海冰与波流耦合动力学的研究进展

随着全球气候变暖,北极活动频次的逐渐增加,海冰与波流的耦合作用成为了国内外的热点研究问题. 海冰的存在会改变波浪的传播特性和色散关系,也会改变海流运动的边界条件,使得海流在冰面下边界处可能产生漩涡脱落等现象;而海冰在波浪、海流等动力作用下,也会不断发生生消、断裂、重叠和堆积等动力学行为.海冰与波流耦合动力学中存在几大难点问题:一是海冰模型的构建,需要针对海冰类型和性质的不同,考虑不同区域的海冰分布情况建立合适的海冰模型.二是冰水之间的耦合问题,海冰边界影响着冰水之间的动量和能量交换,对于冰盖、浮冰等不同类型海冰,需分别处理边界问题;冰水耦合引起的海冰破坏,其破坏模式也是多样的.三是波流联合场的构建,目前尚无较好的方法构建波流联合场,导致海冰与波流联合场作用的相关研究仍极其匮乏.因此,本文针对海冰与波流相互作用问题,回顾和讨论国内外对海冰与波浪、海冰与海流及海冰与波流相互作用的研究现状和技术难点,展望了未来可以进一步深入研究的问题,提出了初步的思路以供参考.      

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

基于海洋石油平台的海冰监测系统

【目的】有效监测渤海辽东湾海冰状况,指导破冰船破冰,保障冬季冰期海洋石油平台的安全生产。【方法】在辽东湾石油平台上构建海冰测量系统,利用视频测冰技术、视频冰速测量技术及气象观测多种手段,在2011—2015年度连续4年冬季冰期观测平台周边海冰形貌、范围、运动轨迹,并对监测数据进行分析,给出24h海冰预报。【结果】基于海洋石油平台的海冰监测系统对海冰冰量、冰厚、冰速、冰类型监测数据准确,通过数据分析可以对海冰实施年、月、周、24h预报,短期预报与实际情况基本相符合,其中24h预报准确率在95%以上。【结论】基于海洋石油平台的海冰监测系统是一套运行可靠的监测系统,能准确地观测海冰的运行趋势,为冬季渤海辽东湾的抗冰活动提供指导。     

北极海冰的光谱特征分析

北极海冰对全球气候变化有着举足轻重的作用,它的快速变化及其影响是国内外关注的焦点。采用ASD FieldSpec 3便携式地物光谱仪,在2010年中国第4次北极科学考察的长期冰站观测期间对不同类型的海冰进行了野外光谱测量,系统分析了光谱特征。结果表明积雪覆盖海冰的光谱反射率最高,裸露海冰其次,表层消融的海冰(有融池)最低。厚雪、薄雪、湿雪、雪晶的光谱曲线峰谷特征明显,基本都随波长的增加反射率降低。天然海冰、白冰、蓝冰的反射率随波长的变化基本一致,反射率居于中等,灰冰的反射率远低于天然海冰、白冰和蓝冰。分析北极海冰的波谱特性,探索北极海冰的定量遥感研究,进而分析其对全球变暖的响应,具有重要的科学意义。     

走近北极熊的世界

高大、健壮、残忍、洁白、懒洋洋、"萌萌哒",这些词似乎不怎么搭调,但用来形容北极熊那是"极好的"。目前,全球气候变化正在对这些白色巨兽的生存环境和生活造成不可逆转的影响。你也在为可爱的北极熊担心吗?苔原地带观北极熊2014年10月底,我们来到位于加拿大缅尼托巴省哈德逊湾的丘吉尔小镇,这里被称为"北极熊的首都"。丘吉尔地区的北极熊是西哈德逊海湾子种群的一部分,该子种群则是在北极地区聚集的19个子种群之一。     

冰下流场动力学特性的数值模拟研究

在控制海冰运动的各项外力中,风、流的拖曳力起到了决定性作用;其中流拖曳力包括由于冰侧或冰脊压力梯度产生的形拖曳力和由于水流在冰底面的粘性作用产生的摩拖曳力.基于计算流体动力学软件FLUENT针对光滑冰底冰块进行二维数值模拟,分别得到5种不同入水深度、8种水流速度共40种工况下的冰下流场分布及冰块所受流体拖曳力.经对比发现,数值计算结果与物理模型实验结果吻合较好,从而验证了该数值模型在模拟冰下流场及拖曳力时的有效性.流场计算结果显示,冰下受影响流场区域随入水深度增加而扩大,尾流场近浮冰区域存在涡流,并且涡动中心随着入水深度的增加而逐渐远离浮冰尾部.拖曳力计算结果表明浮冰所受拖曳力与流速平方存在线性关系.     

渤海JZ9-3油田新建导管架平台抗冰性能分析

JZ9-3油田处于渤海辽东湾北部,水深较浅,冬季海冰严重。近几年,新建几座抗冰油气平台,包括单立柱式桶型基础平台,桩基式导管架平台.众所周知,海冰是渤海辽东湾油气平台设计中的主要控制荷载,冰激振动是目前渤海冰区平台的主要危害.基于多年的现场监测及数值模拟技术,以新建的导管架平台为例,明确其动力特性,分析在典型冰况下的冰振响应,并与渤海典型的导管架平台抗冰能力比较,确定新建平台的抗冰性能及设计中存在的问题.     

辽东湾海冰有色溶解有机物和颗粒物的光学特性

针对有色溶解有机物(CDOM)和颗粒物在短波波段的强吸收特性对海冰内部及下层海水生物的区大影响,研究了辽东湾海冰内部CDOM和颗粒物的吸收特性.海冰内部CDOM的吸收为下层海水CDOM吸收的1/5～1/2,海冰内部CDOM吸收的最大值一般出现于海冰的表层和底层.由于大气的沉降作用,海冰内部颗粒物吸收的最大值出现于海冰表...     

国家气候中心大气环流模式冬季模式误差特征分析

本文利用1982—2010年国家气候中心第二代月动力延伸预测系统中大气环流模式(BCC_AGCM)的回报资料和美国国家环境预测中心和美国国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析资料,分析了该模式对冬季气温预测的误差特征及其与外强迫的联系.结果表明模式能够在整体上较好地反映出欧亚区域冬季气温的变化趋势,能抓住东亚冬季风区气温年际变化的主要空间模态,对东亚冬季风区冬季气温具有一定的预报能力.预报误差的空间分布和时间演变特征的结果表明,误差在陆地大于海洋,高纬地区大于低纬地区,同时与海拔高度也有密切关系.预报误差的主要模态与一些关键区域的海温和海冰存在显著的相关性,表明模式对外强迫异常的响应能力存在缺陷.这为结合模式对关键区海温和海冰异常的响应能力,有针对性地改进模式对东亚冬季风区冬季气温的预测能力提供了依据.     

辽河口附近海冰单轴压缩强度的试验与统计特征

为研究影响海冰单轴压缩强度的因素,在渤海辽河口附近海域采集冰坯,加工成方柱状冰样.在试验温度分别为-3℃,-5℃,-7℃,-10℃和-15℃下,对225个冰样沿平行和垂直自然冰表面方向进行加载.研究试样温度,加载方向,应变速率和孔隙率对海冰单轴压缩强度的影响.试验结果表明:海冰单轴强度随试样温度的降低而增加;垂直方向冰样的峰值强度高于水平方向,海冰表现为各向异性.利用试验结果建立了韧性区内海冰单轴压缩强度与应变速率和孔隙率的统计关系.