辽东湾红沿河附近海域2017—2018年冬季气温-水温-冰情关系研究

辽东湾是我国冰情最严重海域,每年冬季都会受到海冰的显著影响,冰情预测评估可为辽东湾涉海活动提供防冰抗冰的技术依据。建立气温-水温-冰情的相关性,结合便于获取的现场高精度连续气象数据和高精度冰情预测模型,可实现局地小尺度的冰情快速预测评估。基于2017—2018年冬季辽东湾东岸红沿河附近海域实测气象-水温-冰情同步观测数据,结合辽东湾大尺度整体冰情（浮冰面积）,推演局地气温、水温与不同尺度冰情评价参数（浮冰范围与冰厚）的相关关系,提出基于不同气温区间的气温变化规律的冰底热通量选取方法,进而建立适用于辽东湾的气温-水温-冰情评估方法。相关性分析结果显示：观测点气温与水温存在明显相关性;浮冰范围与气象数据存在明显相关性,临界温度为 -5 ℃的累计负气温能很好拟合本年度盛冰期浮冰范围。基于HIGHTSI进行数值模拟后发现：水温与块体积法计算冰底热通量时,冰水间的热传递系数取2.2×10^-5是可行的;水温对冰情的影响表现在海冰冰厚最大值与冰期长短。为弥补辽东湾其他海域因缺少实测海水温度观测数据欠缺、冰底热通量选取不准选取导致的冰情模拟预测评估困难的问题,本文依据水温与气温的相关性,将水温随气温变化划分为结冰区（气温小于-10 ℃时水温维持冰点附近）、过渡区（气温为-10~-5 ℃时水温处于-1.4~-0.4 ℃）、融冰区（气温高于-5 ℃时水温随气温的增大逐渐增大）,进而提出适用于辽东湾所有海域的冰底热通量计算方法和冰情评估方法。     

高寒区抽水融冰渠道水温沿程衰减规律——以红山嘴水电站为例

抽水融冰技术是解决高寒区引水式电站冬季运行冰害问题的有效措施之一。为研究抽水融冰对电站引水渠道冬季引水的水温控制规律,以红山嘴水电站为例,基于RNG κ-ε模型数值模拟研究结果,从热流量比角度探讨了渠道水温沿程衰减规律,并采用2013年2月和2014年1月原型观测结果进行了验证。结果表明:渠道水温沿程衰减过程可分为骤降段、过渡段和缓降段3部分,各段范围受外界条件控制;衰减曲线呈幂函数分布,相关系数达到98%;对比气温对渠温沿程衰减的影响表明,随着大气温度的降低,渠道水温沿程衰减速度明显加快;-10 ℃为水温衰减过程变化转折点,当气温高于-10 ℃时,可以近似认为渠温衰减规律一致,渠温沿程变化主要受到热流量比值影响;低于-10 ℃时,气温对渠道水温沿程变化影响显著。     

关于矿床学创新问题的探讨

2003年1月4日至2月15日期间,在5种不同情况下对南极海冰进行了调查研究。包括:(1)基于走航观测的威德尔海至普利茨湾之间海冰分布研究;(2)基于航空拍摄的普利茨湾海冰分布研究;(3)纳拉海峡固定冰和上浮雪厚度钻孔测量以及冰心钻取;(4)中山站附近融化冰的分布研究以及(5)中山站附近海冰早期冻结过程观测研究。结果表明,威德尔海至普利茨湾之间走航观测得到的海冰全部密集度为14.4%,大部分冰(99.7%~99.8%)属于一年冰,观测到冰的厚度在15~150 cm。沿观测航线上海冰最大密集度(80%)出现在威德尔海,从59°56 S到69°22 S以及从040°41 W到076°23 E的区域分布着广阔的水域。这一结果验证了Silvia的海冰漂移理论。普利茨湾沿岸海冰受制于沿岸地形、拉斯曼丘陵以及搁浅冰山的影响,其密集度呈现较大的空间变化。钻孔测量显示,纳拉海峡固定冰平均厚度为169.5 cm。风吹雪的重分布以及日照强度差异是导致纳拉海峡固定冰厚度差异的主要因素。观测表明,中山站附近海冰早期冻结遵循Lange的海冰早期冻结过程“饼状循环”最初的两个阶段。     

基于走航观测的夏季南极海冰分布特征分析

依托中国第19次南极科学考察,基于ASPeCt(南极海冰过程与气候)海冰走航观测方法标准,以"雪龙号"破冰船为平台进行夏季南大洋海冰走航观测.在2003年1月4-17日近6 500km的航程断面上,分别获取了海冰的厚度、密集度、雪厚度、浮冰尺寸等海冰分布特征参数.结果表明,海冰分布特征参数均呈现了较大的空间变化.由于夏季海冰融化并受制于特定动力过程作用,海冰在威德尔海附近聚集,密集度达到峰值,沿断面在0%～80%之间变化;在断面的大部分观测到开阔水域.沿断面海冰厚度介于10～210cm,雪厚度介于2～80 cm之间,在埃默里冰架附近冰雪厚度达到了全断面的最高值.沿断面浮冰尺寸,最小到＜10 cm到最大超过2 000 m不等.     

