渤海海冰特征

本文总结了中国渤海海冰的调查研究、试验分析、应用经验,给出了渤海冰的主要特征、工程应用参数,以及冰力计算方法和海冰管理的组织实施办法。副极地海域冰动力学－渤海冰研究     

渤海海冰淡化利用研究进展与问题

海冰是低温条件下的海水冻结物,在我国渤海,每年冬季有4个月左右的结冰期,形成大范围的海冰。海冰具有灾害性,常对冬季海上运输及海洋生产构成危害,但因其含盐量较低,海冰还具有资源性,有可能以较低成本转化为淡水。自1995年以来,我国学者开展了渤海海冰淡化利用研究,在国家有关项目的大力支持下,已在海冰资源特性、资源量估算、海冰淡化技术和海冰水农业利用等方面均取得了一系列重要的研究进展。本文是对这些研究进展及尚需解决问题的综述。     

渤海的海冰

本文根据渤海海冰研究和来自卫星遥感、飞机和船舶航测、岸站观测、野外现场实验以及历史记载等,概述渤海冰形成、类型、物理力学性质和冰情、漂移等。     

渤海海冰中太阳辐射的光谱特征观测研究

通过采用多光谱仪器,对渤海营口港一带的近岸固定冰进行了3个站位11个谱段的入射辐射、反射辐射和透射辐射随时间变化过程的观测和研究。结果表明,发生在海冰中的反射辐射和透射辐射与入射太阳辐射的谱分布有明显差别,而且有显著的日变化。文章确立了入射辐射、反射辐射和透射辐射随时间的变化与太阳高度角的正弦成精确的线性关系,海冰的积分反照率与太阳高度角的正弦满足二次函数关系,可将不同时刻的观测值归算到正午时刻的辐射值,使不同时刻的观测结果具有可比性。计算结果表明,海冰只衰减特定强度的辐射,衰减量与入射辐射光谱分布以及辐射的强度无关,导致绿光的透射辐射最强。该文是对渤海海冰透射辐射的初步尝试,所获得的结果对未来大范围海冰光学观测打下了基础。     

渤海海冰工程设计特征参数

以我国30余年渤海海冰分布、生消规律的调查研究和近10年来海冰物理和力学性质、海冰工程设计参数等应用研究成果为基础,归纳了渤海海冰的基本特点,统计出渤海沿岸海洋站及海上海冰的冰期、冰量、冰厚等时空分布特征值,结合国内外海冰物理和力学试验研究结果,总结出渤海海冰物理和力学设计特征参数。     

渤海海冰热力过程处理

针对渤海海冰的生消漂移规律,以及对海冰数值模式延长预报时间、增强预报时效的要求,本文推导了与之相适应的海冰热力学过程的数学描述。并在考虑海冰中短期变化规律的基础上,对太阳短波辐射、净长波辐射及海洋热通量,提出以日平均量代替一个时间步长内的平均来进行处理的方法。个例研究表明该方法有较好的模拟能力,这为海冰数值预报延长预报时效提供了有效的保障。     

Radarsat卫星渤海海冰监测研究

加拿大Ｒａｄａｒｓａｔ雷达卫星只有７种工作模式,是专门为海冰业务监测设计的。１９９９年１月我们预订和获取了两模式雷达卫星数据,对我国渤海海冰进行了监测研究,两种模式各有优点,ＳｃａｎＳＡＲ模式可用于对整个渤海地区的全面监测,而利用宽幅的高分辨率图象可得到渤海海冰的详细特征结果。同时在研究过程中对辽东湾海冰和沿岸冰进行了实地观测,为解译提供了重要依据。     

