气候因子对渤海冰情影响的统计分析

运用相关分析、偏相关分析等统计分析方法研究了北极涛动、北极海冰和西伯利亚高压等气候因子对渤海海冰年际变化的影响。统计表明西伯利亚高压是影响渤海海冰年际变化最重要的因子。秋季北极海冰密集度、冬季北极涛动与渤海冰情显著相关,它们可能通过影响西伯利亚高压的强度,从而影响渤海海冰的严重程度。利用回归分析得到渤海冰情等级与西伯利亚高压、西太平洋副高之间的统计关系,回归结果较好的反映了渤海冰情年际变化。     

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.     

2001～2002年冬季黄渤海天气气候特征及对渤海海冰的影响

本文通过2001－2002年冬季（12－2月）大气环流特征及其对渤海气候 海冰影响的分析，指出西太平洋副热带高压（以下简称副高）和极涡的强7弱变化对渤海气温及海冰生消起着直接作用，证明了副高强（弱），极涡弱（强），从而渤海气温高（低），海冰轻（重）的关系。同时也指出拉尼娜过程对渤海气候变化所起的重要作用。     

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WAVEWATCH ■不同海冰模型的模拟结果比较

渤海是中国主要的海冰存在区域,同时渤海地区也是我国的经济重心,海上交通发达,经济活动频繁。海冰的存在对于海上波浪情况会产生重要的影响。随着渤海海冰范围的缩减,包括航运和海上建设在内的经济发展也在持续增加,这需要可靠的波浪和海冰预测来应对这种不断变化的环境,同时对经济活动影响最重大的海冰边缘区的波浪模拟变得越来越重要。本文使用WAVEWATCH ■不同海冰模型对渤海的海浪进行了模拟,并研究比较了不同海冰模型的差异。研究发现,在海冰模型中,其IC0和IC1均不是真实的理论模型,它们不具备模拟海冰覆盖海域下海浪的能力。IC2和IC3为理论模型,其衰减率随着频率变化,并且可以对高频部分进行有效的衰减,同时在低频区域的衰减率也处于合理的范围,而IC0与IC1则无法做到。针对海冰覆盖海域的海浪模拟,应首选IC2或IC3,同时根据实地海冰的情况来确定参数。     

黄、渤海海冰长期变化特征分析

选取渤海、黄海北部冰情等级、冰面积资料和大气环流逐月资料,采用小波分析和交叉小波分析方法,研究海冰长期变化特征及其气候成因。结果发现黄、渤海海冰具有多尺度变化特征,存在低频变化、高频变化和无明显周期的演变过程。西太平洋副高、亚洲极涡以及纬向环流是影响海冰生成与变化的直接因素。黄、渤海海冰还与印度洋副高、北美副高,以及大西洋副高存在显著年代际相关关系。     

逐步回归分析在渤海海冰等级预报中的应用

根据1951—2013年渤海海冰等级资料,利用最大熵谱法分析了渤海海冰等级的周期,结果表明渤海海冰具有明显的年际和年代际变化特征,其主要周期为2—7年和11年。相关分析及逐步回归分析表明:渤海海冰的年际变化与西太平洋副高面积及北界指数、太平洋副高面积指数、亚洲区极涡面积指数以及南方涛动指数都有显著的相关关系。利用逐步回归分析方法建立的海冰预报模型经过拟合和试预报都得到了很好的结果,具有较高的可信度。     

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。     

基于MODIS数据的渤海海冰厚度反演算法优化

海冰厚度是监测与研究渤海海冰的重要参数。为了获取更加可靠的渤海海冰厚度数据,本研究基于MODIS数据对海冰厚度反演中的冰水分离环节和冰厚计算方法都进行了改进。对于冰水分离环节,本文在Canny边缘检测算子提取海冰基础上,加入了二值化处理、阈值判别等步骤,实现了较高精度的渤海海冰范围自动化提取。通过试验确定了海冰厚度与反照率指数关系模型中的参数,包括海冰衰减系数和海水反照率参数,使其更加符合渤海海区的物理特征。将改进后算法的海冰厚度反演结果与渤海海上石油平台实测数据进行比较,并分析了误差来源。结果表明,经过对算法的改进,海冰厚度与反照率指数关系模型的反演结果与实测数据之间的平均绝对误差由7.05 cm缩小到2.74 cm,相关系数由0.434提高到0.485。     

