利用CCD成像技术进行渤海海冰观测探讨

利用CCD成像技术进行走航海冰观测是国际南极科学委员会海冰过程与气候项目制定的南极海冰观测方法的一部分.本文介绍了利用CCD成像技术进行海冰观测及其图像信息提取的基本原理,分析了该项技术在南北极海冰走航观测应用实践中的成功经验及问题所在,讨论了南北极与渤海冰情和调查作业环境的差异,探讨了利用CCD成像技术进行渤海海冰观测的应用前景.     

渤海冰-海洋耦合模式——I．模式和参数研究

在国内外冰-海洋耦合模式研究基础上，根据渤海水文、气象和冰情特点，以国家海洋环境预报中心的渤海海冰预报模式和POM海洋模式为基础，开发了一个冰-海洋耦合模式．在该耦合模式中，冰和海洋之间的动量和热量交换是双向的，冰厚和冰密集度的变化不仅由冰表面和冰底的热收支决定，还由开阔水的表面热收支决定．侧重阐述了耦合模式的动力和热力学过程的耦合，并对模式中一些热力参数进行了讨论．     

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。     

渤海冰面积与营口气温的关系

通过对2000～2004年连续5年冬季渤海逐日冰面积与营口日均气温积温的相关分析,发现二者相关关系较好,同时获得了逐日冰面积与营口日均气温积温的线性回归方程,并用此方程对2005～2006年冬季渤海的冰面积进行了预报试验,试验结果证明该方程具有一定的预报能力.     

渤海冰-海洋耦合模式Ⅰ.模式和参数研究

在国内外冰-海洋耦合模式研究基础上,根据渤海水文、气象和冰情特点,以国家海洋环境预报中心的渤海海冰预报模式和POM海洋模式为基础,开发了一个冰-海洋耦合模式.在该耦合模式中,冰和海洋之间的动量和热量交换是双向的,冰厚和冰密集度的变化不仅由冰表面和冰底的热收支决定,还由开阔水的表面热收支决定.侧重阐述了耦合模式的动力和热力学过程的耦合,并对模式中一些热力参数进行了讨论.     

乌梁素海湖泊冰消融过程的现场观测

为了研究湖泊冰消融过程中的水文特征,以内蒙古乌梁素海湖泊为研究对象,对湖泊冰消融过程中气温、冰温、水温和冰厚度进行连续观测,以分析冰温和水温对气温变化的响应,并建立冰厚度与累积正积温间的关系。用冰钻钻取6根处于不同消融时期的冰芯样品,测定其表观密度,并从冰的晶体类型、表面特征、冰体透明度、气泡形态和气泡数量等方面分析冰柱的形态结构。结果表明:气温是影响冰温变化的主要因素,但冰温的变化过程滞后于气温的;冰下水的温度稳定在-0.20~-0.35℃,不受气温的影响。湖冰消融期冰的表观密度为611.5~920.3kg/m3,小于纯冰的密度,其随着冰层的消融而减小;且冰层上部密度小于中下部的,这主要冰融水沿孔隙下渗有关;随着湖冰的消融,冰的晶体类型、冰表面特征、冰体透明度、气泡形态和气泡数量等方面均有较大变化。     

细粒酒精模型冰的弯曲强度试验研究

基于不同制冰条件和工的细粒酒精模型冰层原位悬臂弯曲强度试验,给出细料酒精模型冰弯曲强度;分析了考虑和不考虑不浮力效应对弯曲强度的差异;利用向睡向下弯曲强度结果给出该模型冰各向同性的证据;得到该冰弯曲强度与其密度、冰内未冻液含量和制冷过程可控制因子的关系,并作为定量控制模型冰质量的基础。     

1997～1998年度冬季黄渤海天气气候特征及对渤海海冰的影响

本文通过对冬季黄渤海气候特征、环流背景的分析及对渤海海冰的影响,指出海温是影响海冰的主要因素,从而总结了１９９７～１９９８年度渤海海冰情况。     

渤海冰-海洋耦合模式Ⅱ.个例试验

以渤海1998~1999和2000~2001年度冬季的海冰发展过程为例,采用实时气象数值预报场作为大气强迫,利用渤海冰海洋耦合模式模拟渤海整个冬季的海冰生消和演变以及渤海冰季冰气、冰水和气水界面的热收支.模拟结果显示大气和海洋的热力效应对渤海的海冰发展非常重要,特别在海冰的冻结和融化阶段,海洋热通量在热力耦合中起着重要作用.模拟还显示了冰覆盖内部区域和冰外缘线附近不同的热力特征,分析讨论了冰区内和冰边缘两个特征点冰厚分布、界面热量收支和海表水温等.     

渤海及黄海北部冰情长期变化趋势分析

统计分析上世纪50年代—2010年渤海及黄海北部海冰资料,对其年代际变化特征进行分析。上世纪50年代—90年代冰情总体呈缓解的趋势,2000年以来冰情略有加重。研究发现太阳活动与渤海及黄海北部冰情变化关系密切,太阳活动可能是渤海及黄海北部冰情长期变化重要影响因素。如果太阳黑子的周期长度比上一个周期长,那么周期内冰情较上一个周期严重。反之亦然。     

The estimate of sea ice resources quantity in the Bohai Sea based on NOAA/AVHRR data

The research on sea ice resources is the academic base of sea ice exploitation in the Bohai Sea. According to the ice-water spectrum differences and the correlation between ice thickness and albedo, this paper comes up with a sea ice thickness inversion model based on the NOAA/AVHRR data. And then a sea ice resources quantity (SIQ) time series of Bohai Sea is established from 1987 to 2009. The results indicate that the average error of inversion sea ice thickness is below 30%. The maximum sea ice resources quantity is about 6 × 10 9 m 3 and the minimum is 1.3 × 10 9 m 3 . And a preliminary analysis has been made on the errors of the estimate of sea ice resources quantity (SIQ).     

