“工程海冰”新观点, “渤海海冰”添特色──《工程海冰学概论》简评

由国家科学技术着作出版基金和中共大连市委、大连市人民政府资助出版,中国工程院院士丁德文等着述的专着《工程海冰学概论》已由海洋出版社正式出版发行。该书从工程角度出发,以海冰为主体,介绍了海冰区工程的环境及其对工程行为的影响以及海冰监测、海冰灾害预警和抗冰减灾技术等。该书集海冰理论和工程环境应用于一体。随着海洋工程,尤其是海上油气开发的蓬勃发展,海冰与结构物相互作用的问题日益突出,成为困扰海洋工程界的难题,也是制约海上工程活动的重要因素,而解决这些问题,有些是目前海冰工程学所不能及的,因而就酝酿着一门新的交叉学科的产生。     

北极喀拉海工程海冰冰情特征统计分析

本文基于ICDC海冰密集度、冰厚及NSIDC冰速数据,分析了喀拉海工程海冰时空变化特征,并采用ECMWF大气强迫资料,进一步分析了影响喀拉海冰情的热力与动力因素。结果显示,喀拉海海冰冰情总体呈现由重变轻趋势;海冰时空变化显著,存在8个月的高密集度完全冰封期,冬季月份全海域冰厚高于60cm,夏季西南部冰厚低于20cm,冻结快,融化慢;油气代表点处冰厚频率分布呈双峰状,常冰向及强冰向以NW、NNW及SSE方向为主;冬季积温是决定融冻期海冰覆盖率特征和增长期冰厚指数的主要因素;自2005年起,喀拉海夏季几近无冰,经向风场与海冰覆盖率开始存在相关性。     

海冰数值模拟进展

1 海冰的性质和热力学环境 海冰的特征主要表现在冰面积、厚度、密集度及冰的种类(多年冰、当年冰等)。这些属性是随着地理环境和时间的变化而变化的。海冰的面积和厚度有明显的季节性变化和年际变化。根据海冰观测情报分析,海冰的面积及其     

海洋新概念:工程海冰学——兼论《工程海冰学概论》之特色

随着我国经济建设的高速发展，海洋经济已成为国民经济的主战场和新的增长点。随着陆上资源的日渐枯竭，人们已将目光移向海洋，海上运输、港口建设、海上石油开采、海水养殖等海洋开发事业如雨后春笋，呈现勃勃生机。２１世纪已成为人类全面认识、开发、利用和保护海洋的新世纪。随着海洋开发的大规模开展，影响海上结构物安全和操作的海冰灾害问题、海冰与结构物相互作用问题，以及根据海冰条件合理设计冰区结构物的问题日益突出，引起海洋工程界、专家和学者的高度重视。长期以来，虽然我国海洋科技工作者在海冰工程学科中从理论分析、模…     

红沿河核电站取水口海冰堆积特性的离散元分析

在寒冷地区,海冰在核电站取水结构物前的堆积会对取水口造成阻塞和损坏,进而影响核电设备的正常运作。以红沿河核电站的取水设施为例,综合考虑该工程海域冰区特点及风和流的作用等因素。建立了海冰的离散元模型,用于模拟海冰在结构物前的堆积和破坏过程。该离散元模型由规则排列的球体颗粒构成,颗粒间采用平行黏结模型进行黏结。考虑了海冰的平均尺寸、密集度及流速三个因素对海冰堆积过程的影响,对海冰堆积高度进行预判。其中,堆积高度随海冰的密集度和流速的增大而增大,而海冰的平均尺寸对堆积高度没有明显影响。分析结果表明,离散元数值模拟可用于评估和预测取水工程中海冰堆积造成堵塞的风险。     

卤水体积和应力速率影响下海冰强度的统一表征

无论在地球物理尺度下研究海冰的动力学演化特性,还是在工程结构尺度下分析海冰与海洋结构物的相互作用过程,海冰强度均是影响海冰宏观变形和细观破坏规律的重要力学参数。本文通过对渤海海冰物理力学性质的现场和室内试验,分析了海冰压缩、弯曲和剪切强度参数与卤水体积、应力速率的对应关系。试验结果表明,海冰强度与卤水体积更好地呈指数关系,与应力速率呈线性关系;在此基础上,本文建立了由卤水体积和应力速率共同表征的海冰强度统一函数关系,为工程领域对海冰强度的选取提供有力的参考依据。     

渤海海冰聚类分析和中期预报试验

环渤海地区发达，是我国重要的经济和资源开发区，海上的人类活动如油气勘探开发、港口海岸工程及海上交通运输等在每年冬季海冰形成和发展期间都受到不同程度的影响，严重的冰情甚至造成海冰灾害。为了保障海冰覆盖的渤海海区内的船只、海上建筑物的安全，提前作好防冰的准备，海冰预报方法研究成为必要的一项工作。渤海海冰是典型的一年冰，它的增长和融化以全球气候为背景，主要由当地气象条件决定。对多年海冰资料进行分型可以得到海冰的冰型，把冰型内各冰样本对应的500hPa高度场进行分析得到该冰型对应的高度场型。获得了未来十天的高度场后，我们可以利用冰型和冰型所对应的高度场型之间一一对应的关系，进行渤海海冰未来十天的预报。预报的准确程度由获得的高度场和高度场型的相似程度决策。     

