰面积的变化对海上油气勘探及海上生产等造成严重的灾害,因此需要开展对辽东湾海冰面积变化的模拟与预测研究,为海冰灾害的业务化监测提供服务。     

基于Sentinel-1的辽东湾海冰冰情监测

辽东湾是渤海的三大海湾之一,在每年冬季经常会遭受大面积海冰灾害影响。本文选取2015年至2023年Sentinel-1 A/B遥感数据,对照Landsat-8数据采用灰度共生矩阵提取SAR影像纹理特征,对比了神经网络、支持向量机以及最大似然分类三种分类方法的精度;统计2015年至2023年辽东湾海冰冰情信息,研究了气温、海表面温度、盐度与海冰的相关关系和相互影响。研究结果表明：对于Sentinel-1 A/B数据,最大似然分类方法精度最高,分类精度达到82.75%;辽东湾海冰通常在12月底或者1月初开始发育,辽东湾结冰顺序为由北向南、由近岸向远岸,消融时顺序为由西向东、由远岸向近岸;辽东湾海冰与气温的Pearson相关系数为-0.502(P<0.01),与海表面温度的Pearson相关系数为-0.553(P<0.01),说明辽东湾冰情与气温、海表面温度为显著负相关,海表面温度对海冰的形成、发育及消融影响更大。此外,盐度对于海冰的影响存在一定的滞后性。     

辽东湾海冰分布面积历史数据重构及其影响因素分析

辽东湾是我国冬季冰情最严重的海区,大面积海冰覆盖会对海上经济活动产生严重影响。本文以辽东湾海冰为研究对象,基于MODIS卫星影像资料重构了辽东湾2001−2021年海冰分布面积时间序列。同时,确定了辽东湾浮冰范围与海冰分布面积的非线性关系式,并利用此关系式将辽东湾历史海冰最大分布面积延拓至1953年。通过对其年际变化趋势进行研究,获得工程设计重现期辽东湾海冰分布面积。进一步分析了辽东湾海冰最大分布面积的影响因子,结果表明海冰最大分布面积与冻冰度日及北风分量的相关系数达0.96。此外,分析了秋季北极部分海区海冰密集度与辽东湾冬季海冰覆盖程度的相关性。本文成果可为辽东湾海冰长期趋势研究和海冰灾害的预报预警工作提供基本数据支撑。     

辽东湾海洋工程可靠性设计的海冰参数选取

海冰参数的合理取值是海洋工程海冰灾害风险评估的重要内容。利用1950—2018年的冰情等级(5个等级)数据,进行了1950—2018、1950—1990、1991—2018三种情景下的回归分析,确定了不同时期的冰情等级概率分布密度函数。利用鲅鱼圈雷达观测站2002—2017年的海冰现场实测资料,分别对鲅鱼圈附近海域一般冰厚、最大冰厚、最小冰厚进行概率分布拟合。基于上述概率分布结果,给出不同冰情等级的重现期,进而对海冰作业条件给出的设计参考值进行评价。结果表明:1990年以后2级、3级冰情重现期相对1990年之前变小,4级、5级冰情重现期相对1990年之前变大,规范给出重现期范围已不能代表辽东湾冬季海冰情况。本研究成果可为辽东湾海洋工程可靠性设计提供重要数据支撑。     

辽东湾东岸海冰抗压强度特征分析

本文利用辽东湾东岸鲅鱼圈、营口和长兴岛三地实测海冰抗压强度资料,分析了海冰破坏应力与破坏时间的关系,应变率和冰温对海冰抗压强度的影响,以及海冰生成环境对海冰抗压强度的影响。综合分析表明,三地破坏应力随破坏时间变化的整体趋势一致,应变率对三地海冰抗压强度有显著的影响,三地海冰抗压强度随温度降低总体有增大的趋势,冰龄、盐度、含沙量的差异是造成辽东湾东岸海冰抗压强度不同的主要原因。     

基于遥感和气象数据对辽东湾海冰变化预测研究

辽东湾是渤海海冰灾害最严重的区域,精确预报海冰的空间分布、动态变化,对降低海冰灾害风险具有重要的作用。本文以辽东湾为研究区,以MODIS数据和气象数据为数据源,根据2010/2011年度到2014/2015年度辽东湾海冰5年结冰信息得出该海域结冰概率,建立营口气象站积温与结冰概率的关系模型,对辽东湾2015/2016年度海冰初冰期至盛冰期的发展及空间分布进行模拟、预报,结果表明:利用结冰概率与营口积温相关关系可以实现对辽东湾海冰的动态预测,利用混淆矩阵对海冰提取结果检验,总体精度在90%以上,为渤海及其它地区局部条件下海冰预测提供参考。     

基于纹理特征分析的辽东湾SAR影像海冰检测

基于灰度共生矩阵(GLCM)开展辽东湾ENVISAT ASAR海冰影像的纹理特征分析研究.在纹理分析过程中,研究GLCM的方向、位移量和灰度量化级等参数对SAR海冰影像纹理特征的影响,得到适合辽东湾海冰检测的灰度共生矩阵参数的值及纹理统计特征量.利用BP神经网络分类法,建立辽东湾SAR影像的海冰检测方法,并结合MODIS影像和TM影像对该海冰检测方法的结果进行比较,验证其有效性.     