楚科奇海融冰过程中的海水结构研究

楚科奇海是北冰洋的陆架海,中部凸起的Herald浅滩对海水流动和海冰融化过程有显著影响。利用我国1999年夏季北冰洋考察数据,讨论了楚科奇海海冰融化过程中的海水结构。结果表明,海区内存在2个相继进入的水团,一个是海冰覆盖期进入的阿纳德尔水(AW),具有低温、高盐、高硅酸盐的特点;另一个是海冰融化后进入的白令海陆架水(BSW),具有高温、低盐、低硅酸盐的特点。在开阔水域,表层水温度达到7℃以上,高于当地气温,是当地太阳辐射的加热作用形成的。开阔海域的水体向冰下扩展,表层水温在1℃以上,形成冰下暖水区,加速了海冰的融化;Her-ald浅滩阻挡了海水的流动形成绕流,其北部处于绕流的死角,表层水温在-1℃以下,形成冰下冷水区。在开阔海域,上层海水的混合深度达到15~20 m,而渗入冰下的暖水深度小于5 m,体现了海冰对暖水渗入的阻滞作用。所有海冰覆盖站位10 m层的叶绿素-a含量都很高,表明冰下海水处于浮游植物大量繁殖的状态,有可能对海水吸收热量和海冰融化产生显著的影响。     

水库静水结冰过程及冰盖热力变化的模拟试验研究

为研究水库水体结冰及冰盖热力变化规律,在恒温实验室中进行了不同水深、不同负气温条件下的静水结冰试验,对结冰历时、垂向温度分布、冰盖厚度等要素进行观测,研究静水条件下水深与气温对结冰过程、冰盖热力变化及水温、冰温分布的影响。试验表明:在静水条件下,气温是影响冰情的主要因素,冰盖厚度与累积小时负气温线性相关;水深对初冰开始时间有所影响,但对冰盖热力变化过程的影响不明显;冰盖生长过程中,冰内温度基本呈线性分布,冰温斜率随气温降低而增大;融冰期冰盖下水温分布基本保持不变。     

基于海冰物理和力学参数的渤海冰工程分区

根据渤海海冰物理和力学参数分布建立渤海海冰工程分区.其特点是将作用到相同直径或宽度的直立结构物上冰的作用力范围相同的区域划分为同一分区内,因此不同重现期设计冰厚度和峰值压缩强度之积作为区划指标.为了获得不同重现期渤海海冰物理和力学性质参数,利用渤海历史资料建立用气温、水温、冰期和冰厚表达非变形平整冰层和冰样温度、盐度、密度的关系,进而获得冰的孔隙率;利用渤海海冰单轴压缩强度同孔隙率的试验关系计算相应峰值压缩强度;然后发展渤海不同重现期平整冰层物理和力学参数的平面分布.在此基础上以新区划指标做不同重现期的海冰工程分区.作为新区划的实例,给出25、50、100年重现期的渤海海冰工程分区.     

季节性冰封热融浅湖水温原位观测及其分层特征

为探究季节性冰封浅湖热力学特征,于2010年10月至2013年7月对高原腹地一典型热融湖塘冰层生消、水/冰温及气象条件开展原位观测,分析了水温分布时间变化、温跃层以及冰生消对水温结构的影响。结果发现:冰面升华显著,贯穿整个冰期;水温日变化、季节变化和垂直结构受气温、大气辐射、风速、冰生消和湖底沉积层热贡献影响显著;在"无冰期-结冰前-冰生长期-冰融化期-融化后-无冰期"年循环过程中水温垂直结构分别呈现出"分层-翻转-逆温分层-逆温与正温共存-翻转-分层"的循环过程。分层期水温结构仅由上部混合层和温跃层构成,且偶因强风搅动而全湖翻转混合。可见,相比大中型湖泊,季节性冰封浅湖热力学结构差异显著。     

