7-第七章海冰观测

海冰观测第七章Chapter7.SeaIceObservation1第七章海冰观测2海冰是海洋中一切冰的总称，它包括由海水冻结而成的咸水冰以及由江河入海带来的淡水冰，也包括极地大陆冰川或山谷冰川崩裂滑落海中的浮冰和冰山。第七章海冰观测3海冰是全球气候系统的重要因子，覆盖世界海洋约7%的区域。海冰在两极及高纬地区随季节变化。海冰使地球表面获取的太阳辐射能量显著减少，极大地控制海洋与大气之间的热、能量、动量交换。其凝结和融化过程中，关联的盐分和热量通量影响上层海洋的密度结构。而密度结构随时间的变化导致深水层甚至海底的结构变化，海水向赤道的静平流可使低盐度的冷水从底部输送到两极地区。第七章海冰观测4海冰的生消及数量多少，直接影响海况和海平面的变化，又影响大气环流和气候。海冰，特别是冰山，对航运和海洋资源开发的设施有很大的威胁。在北大西洋纽芬兰附近，每年3-9月冰山最多，为保证航运安全，自1913年起，美国和加拿大等国组织了国际冰山巡逻队，用飞机、无线电、雷达等手段，侦查报告冰山的地点和活动情况，发布冰山警报。60年代以后，卫星、遥感技术可进行及时地、同步地和大范围地监视冰山的活动。第七章海冰观测5北冰洋巴伦支海等海域北冰洋中央和南极大陆周围渤海等海域结冰程度不同3-4米厚的多年冰2-3米厚的一冬冰第七章海冰观测61969年2～3月，渤海发生百年不遇的大冰封灾害，整个渤海被几十厘米至一两米、甚至八九米厚的坚冰封堵了50天之久。进出天津港的123艘客货轮中，7艘被海水推移搁浅，19艘被海水夹住不能动，25艘由破冰船破冰后才得以逃脱，5艘万吨级货轮螺旋浆被海冰碰坏，1艘巨轮被海冰挤压破裂进水，引水船螺旋浆也被海冰破坏、船体变形，航标灯全部被海冰挟走。天津港务局观测平台被海冰推倒，海洋石油1号钻井平台支座拉筋被海冰割断而倒塌，2号钻井平台也被海冰推倒。不冻港的塘沽港、秦皇岛港遭港也遭海冰灾害，损失惨重。第七章海冰观测72001年2月7-13日，渤海和黄海北部出现该年度最大范围的海冰。辽东湾海冰距湾顶最大距离115海里，一般冰厚15-25厘米，最大冰厚60厘米；渤海湾海冰距湾顶最大距离约30海里，一般冰厚10-20厘米，最大冰厚35厘米；黄海北部海冰距岸最大距离约33海里，一般冰厚10-20厘米，最大冰厚30厘米。第七章海冰观测8在冰情严重期，辽东湾北部沿岸港口基本处于封港状态；素有“不冻港”之称的秦皇岛港冰情严重，港口航道灯标被流冰破坏，港内外数十艘船舶被海冰围困，造成航运中断，锚地有40多艘船舶因流冰作用走锚；天津港船舶进出困难，影响了海上施工船作业；黄海北部大东港船舶航行受到影响；渤海海上石油平台受到流冰严重威胁。海冰对海上石油平台构成严重威胁第七章海冰观测92004至2005年冬季渤海及黄海北部的冰情冬季严重冰情期间，辽东湾沿岸港口均处于封冻状态。受海冰影响，中国海洋石油有限公司位于辽东湾的石油平台需靠破冰船引航才能保证平台供给及石油运输。第七章海冰观测102006年，进入2月份，受寒潮影响，渤海海冰增长迅速，辽东湾海冰范围从1月底的48海里发展到70多海里。国家海洋环境预报中心首次启动《海冰灾害应急预案》，及时向有关部委、海上生产运输部门以及受海冰影响的沿海省(直辖市)人民政府等发布冰情警报，提请各有关单位和部门，做好防冰减灾工作。后来的几天，受大范围降雪和大风降温的共同影响，渤海辽东湾海冰范围达到80～90海里，一般平整冰厚15～25厘米，最大冰厚45厘米。