极地海冰厚度探测方法及其应用研究综述

海冰是全球气候变化的敏感指示器,对全球热平衡、大气环流、海洋水循环和温盐平衡起到至关重要的作用。海冰厚度作为海冰中最重要的参数之一,也是最难探测的地球物理参数。在回顾和分析基于仰视声纳、走航观测、电磁感应、微波遥感等方法进行极地海冰厚度探测和应用研究的基础上,着重阐述近年来利用卫星测高技术估算极地海冰厚度的研究现状与趋势,为我国开展相关科研工作提供参考。     

我国北极航道开拓的战略选择初探

对于我国,正在发展和形成中的洲际贸易航线——北极航道是当今经济全球化、政治多极化和气候变化大趋势下出现的重大机遇,也是"一带一路"的重要补充,具有较高战略价值。根据北极航道当前发展状况,从开拓北极航道的战略选择角度,针对航运条件、法律和地缘政治等方面对北极东北航道、西北航道和穿极航道三条不同海运路径做了概括性比较,以期为北极航道发展的战略选择做一些前期思考。结果表明:(1)近年来虽然世界贸易和航运业不景气,但北极航运逆势而上,呈现扩大化增长趋势,无强力破冰船引航的商船独立航行时代已初显端倪;(2)三条北极航道处于不同发展阶段:东北航道发展最快,散货船和油气轮方式的资源和过境运输已形成小规模的运营业务;西北航道次之,正在尝试散货船的资源运输;穿极航道过境通行潜力开始受到越来越多关注。三条航道的集装箱过境运输尚处于空白;(3)针对三条北极航道不同发展阶段和趋势,结合战略需求,我国北极航道开拓应采取"用一个、试一个、探一个"的发展思路,即:东北航道做实质性的投入;西北航道做尝试性的投入;穿极航道做探索性的投入。投入重点当为我国有较大需求的中-欧和中-美集装箱船过境运输;(4)科学考察和商业利用是我国北极航道开拓和利用的先导,鉴于北极航道的不同国际法和地缘政治环境,作为"一带一路"北线的实施可采取"对接"和"探索"并行的发展策略。     

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。     

北极秋季海冰减少与亚洲大陆冬季温度异常

本文使用SVD等诊断分析方法探讨北极秋季海冰密集度与亚洲冬季温度异常之间的关系。结果表明,近30余年来,北极秋季海冰减少伴随着亚洲大陆冬季温度降低,但青藏高原地区、北冰洋和北太平洋沿岸除外。北极秋季海冰密集度减小激发欧亚大陆和北冰洋北部两个区域位势高度的改变,这种异常的变化模态从秋季持续到冬季。位势高度异常的负值中心位于巴伦支海和喀拉海。位势高度异常的正值中心位于蒙古区域。与重力位势高度异常伴随的风场异常为亚洲冬季温度降低提供自北向南的冷气流。随着北极海冰的不断减少,其与亚洲大陆冬季温度降低之间的关系将为气候长期预测提供参考。     

利用西北印度洋船测数据评估基于卫星的海表面温度

本文描述了一次夏季在西北印度洋进行的调查船水文测量,用船测数据评估卫星海面表温度,并寻找影响海表面温度误差的主要因素。我们考虑了两种卫星数据,第一种是微波遥感产品——热带降雨测量任务微波成像仪TMI数据,另外一种是融合了微波,红外线,以及少部分观测数据的融合数据产品——可处理海表温度和海冰分析OSTIA数据。结果表明融合数据的日平均海表面温度的平均误差和均方根误差都比微波遥感小。这一结果证明了融合红外线遥感,微波遥感以及观测数据来提高海表面温度数据质量的必要性。此外,我们分析了海表面温度误差与各项水文参数之间的相关关系,包括风速,大气温度,想对湿度,大气压力,能见度。结果表明风速与TMI海表面温度误差的相关系数最大。而大气温度是影响OSTIA海表面温度误差最重要的因素;与此同时,想对湿度与海表面温度误差的相关系数也很高。     

渤海冰期溢油特性变化规律研究

当溢油事件发生在有冰覆盖海域时,海面油膜的各项特性的变化规律将发生显著变化。针对这一问题,采用室内试验的方法对渤海可能发生的冰期溢油事件进行了模拟,重点针对溢油在有冰覆盖海面上的特性变化进行了详细观测,并依据观测数据对相关变化规律进行了探讨。试验中分别对轻质原油和重质原油试样进行了测试,并针对渤海常年遇冰条件进行了模拟。试验内容包括:油膜厚度、油膜蒸发率以及乳化黏度在不同冰块覆盖率下随时间的变化情况。试验测试结果表明,溢油的各项风化进程均将受到海冰的影响。     

1990年代和2000年代华北寒潮的对比及其与北极海冰的联系

基于华北区域均一化站点气温资料、NCEP/NCAR大气再分析资料、CFSR大气再分析资料以及NOAA高分辨率北极海冰密集度资料,对比研究了1990年代与2000年代华北寒潮的差异及其与秋、冬季北极海冰的联系。结果表明:影响华北的区域性寒潮事件在1990年代（2000年代）发生的频次为1957~2011年最多（少）,但寒潮平均强度偏弱（强）,冷空气大多源自格陵兰岛（新地岛）附近,取偏西（偏北）路径进入华北。秋、冬季新地岛附近以及巴芬湾附近海冰在2000年代初显著减少,导致1990年代与2000年代出现显著环流差异:1990年代（2000年代）极区位势高度存在负异常（正异常）,欧亚大陆大型槽脊波动较弱（强）,绕极区西风较强（弱）,东亚大槽较弱（强）,西伯利亚高压较弱（强）,使得华北寒潮在两段时间出现上述差异。     

无源微波遥感技术在海冰测厚中的应用研究

　In recent years, microwave radiometry has been developed as a powerful technique for remote Sensing of Sea ice in China. Since 1986 the thermal emission from sea ice in Liaodong Bay and Bohai Bay has been measured by multi-frequency microwave radiometers designed by Changchun Institute of Geography, Academia Sinica.     

北半球大气环流对北极海冰异常响应的数值试验

本文利用全球9层15波谱模式,模拟了北极海冰后退期持续异常对北半球大气环流季节变化的影响。结果表明:这种影响是明显的,它遍及近地面层,对流层和平流层等各层;波及极地——高纬——中纬——低纬整个北半球;既有同时的,又有滞后的,且还具有季节变化等特点。     

2018/2019年冬季北半球大气环流特征及对我国冬季气温异常的影响

2018/2019年冬季,东亚冬季风较常年同期偏强,西伯利亚高压偏强。在北半球500 hPa高度距平场上,乌拉尔山地区为高度场正异常,贝加尔湖 巴尔喀什湖地区为高度场负异常,欧亚中高纬整体以经向型环流为主。冬季冷空气活动较频繁且强度偏强,受其影响,除东北地区、西南地区及华南地区中东部等地气温较常年同期偏高外,全国其余地区气温偏低。此外,欧亚中高纬环流季节内调整明显,导致我国气温异常表现出明显的阶段性特征。前期秋季巴伦支海 喀拉海海冰密集度偏低是造成东亚冬季风偏强的重要原因。