新疆季节性积雪对地表温度的影响

在气候变暖背景下,土壤热状态的变化正对土壤中发生的物理、化学以及微生物过程起着至关重要的作用。土壤热状态通常由气温主导,并受到植被、积雪、土壤性质等局部因素控制。积雪改变了大气与土壤之间的能量交换,对冷季土壤热状态起到了决定性作用。本文基于新疆地区中国气象局77个观测站点逐日的积雪深度、气温、地表温度(土壤0 cm处)数据,利用统计分析与数值模拟方法,综合探究了新疆地区季节性积雪对土壤温度的影响,同时揭示了新疆地区积雪对土壤热状态影响的原理机制。结果表明,2005—2020年新疆地区77个气象站点冷季地表温度、气温、积雪深度、地气温差在空间上的分布具有一致性。2005—2020年稳定积雪站的冷季(10月—次年3月)平均雪深为5.9 cm,平均气温为-4.6℃,平均地表温度为-1.3℃。而非稳定积雪站平均气温为1.4℃,平均地表温度为2.4℃。地气温差受积雪深度的控制,积雪每增加1 cm,地气温差增加0.26℃。拟合结果显示,气温每增加1℃,当积雪深度为5 cm时,地表温度增加0.57℃;当积雪深度为30 cm时,地表温度增加0.20℃。进一步选取典型稳定积雪站阿勒泰站开展了2008年积...     

太湖水体水温垂向分层特征及其影响因素

为揭示大型浅水湖泊水温分层特征及其影响因素,采用温度链,高频观测太湖水温分层的周年变化过程.结果表明:太湖水体水温的垂向温差绝大多数处在0～l℃,部分处于l ～4C,偶尔超过4℃;太湖水体水温垂向温差存在季度、月、日差异,相应的分层位置也不同;水温分层影响因素包含太阳辐射、气温、风速、水密度和比热、藻华堆积等.随着太阳...     

青藏高原北部多温型山谷冰川不同海拔处冰温变化研究 ——以祁连山老虎沟12号冰川为例

冰川温度是表征冰川物理属性和响应气候变化的关键指标。2010年7月至2011年11月在祁连山老虎沟12号冰川积累区（5 040 m）、多年平衡线处（4 900 m）和消融区（4 550 m）开展了活动层（22 m深,1 m间隔）冰温连续观测。2011年10月在冰川积累区4 971 m处钻得165 m深孔获取了115 m深层冰温廓线。研究发现：三个区域活动层下界的深度均在约17 m处,多年平衡线处冰温最低（-7.4℃）,消融区次之（-3.68℃）,积累区活动层下界冰温最高（-2.74℃）且波动最为持续,可能主要与常年积雪覆盖有关。冰温年波动随深度增加均逐渐降低,对气温变化的响应周期亦逐渐增大。与其他冰川最低温相比,老虎沟12号冰川冰温对气候变化响应敏感,过去50年来受全球变暖影响冰温显著增加。积累区深孔冰温显示50 m深度之下冰温呈线性上升,垂直增温率为0.033℃·m^-1,据此推测其底部冰温为0.02℃,主要与底部应变热有关。     

基于FY-3 MWRI数据的北极海冰密集度反演研究

以ASI算法（ARTIST sea ice algorithm）为基础, 得到基于风云3C气象卫星（FY-3C）微波辐射计（MWRI）数据的纯水与纯冰系点值, 利用插值方法确定基于FY-3 MWRI数据的ASI海冰密集度计算公式, 采用大津法（Otsu算法）得到基于MWRI数据的天气滤波器阈值。以2016年1月数据为例, 对北极海冰密集度进行反演, 并与美国国家冰雪数据中心（NSIDC）以及德国不莱梅大学提供的海冰密集度产品进行对比验证。结果表明： 基于MWRI数据得到的1月平均海冰面积以及平均密集度均介于二者之间, 其中平均密集度与不莱梅产品更接近, 仅相差1.310%。与风云卫星空间分辨率为250 m的中分辨率光谱成像仪（MERSI）数据得到的结果进行对比, 发现二者的海冰外缘线基本一致, MERSI数据得到的海冰密集度以及海冰面积比MWRI数据得到的结果分别高出5.029%、 9.318%。因此, 应用该方法可有效推进MWRI数据反演北极海冰密集度, 进而监测北极海冰分布和变化。     

丰满水库水温的原型观测及分析

为探究寒区冰封水库热状况的时空演变规律,于2010年6月~2011年8月对丰满水库的水温和冰情进行了原型观测。基于现场观测资料,阐述了丰满库区不同季节热结构的变化规律,重点分析了汛期洪水过程对分层结构的影响,并发现解冻初期水库表层浮力流动现象。同时,典型水温分层期1月和6月的坝前75~800m范围4条水温观测垂线基本一致,且同期电站下泄水温与坝前取水口对应高程平均水温差异较小,说明该水域范围内无三维水温效应。由于深层取水影响,丰满电站下泄水温过程较为稳定,但与坝址天然水温相比,5~7月、10~12月分别表现出月平均高达10.8℃、7.9℃的春夏低温水和秋冬高温水现象。此外,冰情监测结果表明,丰满水库冬季基本全库封冻,坝前最大冰厚约0.7m,且库区冰厚沿程出现不均匀分布的规律。     

