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。     

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。     

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。     

2010—2011年冬季渤海海冰数值预报

简要介绍了2010—2011年冬季渤海的天气与冰情,总结了该年度海冰数值预报情况,客观检验结果表明数值预报保证率满足业务预报精度要求。     

桑沟湾海冰厚度遥感反演研究

为解决现场调查数据覆盖不足的问题,利用卫星遥感数据(Landsat TM和ETM+)对桑沟湾海域的海冰厚度进行了反演。与Zubov模型计算结果相比,本反演结果与之接近(相关系数0.89)。由遥感影像提取结果看出,桑沟湾海冰厚度随时间和空间变化明显。在轻冰年份,桑沟湾基本无冰。在偏重冰年和重冰年份,桑沟湾出现大量浮冰,并且海冰在水动力和风应力的作用下,呈现由近岸到离岸冰厚不断减小的趋势。重冰年份桑沟湾南侧由于受潮汐和风力推动作用下发生挤压变形,近岸出现平均冰厚较大的海冰(20 cm),桑沟湾中部也出现平均厚度约5~10 cm的海冰。     

基于MODIS热红外数据的渤海海冰厚度反演

Level ice thickness distribution pattern in the Bohai Sea in the winter of 2009–2010 was investigated in this paper using MODIS night-time thermal infrared imagery.The cloud cover in the imagery was masked out manually.Level ice thickness was calculated using MODIS ice surface temperature and an ice surface heat balance equation.Weather forcing data was from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) analyses.The retrieved ice thickness agreed reasonable well with in situ observations from two off-shore oil platforms.The overall bias and the root mean square error of the MODIS ice thickness are –1.4 cm and 3.9 cm,respectively.The MODIS results under cold conditions(air temperature –10°C) also agree with the estimated ice growth from Lebedev and Zubov models.The MODIS ice thickness is sensitive to the changes of the sea ice and air temperature,in particular when the sea ice is relatively thin.It is less sensitive to the wind speed.Our method is feasible for the Bohai Sea operational ice thickness analyses during cold freezing seasons.     

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).     

基于GOCI数据渤海海冰厚度算法研究

提出一种基于GOCI数据提取渤海海冰厚度方法并将其应用于2014年-2015年冬季渤海海冰厚度动态变化监测。首先基于高时间分辨率的GOCI数据建立GOCI短波宽带反射率与各波段反射率模型,然后建立海冰厚度与GOCI短波宽带反射率模型,并将此模型应用于渤海海冰厚度监测,最后通过基于MODIS数据、热动力学模型（Lebedev和Zubov模型）反演获得的海冰厚度以及实测海冰厚度数据对实验结果进行验证。实验结果表明：基于GOCI数据建立海冰厚度模型所反演的海冰厚度与基于MODIS数据反演的海冰厚度以及Lebedev和Zubov模型具有较高相关性（R2>0.86）,而且反演结果接近实测数据（RMS为6.82 cm）。     

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。     

渤海海冰特征厚度分析

通过海冰生消机理和数值试验,讨论了渤海海冰特征厚度的存在条件;对不同厚度的海冰表面温度、冰面热量收支、冰面下热传导和太阳辐射透射量进行了对比分析,分析了渤海海冰向特征冰厚的动态演化过程;在不同气温、风速、相对湿度和海洋热通量等气象和水文条件下,对渤海特征冰厚进行了计算;讨论了海冰生消的动态平衡过程,分析了1997/1998年冬季辽东湾JZ20-2海域实测冰厚与特征冰厚的相互关系。对渤海特征冰厚分析将有助于渤海海冰数值模拟工作的开展和对不同重现期设计冰厚的推算。     

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.     

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。     

2007-2018年黄渤海海冰气候特征及其对气象因子的响应

基于美国国家冰雪数据中心 （NSIDC） 海冰资料、美国国家环境预报中心 （NCEP） 再分析格点数据和黄渤海近岸13个气象站点逐日气温数据,通过相关分析和合成分析,研究了 2007-2018 年黄渤海海冰范围的变化特征,探讨了近 12 年黄渤海海冰范围对近岸陆地气温、大气环流和局地天气过程的响应。结果表明: （1） 黄渤海海冰范围年际振荡明显,近 12 年呈现先增加后减小的趋势,与同期黄渤海近岸气温呈显著负相关关系;每年 1 月下旬至 2 月下旬是一年中海冰范围最大的时期。（2） 海冰范围偏大与偏小年份东亚地区 500 hPa 大气环流形势呈现出近乎相反的分布。 （3） 东亚阻塞形势的建立是黄渤海海冰范围爆发性增大的一个前兆信号,它带来的大风降温天气是造成黄渤海海冰范围爆发性增大的重要原因.     

渤海辽东湾区海底地形分区特征和成因研究

为了探明辽东湾区海底地形,通过测深系统对辽东湾区海底地形进行了高进度、全覆盖测量,进而根据地形起伏特点对辽东湾区海底地形进行了分区,并分析了影响辽东湾地形发育的主要因素。结果表明:辽东湾区海底地形分为5个子区,地形发育受地质构造、水动力来源和沉积物供应的复合影响。     

渤海、北黄海冰情与太平洋副热带高压的统计关系

对1975—2006年逐月太平洋副热带高压面积和强度指数序列与渤海、北黄海冰情等级序列进行了统计分析,计算结果表明,8月和12月太平洋副热带高压面积和强度指数与冰情等级具有良好的相关关系。利用回归方法得到它们之间的统计关系,回归结果表明,太平洋副热带高压面积和强度指数越大,当年冬季冰情越轻,该统计关系对中国冰情预报具有一定的参考意义。