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%）。     

渤海和北极海冰组构及晶体结构特征分析

渤海一年冰的组构和晶体结构表现出的冰的非连续生长速率使得冰层底部具有气泡含量不同的许多分层;静水生长的灰冰具有典型的粒状冰和柱状冰;融化-重冻结冰和重叠冰具有特定的晶体结构.位于北冰洋72°24.037'N,153°33.994'W,长2.2m的冰心样为三年冰,并且发现其内有一种新的晶体类型,定义为碎屑凝聚冰.由位于北冰洋74°58.614'N,160°31.830'W,长4.86m的冰心样的晶体结构分析发现它过去为冰脊,后经融化-冻结改造形成冰丘的证据.     

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。     

渤海海冰的年际和年代际变化特征与机理

根据1951-2013年间的渤海冰情等级资料,利用最大熵谱分析、相关分析和合成分析等方法,研究了渤海冰情等级的年际和年代际变化特征,探讨了局地气候、大气环流、ENSO(El Nio-Southern Oscillation)和太平洋年代际振荡(PDO)对海冰的影响。结果表明,渤海海冰具有明显的年际和年代际变化特征,并在1972年前后发生了一次由重到轻的气候跃变,在跃变后冰情较跃变前平均降低了0.7级。相关分析与合成分析结果显示,渤海冰情的年际变化除受局地气候的影响外,还受西太平洋副热带高压(副高)、极涡和欧亚环流的共同调控,特别在1972年以后,秋季副高、冬季欧亚和亚洲纬向环流对渤海冰情的年际变化均有重要影响,可作为渤海海冰预报的重要因子,而春季PDO、ENSO、冬季副高及欧亚和亚洲经向环流则是渤海冰情年代际变化的影响因素。     

海冰动力过程的改进离散元模型及在渤海的应用

海冰的断裂、重叠和堆积等离散分布特性广泛地存在于极区和副极区的不同海域,并对海冰的生消、运移过程有着重要影响。针对海冰在不同尺度下的离散分布特点,发展海冰动力过程的离散元方法有助于完善海冰数值模式,提高海冰数值模拟的计算精度。为此,本文针对海冰生消运移过程中的非连续分布和形变特性,发展了适用于海冰动力过程的改进离散元模型(MDEM)。不同于传统离散元方法,该模型将海冰离散为具有一定厚度、尺寸和密集度的圆盘单元。海冰单元设为诸多浮冰块的集合体,其在运移和相互接触碰撞过程中,依照质量守恒发生单元尺寸、密集度和厚度的相应变化。基于海冰离散性和流变性的特点,该模型采用黏弹性接触本构模型计算单元间的作用力,并依据Mohr-Coulomb准则计算海冰法向作用下的塑性变形及切向摩擦力。为验证该模型的可靠性,本文对海冰在规则水域内的运移和堆积过程进行了分析,离散元计算结果与解析值相一致;此外,对旋转风场下海冰漂移规律的模拟进一步验证了本文方法的精确性。在此基础上,对渤海辽东湾的海冰动力过程进行了48h数值分析,计算结果与卫星遥感资料和油气作业区的海冰现场监测数据吻合良好。在下一步工作中将考虑海冰离散元模拟中的热力因素影响,发展具有冻结、断裂效应的海冰离散元模型,更精确地模拟海冰动力-热力耦合作用下的生消和运移过程。     

渤海海冰现场监测的数字图像技术及其应用

在渤海冰区油气开发中,海冰给平台结构、油气运输和施工作业带来很大影响.油气作业区海冰参数精确、连续、实时的现场监测对分析油气开发的可靠性、检验海冰数值模式、校正海冰卫星遥感数据具有重要意义.针对渤海油气作业区的海冰运动和分布特性,通过数字图像技术对海冰的厚度、运动速度和密集度三个参数的提取进行了算法开发和软件研制.在2...     

渤海海冰现场监测的数字图像技术及其应用

在渤海冰区油气开发中,海冰给平台结构、油气运输和施工作业带来很大影响。油气作业区海冰参数精确、连续、实时的现场监测对分析油气开发的可靠性、检验海冰数值模式、校正海冰卫星遥感数据具有重要意义。针对渤海油气作业区的海冰运动和分布特性,通过数字图像技术对海冰的厚度、运动速度和密集度三个参数的提取进行了算法开发和软件研制。在2009-2010年采用该海冰数字图像监测软件对渤海辽东湾JZ20-2油气作业区的海冰参数进行了全冰期的连续监测,获得了翔实可靠的海冰厚度、密集度和冰速等海冰监测资料。现场监测应用表明,该海冰数字图像监测软件具有操作性强、精确度高、可靠性好的优点。该监测技术进一步完善后可广泛应用于渤海油气作业区的海冰现场监测,成为海冰业务化现场监测的重要组成部分。