辽东湾海冰及运动特点分析

本文利用１９８７－１９９２年度渤、黄海海冰调查及ＮＯＡＡ卫星资料，经过计算、分析和研究，得出了：一般年份（常年）辽东湾海冰的分布规律，其流冰最大外缘线与湾形相似。同时表明：辽东湾的流冰运动受控于潮流，呈东北－西南向的往复运动，风使流水沿风向作水平位移，余流对流冰运动有微弱影响。     

渤海冰情航空遥感技术研究

本文着重介绍了国家“七五”重点科技攻关专题“海冰航空遥感技术研究”的主要成果。经过五年的高空和地面试验、研究及应用,初步形成了包括航空遥感海冰监测系统、测冰航线设计、海冰地面定标分析、航空遥感测冰航线设计、海冰地面定标分析、航空遥感测冰资料地面处理在内的航空遥感测体技术系统并得到应用。该系统具有监测和分析海冰类型、流冰密集度、冰块大小、流冰范围、海冰厚度、冰脊分布和海冰温度等参数的能力。在可见光、红外和微波波段测一年冰的应用技术研究方面,取得较大进展,达到了80年代国际先进水平。     

渤海冰漂移对海面风场、潮流场的响应

在对海冰漂移动力学分析基础上,利用MODIS资料,采用MCC方法获取渤海大范围冰覆盖的海域冰速场,并利用NCEP风速资料和潮流资料进行回归分析,得到渤海冰漂移速度与风速和流速的关系.利用MODIS和NOAA/AVHRR资料获取的渤海冰速资料的综合分析显示:渤海海冰运动,除受盛行风控制外,还受到复杂的海岸地形、流和冰内应力的共同作用,所得到的大范围海冰运动规律和多年历史观测资料分析结果基本一致,并清楚地显示了冰边缘带海冰运动的特征,弥补了局地、单站海冰观测的局限性.     

北极海冰漂移对多年冰分布的影响研究

本文基于美国冰雪数据中心(NSIDC)提供的海冰漂移和冰龄数据,分析了1985-2014年北极海冰漂移场的主要模态和多年冰的分布特征,初步评估了海冰漂移对多年冰分布的影响。多年冰面积序列的小波变换结果显示多年冰面积的显著周期为1年和5年,其中5年周期在2007年之后变得显著。海冰漂移速度的经验正交分解的冬季第一模态向穿极流模态的转化,穿极流模态在30年间方差贡献率的逐步上升,穿极流态流轴位置的偏移与多年冰的分布在三个年代相吻合,揭示了二者的密切关系。波弗特海域在三个10年间速度趋势的上升,对于多年冰的输运起到了重要的作用。从三个时间段冬夏两季速度的变化来看,冬季是海冰漂移速度增加的主要时期,与该海域内多年冰面积的下降形成了正反馈关系。     

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...     

结合纹理特征的SVM海冰分类方法研究

海冰分类是遥感监测领域中的重要应用之一,海冰分类的准确性对于评估海冰冰情、保证航海安全和开辟北极航道具有重要的意义。针对海冰分类问题,本文选用Sentinel-1遥感数据,结合纹理特征分析,提出了一种改进的SAR海冰分类方法。该方法选用灰度共生矩阵提取特征值,通过实验得到适宜用于海冰分类的多特征组合,在此基础上利用支持向量机开展SAR海冰类型的分类研究。实验结果表明,该方法可以实现对海冰SAR图像中一年冰、多年冰和海水3种类型识别,与传统的海冰分类方法神经网络和最大似然法相比较,使用SVM分类方法,结合纹理特征开展海冰类型监测是可行的,同时也表明多特征组合有利于提高SAR图像的分类精度,从而验证了本方法的有效性,为海冰分类提供了一种新思路。     

北极巴伦支海海冰多年变化特征研究

本文采用2003～2016年SSMI海冰密集度和NCEP气温、风场等数据,通过计算海冰覆盖率、增长期长度、冬季负积温和风拖曳力等参数,分析了巴伦支海海冰的变化特征及其与热力、动力影响因素之间的联系。结果显示,因西南部存在常年无冰区,巴伦支海14a平均的海冰覆盖率低于50%;覆盖率总体呈现下降趋势,冰情呈现"重—中等—轻"的变化过程,2012年后甚至出现夏季无冰的情况;增长期长度先增后减,起止时刻均有推迟;冬季负积温是影响巴伦支海冰情轻重的重要因素,与年平均海冰覆盖率距平和最大覆盖率的相关系数分别为-0.90和-0.89;风拖曳力的改变可在短期内引起海冰覆盖率急剧变化,是海冰边缘区产生流冰的主要原因,易对油气资源开发的海洋平台产生危害。     