辽东湾冰期海洋热通量的确定与分析

首先讨论了海洋热通量的计算方法,并利用辽东湾ＪＺ２０－２海域定点观测的气象、水文和海冰数据,对１９９７～１９９８年度的海洋热通量进行了数值计算。结果表明,其值在初冰期最大,可达２００Ｗｍ＾－２以上,然后随着冰期的处长而逐渐减小,在融冰期接近于０。最后,讨论了气象和水文备件、海冰厚度和类型等因素对海洋热通量的影响。本文首次对辽东湾冰期的海洋热一进行了确定,并得到了其在整个冰期内的变化规律。     

基于长短时记忆神经网络的辽东湾海冰延伸期预报方法研究

通过合成分析和回归分析,研究了影响辽东湾海冰变化的局地和大尺度环流因子,并基于一种深度学习方法——长短时记忆神经网络(LSTM),建立了辽东湾海冰延伸期预报模型。结果表明,LSTM模型能较好地预报出未来15 d辽东湾海冰的总体发展趋势、浮冰外缘线离岸距离的振荡变化及峰值发生时间等关键特征,1～15 d预报的平均绝对误差为4.1～5.7 n mile~①,均方根误差为5.4～7.5 n mile。LSTM模型的预报时效可达到15 d,较目前海冰数值预报(5～7 d)的时效延长一倍,且运算速度极快,能够节省大量的计算资源和时间成本。该模型的建立为利用深度学习方法开展海洋和气象预报提供了一种新思路。     

辽东湾海冰光衰减特性

根据渤海海冰多年的调查资料以及现场测量数据,建立辽东湾海冰的辐射传输模式,进而研究辽东湾沿岸海冰的光衰减特性及其主要影响因素,并对可能的影响因素进行了讨论。结果表明,海冰中卤水泡的吸收(主要是短波400~600nm)、纯冰的吸收(主要是长波700～900nm)以及卤水泡和气泡的散射对海冰的光衰减系数有很大的影响。辐射传输模式的估算结果与实测数据的估算结果基本一致,这表明该模式适用于辽东湾海冰的光学特性研究。     

辽东湾近岸堆积冰表面形态特征分析

2005 年 1 月在辽东湾盘锦市附近的海滨进行了堆积冰表面形态的现场调查.使用全站仪测量了 5 条不同起伏程度的堆积冰表面轮廓剖面,利用表面起伏高度数据和表面轮廓线在平均高度处的切角数据分析了堆积冰表面形态特征.对堆积冰区内的 3 个冰脊进行了内部层状结构观测,外部破碎冰块尺寸测量和 1 个冰脊涨、落潮时表面高度变化测量.利用这些数据,描述了冰脊内的分层结构;统计分析了冰脊外表层的破碎冰块尺寸并得到描述它们的主要参数值.此外,对冰脊涨、落潮时的表面形态进行了三维仿真绘图并计算了其表面形态参数.     

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     

气候态下的北极海冰运动特征

利用国际北极浮冰运动观测资料(IABP)(1979-2006年),分析了年平均、季节平均和月平均的北极海冰运动特征.分析结果表明,在不同时间尺度上,都体现出北极海冰运动的两个基本特征,即反气旋式的波弗特涡和穿极漂流,但是强度有所差异.6-9月,北极上空存在一个低压系统,导致海冰出现气旋式运动,穿极漂流较弱.波弗特涡中心在1-9月由加拿大海盆逐渐退缩至海岸附近,之后又向东西伯利亚海方向移动.北极海冰运动特征与海平面气压有密切关系,但北极表层洋流的作用也是不可忽略的,尤其是弗雷姆海峡附近海域.     

基于卫星观测的辽东湾冰情统计分析

根据渤海6个海洋站的海冰监测及气温观测数据统计,终冰日及冰期可用来表征当年渤海冰情严重程度,在大多数年份冰情与终冰日早晚和冰期长短呈负相关。根据2006/2016年的辽东湾海冰面积及外缘线资料,分析了11年间辽东湾冰情的年变化特征,分析结果显示,辽东湾海冰受局地气温影响明显,两者呈较显著的负相关关系。分析结果发现,辽东湾海冰年际变化除受局地气候的影响外,还受太平洋副热带高压(简称副高)、极涡、东亚槽和欧亚环流等气候因子的共同调控,其中受太平洋副高北界位置指数、极涡面积指数、东亚槽强度指数、欧亚纬向环流指数影响最为显著,可作为辽东湾海冰预测的重要因子,此外北极海冰密集度也可以为预测当年冬季辽东湾每月冰情提供依据。     

基于冰基浮标数据的2018-2019年北极海冰运动特性时空变化分析

海冰运动是影响北极海冰平流输运和物质平衡空间重新分布的重要因素。本研究基于2018年9月至2019年8月期间北冰洋66个冰基浮标位置记录数据,结合大气再分析数据,计算得到了海冰运动速度、冰速与风速的比值和海冰运动惯性强度,以刻画北极海冰运动学特征参数在一个冰季的时空变化,并讨论了不同区域冰速与风速比与海冰密集度的关联性。海冰漂移速度在波弗特–楚科奇海、东北极中央区和西北极中央区呈秋冬降低春夏升高的季节变化特征。格陵兰海月均海冰漂移速度（（0.32±0.06）m/s）最大,其次是弗拉姆海峡（（0.17±0.07）m/s）和波弗特–楚科奇海（（0.14±0.05）m/s）,而东北极中央区（（0.09±0.02）m/s）和西北极中央区（（0.07±0.03）m/s）较低。在月尺度上,冰漂移速度与风速的比值主要受海冰漂移速度支配。弗拉姆海峡和格陵兰海受较强的表层海流影响,冰速与风速比值较大,西北极中央区、东北极中央区和波弗特–楚科奇海的冰速与风速比值随着海冰密集度的增加趋近,并分布在0～0.02之间。所有浮标的月平均惯性运动指数为0.158±0.144,秋冬季过渡期间,海冰对风的响应以及海冰运...     

再战海冰

2010年11月20日,国家海洋环境预报中心发布了海冰年展望,从11月底开始,按国家标准发布海冰月预报和周预报.到12月23日,海冰遥感实况图显示,辽东湾海冰范围增大到22海里左右.