GPR survey and physical measurements of sea ice in Quilty Bay,Larsemann hills,East Antarctica and its correlation with local atmospheric parameters

Sea ice formation in Quilty Bay, East Antarctica shows a strong relationship with climatic conditions and its spatial variation is established by GPR survey over the sea ice during the austral winters. The study also evaluates the variability of sea ice thickness and extent with local weather parameters between 2010 and 2014. Profiling on sea ice in Quilty Bay shows that sea ice thickness decreases gradually towards east. The overall thickness of sea ice is considerably less at the centre of the bay as compared to the coastal side. Two types of fast ice layers have been delineated from GPR surveys i.e. top layer fast ice which incorporates very low density surface snow and underlying high density fast ice i.e. with melt water pockets. Development of sea ice is influenced by persistent easterly winds, temperature fluctuations and ocean currents. Sea ice reveal average annual cyclic trend in Quilty Bay with maximum development in the year 2013 (157.54 cm) and the minimum development has been observed in the year 2010 (99.04 cm).The cyclic pattern of average sea ice accumulation data show perfect inverse correlation with surface air temperature, with measure of reliability R² = 0.93. However, moderate (R² = 0.52) and good (R² = 0.69) degree of inverse relationship is observed with surface snow and overall sea ice (snow and ice) respectively. With 0.46 °C change in temperature, there is 33% change in sea ice condition in Quilty Bay which may remain same as far as ice extents in the region. Besides this easterly winds play a vital role in controlling the snow/ice distribution patterns as reflected by isopach maps.     

青藏工程走廊热融湖湖底热状态

热融湖塘对寒区环境可产生较大影响, 其侧向热侵蚀会诱发冻土工程病害.选取青藏工程走廊热融湖塘分布密集的楚玛尔河、五道梁、北麓河3个亚区, 于2009—2010年通过HOBO水位传感器对4个固定湖塘的连续监测和大量湖塘的随机观测, 探讨了不同季节、不同水深湖底的热状态.在结冰期的1月中旬, 楚玛尔河90%以上的湖塘湖底温度都在0 ℃以下, 主要与湖塘较浅和湖水高矿化度有关.五道梁和北麓河湖底温度相对较高, 只有约20%的湖底温度低于0 ℃, 这些湖水深小于最大冻结冰层厚度; 最高温度高于4 ℃, 主要与湖较深有关.但3个亚区湖底温度均随着水深增加而增加.在6~9月融冰期, 湖底温度普遍增加, 最高达到18 ℃以上, 浅湖增温快于深湖, 湖底温度随着水深增加而递减.湖底温度年际变化近似为正弦曲线, 在1~2月, 湖底温度最低, 之后逐渐升高, 到7~8月, 湖底温度达到最高.      

近4万年渤海西岸海侵时古海面的现代标高对比研究*

近4万年以来,相应于两次高太阳辐射暖湿期渤海西岸曾经两次海水泛陆事件,即40~28kaB.P.与10~4kaB.P.海侵事件。文章基于众多钻孔海相层中有孔虫、介形类等海相微体生物化石的组合特征恢复海水深度,重建了海侵最大时的古海面的现代标高。结果显示: 40~28kaB.P.海侵,海面的现代标高最高可达-11~-5m;10~4kaB.P.海侵则为2~3m。后者同众多研究所认为的中全新世存在高海面,海面高度为2~3m的结论大致吻合,前者则与全球气候尚处在间冰阶,冰川部分消融,世界洋面处在-50m的大背景不协调。而辽东与山东半岛沿海众多钻孔揭示,40~28kaB.P.渤海地区并没有高于-50~-20m海面存在的证据。通过区域环境的综合分析,认为40~28kaB.P.渤海西岸的海侵,是早玉木冰期持续4~5万年之久的冰期低海面环境,这种特殊的环境使现代渤海西岸的大部分区域远离沉积环境,成为冲刷侵蚀区,这种效应叠加在冰期边缘海式构造下沉与弧后盆地性质的构造下沉背景之上造成区域性异常地面低洼;渤海西岸异常地面低洼在间冰阶全球趋暖,冰川型海侵的过程中形成的区域性强烈"视"海侵(指示当时海侵时海水深度很大,而不是海水的陆泛范围大)。     

南极的海冰区生态学研究

南极海冰区生态学研究始于20世纪60年代,属新兴的生态学研究领域。经过三个阶段的发展和深入研究,科学家们对海冰在冰区生态系统中的作用方面取得了共识。随着EASIZ和CS-EASIZ等国际南极区域性计划的相继出台,该研究已成为目前南极生态学研究的前沿和热点领域。文章同时对该领域的国内、外研究现状做了简要的介绍。