利用卫星遥感和再分析数据刻画2017-2018年格陵兰北部罕见冰间湖事件

以90%海冰密集度为阈值,基于卫星遥感数据,2017-2018年冰季在格陵兰北部识别了两次冰间湖事件,分别出现在冬季和夏季。冬季的冰间湖事件从2018年2月20日持续至3月3日,夏季的事件从8月2日持续到9月5日。AMSR2被动微波的海冰密集度产品表明,冬季和夏季冰间湖事件对应的最低海冰密集度分别为72%和65%。两次冰间湖事件都与格陵兰北部东西气压梯度异常引起的南风加强有关,而气压梯度的异常则与对流层中部极涡的扰动有关。冬季冰间湖事件期间,相对暖和的气温和频繁出现的冰间湖,导致冬季海冰生长不持续,海冰热力增厚较小,这为夏季海冰发生破碎并形成冰间湖创造了条件。南风减弱和新冰生成是冬季冰间湖消失的主要原因。对于夏季的冰间湖,导致其消失的主要原因则是从北部输入的浮冰增加。Sentinel-1 合成孔径雷达产品相对AMSR2被动微波观测产品更加适合于应用到冰间湖事件伴随的新冰生长,这与前者具有更高的空间分辨率有关。格陵兰北部是北冰洋多年冰的聚集地,该区域被认为是北冰洋海冰的“避难所”。因此区域在2017-2018年出现罕见的冰间湖事件,对于整个北冰洋海冰的快速减少具有重要意义,也助于北冰洋海冰,尤其是多年冰的消退。     

《极地走航海冰观测图集》书评

正自1984年中国政府首次组织南极科学考察至今,我国已成功开展32个南极考察航次,先后在南极建立起长城、中山、昆仑和泰山站;7次赴北冰洋考察,并在北极建立了黄河站。自2004年第21次南极科学考察时起,随船观测人员开始用数码相机拍摄记录海冰形态,通过十余年的不懈努力,积累了海冰观测图片资料上万幅;又耗时4年,对这些图片进行了细致的分析和分类,精选出特征明显、较有代表性的海冰观测图片,汇编成《极地走航海冰观测图集》。极地海冰在大气与海洋之间物质和能量交换中扮演着重要角色,是全球气候系统的重要一员。极地海-冰-气相互作用及其对天     

2005/2006年度莱州湾东部的海冰灾害及其影响

莱州湾是水深较浅的半封闭海湾,与外海海水的交换缓慢,受黄河等十几条入海河流汇入的淡水影响使海水的盐度较低.受寒潮影响莱州湾内海冰灾害发生频繁.莱州湾的海冰灾害分5个冰情等级.在冬季气温偏高的年份,莱州湾内形成Ⅰ、Ⅱ级海冰,沿岸一般没有固定冰形成;一般年份形成Ⅲ级海冰,西岸和南岸冰情较严重,有固定冰形成;在冬季气温偏低的年份,形成Ⅳ级或Ⅴ级海冰,南岸、西岸的固定冰宽度较大,有时整个莱州湾海面都分布流冰.2005年末～2006年初在莱州湾东岸形成了一次较严重的海冰灾害,莱州市近海海湾扇贝养殖的经济损失达400万元以上.为减轻未来海冰灾害带来的损失提出了加强海冰灾害的监测和预报技术研究,严格管理近海养殖生产作业,莱州湾沿岸地方政府应制定<海冰灾害应急预案>,建设和完善海冰灾害应急防御体系等防御海冰灾害的对策.     

灰度共生矩阵纹理特征对SAR海冰漂移监测的增强性能研究

海冰漂移监测对气候变化分析、船只航行、海上石油平台等海上活动安全作业具有重要意义。当前主流的SAR海冰漂移监测方法多是基于SAR灰度图开展的,其受噪声、环境等因素的影响较大,导致其在海冰漂移探测时,特征失配率高,匹配正确率低。针对这一问题,本文尝试利用SAR海冰纹理特征来增强海冰漂移探测性能。首先对比分析了8种纹理特征对海冰漂移探测中特征匹配的增强性能,筛选出能够有效增强特征匹配性能的最优纹理特征;其次进一步分析了海冰类型、入射角和分辨率对基于纹理特征的海冰漂移探测性能增强的影响。实验结果表明,均值是最优的纹理特征,与SAR强度图相比,特征匹配正确率提高了约7%。     