渤海模型冰运动特征的现场观测研究

Sea ice drift is mainly controlled by ocean currents, local wind, and internal ice stress. Information on sea ice motion, especially in situ synchronous observation of an ice velocity, a current velocity, and a wind speed, is of great significance to identify ice drift characteristics. A sea ice substitute, the so-called "modelled ice", which is made by polypropylene material with a density similar to Bohai Sea ice, is used to complete a free drift experiment in the open sea. The trajectories of isolated modelled ice, currents and wind in the Bohai Sea during non-frozen and frozen periods are obtained. The results show that the currents play a major role while the wind plays a minor role in the free drift of isolated modelled ice when the wind is mild in the Bohai Sea. The modelled ice drift is significantly affected by the ocean current and wind based on the ice–current–wind relationship established by a multiple linear regression. The modelled ice velocity calculated by the multiple linear regression is close to that of the in situ observation, the magnitude of the error between the calculated and observed ice velocities is less than12.05%, and the velocity direction error is less than 6.21°. Thus, the ice velocity can be estimated based on the observed current velocity and wind speed when the in situ observed ice velocity is missing. And the modelled ice of same thickness with a smaller density is more sensitive to the current velocity and the wind speed changes. In addition, the modelled ice drift characteristics are shown to be close to those of the real sea ice, which indicates that the modelled ice can be used as a good substitute of real ice for in situ observation of the free ice drift in the open sea, which helps solve time availability, safety and logistics problems related to in situ observation on real ice.     

渤海冬季海冰反照率变化

渤海海冰对于大尺度气候变化比较敏感,基于CLARA-A1-SAL数据分析了1992~2008年冬季（12、1、2月）渤海海冰区域反照率的时空变化,同时分析了海冰密集度、海冰外延线面积和海水表面温度的变化与海冰反照率的相互关系。渤海海冰区域反照率随时间波动变化且变化趋势不明显,趋势线斜率仅为0.0388%。年际变化在9.93%~14.5%之间,平均值为11.79%。海冰反照率在1999,2000和2005等重冰年的值明显高于其他年份,在1994,1998,2001和2006等轻冰年的值较低。从单个月份反照率来看,12月海冰反照率的增加趋势（趋势线斜率0.0988%）明显高于1月和2月,1月的海冰反照率平均值（12.9%）高于另外两个月份。海冰反照率和海冰密集度呈明显的正相关关系;和海表面温度呈负相关关系（显著性水平90%）。     

1992／1993年冬季渤海冰情及海冰预报

本文分析、介绍了１９９２／１９９３年冬季渤海的冰情；总结了该冬季我国海冰业务数值预报工作的最新进展。     

渤海冬季油气生产危险冰情报警方法

目前，渤海中的油气田冬季生产都有可能遭受不同程度的冰灾威胁，建立渤海冬季油气生产危险冰情报警系统和防冰减灾的海冰管理方法是很有必要的。本文提出一套适用于渤海不同冰区以及不同型式油气开发工程的冬季油气生产危险冰情报警方法，其中包括渤海海冰生消过程中的监测，预报系统，对不同类型开发工程危险情报警标准的考虑以及海冰管理数据库和专家系统软件。本文是在辽东湾油气田海冰管理实验和研究基础上提出的。对渤海冬季生     

拉尼娜持续年的渤海海冰

通过对1999／2000年冬季环流背景资料的分析，发现西玉磁洋副热带高压和极涡的变化是影响我国冬季天气气候特征变化和渤海海冰生消的重要因素，而副热带高压和极涡等大气活动中心的变化又与赤道东太平洋的厄尔尼诺现象及拉尼娜现象有关，因此，可以通过前期赤道东太平洋海表水温的变化来预测我国冬季天气气候变化和渤海海冰的状况。     

MODIS渤海海冰遥感资料反演

鉴于渤海海冰监测和预报对海冰卫星遥感数字化产品的迫切需求,本文利用MODIS的1B级数据进行渤海海冰参数反演,提供海冰遥感图像和海冰密集度、冰厚数值产品,作为渤海海冰监测和海冰数值预报初始场的重要信息来源,以及海冰预报质量检验的参考依据之一。反演结果表明,其各通道对海冰性质有很好的反映,资料信号比较稳定,对不同密集度和厚度的冰有较好的区分,相对NOAA/AVHRR和HY-1A资料有更好的实际应用价值;Terra/MODIS和HY-1A/COCTS海冰遥感反演结果对比也为HY-1A系列卫星海冰遥感的改进和提高提供有益的启示。     

2005～2006年冬季渤海冰情及海冰警报

本文介绍2005~2006年冬季渤海冰情。初冬12月莱州湾发生历史上少见的局地冰灾。2月上旬面临辽东湾严重冰情,国家海洋环境预报中心首次启动“海冰灾害应急预案”,发布海冰警报,为防冰减灾发挥了重要作用。     