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     

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。     

海冰密集度卫星遥感反演研究进展

海冰密集度是海冰的重要参数之一,在冰区导航、海上作业、海冰模式验证和气候模型改进等方面具有重要意义。卫星遥感具有覆盖范围广、重访周期短、成本相对低等优势,已成为获取海冰密集度的主要观测手段。本文从主被动微波遥感和光学遥感的角度,回顾了现阶段海冰密集度卫星遥感反演研究进展情况,包括海冰监测传感器、海冰密集度反演算法和海冰密集度产品等。结果表明,被动微波遥感是目前获取海冰密集度的主要方式,已发展出许多成熟的业务化算法;主动微波遥感数据已成为制作冰情图的主要数据源,海冰密集度反演算法由合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）图像分类向深度学习算法发展;光学遥感海冰密集度算法较为成熟,但受限于云层和夜晚限制,其反演结果多用于其他海冰密集度产品的验证。受传感器硬件限制,3种观测手段各有其长处与不足。为获得高精度、高时空分辨率的海冰密集度数据,开展多源数据融合研究是解决传感器性能瓶颈的有效手段。大数据时代,基于深度学习的海冰密集度卫星遥感反演技术快速发展,需要深度融入海冰密集度卫星遥感领域知识。海冰密集度卫星遥感反演应着力于海冰预报服务,致力于提高我国的海冰预报能力。     

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。     

“93北京国际海冰研讨会”在北京举行

“９３北京国际海冰研讨会”在北京举行“９３北京国际海冰研讨会”于１９９３年１０月１９～２２日在北京举行。参加会议的有加拿大、美国、芬兰、日本、比利时、俄国、法国、德国、中国等９个国家的代表５０多人，宣读论文４０余篇。本次研讨会由国家海洋环境预报中心、...     

渤黄海海冰灾害与防御对策

给出了渤、黄海60 a来海冰灾害的基本状况,总结和分析了海冰对我国海洋经济的主要影响和危害.同时,从工程和非工程两个方面提出了海冰防灾减灾的构思和对策.     

星载合成孔径雷达北极海冰覆盖观测

正海冰是北极变化的"指示器"。准确的海冰覆盖信息对于北极环境与气候变化认知、极地航行安全保障等方面具有重要作用。星载合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)以全天候、全天时和高空间分辨率的特点,在极地海冰观测展示了突出优势。前期针对高分3号SAR数据,我们建立了基于支持     

第2讲 海冰动力学

简单回顾了海冰动力学的发展,介绍了海冰漂移、形变和堆积等动力学过程,对比分析了不同海冰本构关系在海冰流变学的应用。     

海冰运动研究进展综述

对海冰运动研究的主要进展进行综合评述:概述了海冰运动学研究的发展情况,重点对海冰运动的数值模拟、浮标观测、卫星遥感、雷达图像监测和数字图像监测等技术的发展历程和关键研究成果进行总结,并根据近几十年海冰运动发展现状,立足于实际需求,考虑技术发展水平,讨论海冰运动未来研究趋势。基于现场和遥感观测开发具有更高时间、空间分辨率的海冰运动模式将是未来研究侧重的方向。     

渤海海冰数值模式中计算参数的确定

在渤海海冰数值模拟和预报中,针对该海域的气象和水文特点,对模式中的计算参数进行了确定是必要的。本文通过对辽东湾ＪＺ２０－２海域的气象、水文和海冰要素的定点观测,对同太阳辐射、海洋热通量以及拖曳系数等参数进行了计算,对其特点以及对海冰生消和运移的影响进行了分析和讨论。这对提高渤海海冰数值模拟和预报的精度有很大促进,也是建立和发展局地工程海冰数值模式的重要内容。     

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%）。     

南极海冰快速下降历史事件的时空特征分析

卫星记录以来,南极海冰范围发生5次快速下降事件,研究这5次事件的时空特征,对进一步认识海冰快速下降事件的物理机制具有重要意义。基于海冰范围和海冰密集度的卫星数据,从时间和空间两个维度总结5次南极海冰快速下降事件的特征,再结合大气和海洋各项环境因素的再分析数据,探讨海冰快速下降的影响因素及其驱动过程。结果显示:南极海冰快速下降的空间分布存在季节性差异, 2021年8～12月以及2016年8～12月的春季南极海冰快速下降由别林斯高晋海、威德尔海、印度洋和西太平洋区域的海冰减少所主导; 2010年12月至2011年4月以及1985年12月至1986年4月的夏季南极海冰快速下降由威德尔海、罗斯海沿岸和西太平洋区域的海冰减少所主导;2008年4～8月的冬季南极海冰快速下降则由别林斯高晋海和西太平洋的部分区域的海冰减少所主导。探究影响海冰的环境因素发现,海表面温度和海表面净热通量对海冰减少的热力效应影响具有区域性差异。此外,南极海冰快速下降受阿蒙森低压的影响,相应的海表面风异常既通过经向热输运的热力效应导致海冰减少,也通过风的动力效应驱动海冰漂移使得海冰密集度降低。     

“海洋1号”卫星在海冰监测和预报中的应用

“海洋1号A”卫星是我国发射的第一颗海洋卫星.2002~2003年冬季,该卫星首次应用于我国渤海海冰监测和预报.建立了从卫星1B级数据开始的海冰反演系统,提供海冰遥感图像和海冰密集度、冰厚与冰外缘线数值产品,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.介绍所发展的“海洋1号A”卫星海冰反演系统的流程、算法和反演参数,海冰反演结果,及其在渤海海冰监测和预报中的应用.