HY-2卫星扫描微波辐射计数据反演北极海冰漂移速度

本文基于最大互相关法,利用海洋二号（HY-2）卫星扫描微波辐射计37 GHz通道多时相垂直极化亮温数据,获取了北极海冰漂移速度。采用2012年和2013年国际北极浮标计划海冰现场观测数据,对利用微波辐射计亮温资料反演的冬季北极海冰漂移速度进行了定量验证,结果表明:流速和流向均方根误差分别为1.12 cm/s和16.37°,从一定程度上说明了HY-2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演海冰漂移速度的可行性。此外,使用美国国防气象卫星F-17搭载的专用微波成像仪91 GHz通道垂直极化亮温,采用高斯拉普拉斯滤波方法进行处理,结合最大互相关法反演的海冰漂移速度,优于法国海洋开发研究院海冰漂移速度产品。     

近年北极东北和西北航道开通状况分析

利用微波卫星遥感数据对北极东北航道和西北航道近年来的冰情变化,以及影响航道开通的关键区域和每年的开通状况进行了分析和总结,并对航道未来的可能冰情状况进行了展望,期望对航道利用者有所帮助。东北航道全线开通期主要集中在8月下旬至10月上旬,开通总天数多在40~50d;西北航道南线开通期主要集中在8月上中旬至10月上旬,开通总天数多在50~60d;西北航道北线开通时间主要集中在9月。东北航道冰情最为复杂的是连接拉普捷夫海和喀拉海的北地群岛区域海冰,也是影响航道开通的关键区。影响西北航道南线开通的关键主要是威廉王岛附近维多利亚海峡、威尔士王子岛东侧的皮尔海峡和北侧巴罗海峡区域的海冰状况;影响北线开通的关键区域是班克斯岛西北部的麦克卢尔海峡和梅尔维尔子爵海峡;东北航道可通航性优于西北航道。虽然气候变化大背景下北极海冰总量减少,但由于海冰流动性增强,局部海冰变化愈发复杂,海冰分布年际差异较大,需要加强北极海冰监测和预报能力,为未来航道利用提供保障。     

西北航道夏季气旋登陆期间海冰对波浪的影响

西北航道是指从北大西洋经加拿大北极群岛进入北冰洋,再进入太平洋的航道,是连接大西洋和太平洋的捷径。为了探讨西北航道通航期极端天气条件下强风及海冰对波浪场的影响机制,建立并验证了考虑海冰影响下的西北航道风浪演化模型,并以2012年8月北极气旋登陆期间为例探讨西北航道通航期波浪特性及波能流密度的时空演化及其对风和海冰的响应。研究结果表明,北极夏季海冰大多分布于西北航道以北海域,而风向大部分集中在SSW(南偏西22.5°)至SW(南偏西45°),西北航道海冰的存在并不会引起有效风区的明显减少,也不会引起无冰海域波能流的明显减小(不超过5%)。但是,当风向变为北向风时,无冰海域波能流减小幅度最多高达62%。最后,综合海冰和波浪要素的时空分布,提出了极端天气条件下西北航道通航期的最佳适航路线,为西北航道的夏季安全通航提供了科学依据。     

北极海冰输出区域海冰运动变化特征及其与北极航道适航性的关系

随着北极地区气候变暖的加剧,北极海冰正在急剧消融,海冰的减少增加了北极地区航道的适航性。本文利用遥感数据反演得到的海冰运动产品对北极海冰输出区域以及东北航道以北区域的海冰运动特征进行了量化。结果显示,从北极中央海域向弗拉姆海峡以及格陵兰海流出海冰的南向位移量呈现出显著增长趋势,海冰的平均南向位移量在2007-2014年间达到1511 km,是2007年之前（617 km）的两倍以上,反映了北极穿极流（TDS）强度在不断增强。通过长时间序列分析发现,春季东北航道以北区域的海冰北向漂移速度在喀拉海呈现+0.04 厘米/秒/年的显著增长趋势（P<0.05）。海冰北向漂移对于东北航道的开通具有显著的影响,在拉普捷夫海与喀拉海,海冰北向运动速度与航道适航期的决定系数分别达到0.33（P<0.001）和0.15（P<0.05）。东西伯利亚海、拉普捷夫海以及喀拉海存在冰间湖区域的春季海冰面积变化与航道的适航期密切相关,海冰的北向漂移对拉普捷夫海和喀拉海的海冰面积减少也有显著影响,这说明北向漂移促进了海冰的离岸输送,造成海冰面积减少的同时形成冰间水道或冰间湖促使航道开通。为探究大气环流指数对海冰运动以及东北航道适航期的影响,本文利用大气再分析数据计算了中央北极指数（CAI）和北极大气偶极子异常（DA）指数。相关性分析表明,CAI比DA更能解释东北航道的适航期,而且CAI能够解释北极海冰输出区域海冰南向位移量变化的45%。最近10年,夏季正相位的CAI进一步加强,通过加强海冰离岸输运和冰间湖活动加剧了东北航道区域海冰变薄及其强度变弱,从而促进了东北航道的开通。     

