海冰业务化预报基础研究进展

本文概述了我国近年来在海冰预报基础研究方面的工作进展情况,着重介绍了在我国海冰的气候成因、海冰分布特征和变化规律等方面的研究成果.     

融冰季节北极破碎冰区热通量的初步研究

利用航空遥感数字影像的解析结果和实测气象，海洋和海冰资料，定量研究了夏季融冰期北极破碎冰区的热通量，计算了海洋对大气的热贡献，结果表明，在北极夏季海冰融化时，短波辐射远远大于感热和潜热通量，是表面热通量的决定因素，海洋对大气的热贡献主要由长波辐射决定，在观测期间，海洋对大气的热贡献为38～104Wm^-2，这部分热量的大小与海冰的密集度有关，当海冰密集度小于0.8时，海洋对大气的热贡献随海冰密度度的增大而减小，而当海冰密集度超过0.8以后，该热通量将随海冰密集度的增大而增大。     

海冰板的环形屈曲的压缩破坏

在轴对称条件下，给出海冰板的环向屈曲面临载荷，从细观力学的观点分析了微裂纹开裂的条件，扩展方向并给出绕海洋平台柱腿冰的损伤区的尺度。所给出的临界半径是一个与冰材料力学特征，冰的微结构参数一海洋平台柱腿半径相关的特征参数。对现场所观察和测量的结构给出了解释和定量分析。     

南极海冰、冰穴和冰川冰及其对水团形成和变性的作用

本文利用前人的成果及笔者1992/1993年的南极海冰观测和收集的资料以及水文观测资料数据阐述了南极海冰的特性,特别是南极海冰过程、冰穴以及冰川冰对南极水团(南极表层水、南极底层水、南极陆架水、南极中层水以及南极冰架水)的形成和变性所起的特殊作用。 南极海冰覆盖面积的年际变化,夏季最大年份是最小年份的2倍多,冬季年间变化较小,最大仅为20％;但其季节变化非常大,冬季平均覆盖面积通常是夏季的5倍。南极海冰对大气-海洋间相互作用有重大影响,特别是深海洋区中冬季的结冰和发育造成的垂向对流、夏季的融化是形成南极表层水(含南极冬季水和南极夏季表层水),进而形成南极中层水的主要原因;南极陆架区的的海冰兴衰过程是形成南极陆架水的直接原因,它与变性南极绕极深层水混合并受到冰川冰的进一步冷却作用,成为形成南极底层水的主要水团;南极冰架底部的冷却、融化和冰架以下水体的结冰作用形成的高盐对流过程产生的南极冰架水,亦是形成南极底层水的贡献者。 冰穴是70年代以来卫星观测的重大发现。对其形成和对大气、海洋的影响作用尚不完全清楚,初步的研究成果表明,冰穴中产生的热盐对流对南极水团的形成、变性、大洋深层的翻转以及海洋-大气间的热量传输和气体交换起有非常重要的作用。     

北冰洋海冰厚度穿透雷达探测与下表面形态特征分析

通过对北冰洋海冰穿透雷达的探测与分析, 讨论了雷达电磁波探测海冰厚度和海冰下表面形态特征的能力. 结果表明, 雷达波可穿透超过6 m厚度的北极盛夏海冰, 雷达波在海冰内的传播速度是0.142~0.154 m/ns. 雷达图像表现出海冰下表面粗糙起伏的微形态特征, 这种微形态特征与海冰类型关系紧密, 反映出雷达探测有助于识别和划分海冰类型. 基于雷达图像同时显示海冰上、下界线的特点, 统计分析了二者界线实际长度的差异, 提出一个新的长度因子数值概念, 可用于海冰上、下表面面积差异的研究.     