用AMSR数据极化比PSSM算法检测渤海海冰边缘线

利用高级微波扫描辐射计数据和冰间湖信号模拟算法探测渤海海冰,提取海冰外缘线信息。探测的海冰边缘线与Jason-1高度计海冰探测结果和ENVISAT ASAR海冰探测结果做比较,验证了该方法的有效性。     

基于遥感图像分析的极区海冰漂移研究

自然水体中石油污染含量的时空间分布是数字地球领域水体环境研究的一个重要参数,利用遥感技术提取水中石油含量也是数字地球研究领域的一个热点问题.基于2009-2013年进行的六次石油类污水野外配比实验数据,结合2013年6月-2014年4月晴天获取的中国辽宁盘锦辽河油田Landsat 8/OLI遥感数据,在对配比实验测定值、Landsat 8/OLI传感器模拟值和Landsat 8/OLI传感器过境值等三类遥感反射比数据进行归一化处理的基础上,通过对波段特征进行分析,发现含油水样与无油水样在绿色、红色和近红外波段的遥感反射比存在明显的差异,由此提出了水体石油污染归一化遥感反射比指数NDPRI (Normalized Difference Petroleum Remote Sensing Reflectance Index),该指数可用来判断水体是否存在油污染,进一步建立利用NDPRI来反演水中石油含量遥感模式.结果表明:(1)含油水样和无油水样在蓝色波段的归一化遥感反射比差别不大;(2)含油水样在绿色和红色波段的归一化遥感反射比明显低于无油水样;(3)无油水样在近红外波段的归一化遥感反射比呈现下降趋势,而含油水样的归一化遥感反射比随着石油类浓度含量的增加而明显抬升,呈现出较好的线性关系;(4)含油水样,其NDPRI小于0.45,此阈值作为是否有油污染的判断值.最后,利用2014年4-8月污水厂获取的现场实测数据对模式进行验证,相对误差为13.5％,表明所建立的模式具有良好的石油含量反演精度.     

渤、黄海海冰的变化和预报结果分析

利用1951—2000年的渤、黄海的海冰资料，用小波分析和最优气候均态法对渤、黄海的海冰冰级进行分析和预测。小波分析结果较好地反映了渤、黄海海冰的变化规律，使对海冰的研究更符合实际情况。这必将有助于研究海冰变化的机理和不同尺度变化的相互作用。最优气候均态法较好地实现了对渤、黄海海冰的预测。此方法在海冰预报中不失为一种可用的方法。     

基于遥感图像分析的极区海冰漂移研究

对极区的海冰运动进行观测具有重要的意义,卫星遥感技术是目前极区海冰监测的重要手段.星载多光谱仪器和合成孔径雷达(SAR)能够生产高分辨率、宽刈幅、连续的遥感图像,是开展海冰遥感监测的优选载荷.通过对极区遥感图像的分析,可以获取极区海冰漂移运动的资料信息.文中提供了可用于极区海冰漂移研究的遥感资料源,详细介绍了两种基于遥感图像的海冰运动分析方法:相关匹配法与光流算法,以及两种方法的对比;利用文中介绍的遥感资料和分析方法,在两极海区发现了明显的海冰中尺度运动特征.     

Modified PIC Method for Sea Ice Dynamics

The sea ice cover displays various dynamical characteristics such as breakup, rafting, and ridging under external forces. To model the ice dynamic process accurately, the effective numerical modeling method should be established. In this paper, a modified particle-in-cell （PIC） method for sea ice dynamics is developed coupling the finite difference （FD） method and smoothed particle hydrodynamics （SPH）. In this method, the ice cover is first discretized into a series of lagrangian ice particles which have their own sizes, thicknesses, concentrations and velocities. The ice thickness and concentration at Eulerian grid positions are obtained by interpolation with the Gaussian function from their surrounding ice particles. The momentum of ice cover is solved with FD approach to obtain the Eulerian cell velocity, which is used to estimate the ice particle velocity with the Gaussian function also. The thickness and concentration of ice particles are adjnsted with particle mass density and smooth length, which are adjusted with the redistribution of ice particles. With the above modified PIC method, numerical simulations for ice motion in an idealized rectangular basin and the ice dynamics in the Bohai Sea are carried out. These simulations show that this modified PIC method is applicable to sea ice dynamics simulation.