1979-2012年北极海冰运动学特征初步分析

利用美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的海冰速度和范围数据,本文分析了1979—2012年间北极海冰的运动学特征,以及北极海冰运动与分布范围演变之间的关系。结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的2007和2012年高分辨率的气压场、风场数据,探讨了北极风场和气压场与海冰运动、辐散辐合和海冰面积的关系。结果表明,在1979-2012年间北极海冰平均运动速度呈显著增强的趋势,冬季海冰平均运动速度增加趋势明显强于夏季;北极、波弗特-楚科奇海域和弗拉姆海峡的冬、夏季海冰平均运动速度的增加率分别为2.1%/a和1.7%/a、2.0%/a和1.6%/a以及4.9%/a和2.2%/a。1979-2012年北极海冰平均运动速度和范围的相关性为-0.77,二者存在显著的负相关关系。北极冬季和夏季风场的长期变化趋势与海冰平均运动速度的变化趋势一致,冬季和夏季的相关系数分别为0.50和0.48。风场和气压场对海冰的运动、辐散及重新分布发挥着重要作用。2007年夏季,第234~273天波弗特海域一直被高压系统控制,波弗特涡旋加强,使得波弗特海域海冰聚集在北极中央区;顺时针的风场促使海冰向格陵兰岛和加拿大北极群岛以北聚合。2012年,白令海峡和楚科奇海域处于低压和高压系统的交界处,盛行偏北风,海冰从北极东部往西部输运,加拿大海盆的多年海冰因离岸运动而辐散,向楚科奇海域的海冰输运增加,受太平洋入流暖水影响,移入此区域的海冰加速融化,从而加剧海冰的减少。     

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.     

基于遥感数据的近40 a弗雷姆海峡海冰输出研究

北极海冰作为一个巨大的淡水资源库, 每年向全球输送大量淡水资源, 从北极输出的海冰在向南输送的过程中融化, 对海洋水循环与水环境产生影响, 进而影响全球气候变化, 弗雷姆海峡作为北极海冰输出的主要通道, 对其研究显得尤为重要。为了解弗雷姆海峡海冰长期输出量, 利用美国冰雪数据中心（NSIDC）发布的海冰密集度、海冰厚度与海冰漂移速度数据, 计算得到 1979 年至 2019 年弗雷姆海峡海冰输出面积通量与 2010 至 2019 年弗雷姆海峡海冰输出体积通量, 并在此基础上分析弗雷姆海峡近 40 a 海冰输出量的变化状况以及弗雷姆海峡海冰输出的年际变化、季节变化, 并分析了影响弗雷姆海峡海冰输出量的可能原因。结果表明: 近 40 a 弗雷姆海峡年均海冰输出面积通量为 7.83×10⁵ km²,近 10 a 弗雷姆海峡海冰年均输出体积通量为 1.34×10⁶ km³, 从长期来看, 弗雷姆海峡海冰输出面积通量呈略微增加趋势, 弗雷姆海峡海冰输出体积通量在 2010—20...     

Arctic sea ice concentration and thickness data assimilation in the FIO-ESM climate forecast system

To improve the Arctic sea ice forecast skill of the First Institute of Oceanography-Earth System Model (FIO-ESM) climate forecast system, satellite-derived sea ice concentration and sea ice thickness from the Pan-Arctic Ice-Ocean Modeling and Assimilation System (PIOMAS) are assimilated into this system, using the method of localized error subspace transform ensemble Kalman ?lter (LESTKF). Five-year (2014–2018) Arctic sea ice assimilation experiments and a 2-month near-real-time forecast in August 2018 were conducted to study the roles of ice data assimilation. Assimilation experiment results show that ice concentration assimilation can help to get better modeled ice concentration and ice extent. All the biases of ice concentration, ice cover, ice volume, and ice thickness can be reduced dramatically through ice concentration and thickness assimilation. The near-real-time forecast results indicate that ice data assimilation can improve the forecast skill significantly in the FIO-ESM climate forecast system. The forecasted Arctic integrated ice edge error is reduced by around 1/3 by sea ice data assimilation. Compared with the six near-real-time Arctic sea ice forecast results from the subseasonal-to-seasonal (S2S) Prediction Project, FIO-ESM climate forecast system with LESTKF ice data assimilation has relatively high Arctic sea ice forecast skill in 2018 summer sea ice forecast. Since sea ice thickness in the PIOMAS is updated in time, it is a good choice for data assimilation to improve sea ice prediction skills in the near-real-time Arctic sea ice seasonal prediction.