2012—2013年冬季渤海海冰数值模拟研究

本文基于三维有限体积海洋模式FVCOM及其海冰模块,利用美国国家环境预报中心(NCEP)的逐时大气数据资料作为模式强迫场,以及通过调和优化后的WOA月平均气候态温盐场数据作为模式初始场,对2012年11月至2013年3月渤海海冰进行了数值模拟。通过对比数值模拟与实际海冰外缘线距离及海冰覆盖面积,模型能较好地模拟出整个渤海海域海冰的生消趋势与过程。渤海海冰密集度与厚度的时间空间分布特征具有较高的相似性与同步性:初冰时,辽东湾最先出现海冰;盛冰时,在辽东湾两者均达到最大;融冰时,海冰在莱州湾、渤海湾、辽东湾依次消失;在各个冰期,各个海湾湾顶的海冰密集度与厚度大于海湾整体水平。浮冰冰速与潮流流速、流向较为一致。在盛冰期,冰应力在辽东湾湾底东侧附近区域较大,最高能达到10 000 N/m。通过敏感性实验,发现证实了气温是影响渤海海冰生消的关键因子,每当气温变化1℃,渤海日平均净热通量偏差可达10～20 w/m~2左右,各湾最大冰外缘线距离改变10～20 n mile,初冰日与终冰日也会有5 d左右前后变化;潮汐分潮振幅的改变对海冰整体分布影响不大,但对海冰的冰速影响较大,每当潮汐分潮振幅变化10%时,平均冰速将正相关变化0.016 m/s左右。     

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。     

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。     

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%）。     

1990～1991年冬季渤海海冰冰情及其数值预报(Ⅰ)——渤海冰情及其天气成因

本文根据1990～1991年冬季渤海海冰的实况和历史资料,通过对冰期、冰厚、结冰范围等几个方面的对比分析,描述了该年度海冰的变化过程,并确定该年度黄、渤海海冰属于轻年。通过气温场、海温场及500hPa高度的分析,总结了该年度辽东湾海冰的特点及成因。     

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。     

星载SSM/Ⅰ微波遥感渤海海冰的辐射特征分析

根据我国渤海区域星载微波遥感ＤＭＳＰＳＳＭ／Ｉ１９９４～１９９６年的观察数据的研究,指出现有的星载微波遥感海冰的数据标定和验证ＴＢＩ和ＯＳＩ算法是不适用的。用２２和８５ＧＨｚ的散射指数ＳＩ和１９ＧＨｚ的极化指数ＰＩ,讨论了渤海区域海冰的主要辐射特征,用矢量辐射传输理论数值模拟了ＳＩ、ＰＩ与海冰覆盖及其厚度变化的定量关系,用ＳＩ－ＰＩ图规划了渤海区域性海冰的识别方法,给出了渤海海冰的空间分布及其辐射特征的时间序列变化。     

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。     

渤海潮汐对冰作用的数值模拟

为研究渤海潮对海冰运动的作用,将渤海海冰模式与Ｂｌｕｍｂｅｒｇ的ＥＣＯＭ－ｓｉ模式通过动力作用联结,构成一种海冰一海洋动力耦合模式。应用上述耦合模式对渤海冬季潮流对冰的动力作用进行模拟研究,得出了渤海海冰运动的一些显著特征。     

基于MODIS 影像渤海2012 年海冰变化分析

海冰是影响渤海冬季海运的严重灾害,研究年度周期内海冰时空变化具有重要意义。依据研究内容选择11期具有代表性的中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)影像数据,采用ENVI(The Environment for Visualizing Images)软件进行预处理,利用目视解译方法提取海冰面积与空间位置信息,采用ArcGIS软件制作了海冰时空变化图、海冰结冻与融化过程变化图。最后,对海冰面积变化、海冰结冻与融化过程进行了详细分析。研究结果表明,利用MODIS影像进行年度周期内海冰变化分析技术方法是可行的。     

渤海海冰与西伯利亚高压之间的关系及与北大西洋涛动之间的可能联系

依据对2000/2001—2014/2015年冬季渤海海冰范围和海平面气压(SLP)场季节内和年际变化的分析表明,SLP场与海冰范围关系密切,其中西伯利亚高压、冰岛低压附近为正相关区,亚速尔高压附近为负相关区。西伯利亚高压的变化在季节内和年际尺度上同时影响渤海海冰,北大西洋涛动(NAO)与渤海海冰的相关性主要表现在年际尺度上。研究表明,渤海海冰逐年冬季的季节内变化有所不同,在2003/2004、2004/2005、2007/2008年存在9~12候的显著周期,与大气30~60d的季节内振荡相对应,但在2009/2010年以后这一周期没有再出现,而西伯利亚高压相关区SLP的9~12候信号在整个研究时段相对较明显,这可以解释在季节内尺度上西伯利亚相关区与海冰范围的相关性在2009/2010年以后明显减小的现象;在年际尺度上,2007/2008年以后NAO(冰岛和亚速尔相关区SLP)与海冰范围的相关性突然增大,这一变化是由NAO和海冰范围(渤海地区气温)的2~4年和4~8年周期从2007/2008年开始更加契合引起的。NAO年际周期的变化可能会通过大气环流的北极-亚洲遥相关模态对渤海海冰范围产生影响。