ENSO循环过程对南极海冰的影响

应用 1 951- 2 0 0 2年NINO特征指数 (NINO1 +2 ,NINO3 ,NINO4 ,NINO3 .4)和 1 973-1 998年南极海冰北界范围以及 1 950- 2 0 0 1年SODA海洋温度资料。首先分析探讨了在ElNi no期间 ,堆积于赤道东太平洋的异常暖水在南半球的传播途径 ,进而研究了ENSO以及东南太平洋异常海温场与南极海冰之间的关系。结果表明 ,在ElNino期间 ,堆积于赤道东太平洋的异常暖水 ,是沿秘鲁和智利沿岸向极传播。其传播过程持续大约 1年的时间 ,但未发现沿南赤道流的西传现象。ENSO循环过程与南极海冰变化存在一定联系 ,特别是Amundsen Belling shausen海和南极半岛海冰的变化与ENSO暖事件 (ElNino)较为密切。当ElNino事件发生后 ,时滞 2年左右的时间 ,Amundsen Bellingshausen海和南极半岛的海冰将出现明显的减少现象 ,特别是南极半岛的海冰减少最为明显。ElNino事件对南极海冰的影响过程是 ,堆积于赤道东太平洋的大量异常暖水 ,沿南美 (秘鲁和智利 )沿岸近海向极地传播 ,异常暖水的这种向极传播过程将引起近极的海温场出现异常升高 ,最终导致Amundsen Bellingshausen海和南极半岛地区的海冰减少。自 2 0世纪 80年代以来 ,Amundsen Bellingshausen海和南极半岛的海冰出现明显减少的趋势 ,与这一时期的ElNino事件的频繁发生     

星载微波散射计技术及其在极地的应用

简要介绍了微波散射计的原理、星载微波散射计的发展状况及用于提高散射计图像空间分辨率的图像滤波重建算法。在此基础上结合几种星载微波散射计数据简要介绍了微波散射计在南北两极的应用情况 (海冰图测绘、海冰运动监测、海冰分类、极地冰盖研究等 )及其未来研究展望。     

北极海冰细菌产胞外酶及主要环境因子的初步研究

覆盖在北极海洋上的广阔海冰为其内部生存的微生物群落提供了一个独特的生境。研究表明 ,大量海冰细菌能够分泌产生胞外酶 ,其中产蛋白或脂质水解酶细菌的比例远高于产多糖水解酶的细菌。温度、盐度是直接影响海冰细菌生存与活力的 2个主要环境因子。 76%的产酪蛋白酶海冰细菌为低温菌 ,菌株只能在 <35°C条件下生长 ;而 98%的酪蛋白酶最适作用温度≥ 35°C ,其中 62 %的酶最适作用温度≥ 45°C。几乎所有的产酪蛋白酶海冰细菌都耐盐或嗜盐     

慕士塔格峰洋布拉克冰川消融的观测分析

2001年7月4日至8月8日,在慕士塔格峰西侧的洋布拉克冰川海拔4600～4460m区间的冰舌段,进行了短期的冰面消融观测.慕士塔格峰冰川区暖期短,冰面强消融时期比较集中.观测期间,冰面纯消融厚度为640～1260mm水层,日平均消融厚度达26～39.6mm,推算冰舌区年消融量不低于1700～2000mm,比青藏高原内部的冰川消融强烈的多.7月21-22日出现最大消融值,在海拔4460m和4600m,日消融量分别为144.5mm和59.5mm.冰面消融随海拔上升而减小,日平均消融梯度:在裸露冰区为0.40～0.55mm·10m-1;在表碛覆盖区为0.21～3.53mm·10m-1,变幅较裸露冰区大.按裸露冰区的消融梯度计算出海拔4800m处的日平均消融量,和过去的研究资料比较,2001年冰面日平均消融量较1987年和1960年的消融量大,反映出慕士塔格峰区影响冰川消融的气候与全球气候变暖的特点是一致的.     

冰-结构动力相互作用过程的DDA模拟

应用非连续变形分析(DDA)方法, 模拟了海冰与直立结构的动力相互作用过程的模拟.该方法的优点是能将冰对结构的碰撞及冰的破碎过程可视化, 同时发生碰撞后结构在每一时间步的响应都可计算出来.数值算例表明, DDA方法进行海冰破碎过程的模拟, 比有限元或边界元等方法更为合理和接近实际.