海冰对港口设施、海上交通运输和生产作业产生严重影响。第七章海冰观测11海冰观测，可为冰情做预报，为海港的海上工程、海事活动等提供重要的冰情资料，以便采取有效的对策，防患于未然。第七章海冰观测12海冰观测要素/类别：浮冰观测、固定冰观测和冰山观测。浮冰观测项目：冰量、密集度、冰型、表面特征、冰状、流冰块大小、流冰方向和速度、冰厚及冰区边缘线。固定冰观测项目：冰型和冰界。具体来说，有堆积量、堆积高度、固定冰宽度和厚度。冰山观测项目：位置、大小、形状、及漂流方向和速度。第七章海冰观测13海冰观测要素/类别：浮冰观测、固定冰观测和冰山观测。海冰的辅助观测项目：海面能见度、气温、风速、风向及天气现象。海冰观测的时间：连续站每2h观测一次，大面站船到站即观测。第七章海冰观测14海冰概况第一节冰量和浮冰密集度观测冰型、冰的外貌特征和冰状观测浮冰运动参数和固定冰堆积状况、范围观测第二节第三节第四节第五节海冰监测系统第七章海冰观测15海冰概况第一节第七章海冰观测第一节海冰概况16一、海水结冰与盐度我国的海冰，大多数是海水冷却直接冻结而成，也有少量是来自河流入海的淡水冰。第七章海冰观测第一节海冰概况17一、海水结冰与盐度淡水在4℃左右密度最大，在0℃附近结冰。海水含有食盐等盐类，其冰点和密度最大时的温度，都比淡水低。并且随盐度的增大而降低。第七章海冰观测第一节海冰概况18一、海水结冰与盐度当盐度低于24.695时，最大密度值的温度在冰点以上，在上、下层海水都给冷却到最大密度时的温度以后，此时对流停止，只要表面海水继续冷却到冰点就可以结冰了。第七章海冰观测第一节海冰概况19一、海水结冰与盐度当盐度高于24.695时，表面海水虽冷却到冰点，但最大密度值的温度均在冰点以下，因此，接近冰点的表层水将比下面的暖水重，这样，便引起了上、下层冷暖水的对流，从而减慢了海水降温，只有上、下层海水混合至冰点时，才能发生结冰现象。第七章海冰观测第一节海冰概况20一、海水结冰与盐度当盐度为24.695时，最大密度值的温度和结冰温度都是1.33℃。盐度0510152024.6925303540冰点(℃)0-0.27-0.53-0.80-1.07-1.33-1.35-1.63-1.91-2.20温度(°C)(最大密度)3.952.931.860.770.31-1.33-1.40-2.47-3.52-4.54第七章海冰观测第一节海冰概况21一、海水结冰与盐度当海冰形成以后，大量的盐分从冰中缝隙析出，因此冰层以下的海水盐度要增大，这就使海水结冰更加困难了。流走的盐分以卤汁的形式被包围在冰晶之间的空隙里形成“盐泡”。结冰时，还将来不及逸出的气体包围在冰晶之间，形成“气泡”。海冰实际上是淡水冰晶、卤汁和气泡的混合物。第七章海冰观测第一节海冰概况22一、海水结冰与盐度第七章海冰观测第一节海冰概况23一、海水结冰与盐度海冰的成长，首先向水平方向发展，再沿厚度方向延伸，随着时间的推移，增长速度减慢。最初生成的冰，是针状或薄片状的冰晶。大量冰晶的聚集和凝结，或降雪落至海面不融化，就形成糊状和海棉状的冰。在平静或有风浪的海面，糊状和海棉状的冰会进一步冻结，分别形成冰皮或饼冰（莲叶冰）。这类冰再增厚，便就形成灰冰和白冰。如有风、浪、流的作用，冰层相互重叠堆积，形成重叠冰和堆积冰。第七章海冰观测第一节海冰概况24海冰的性质海冰融化成液体后的盐度，称为海冰的盐度。其值为3~25。它与海水的盐度、结冰的速率、和冰龄等有关。如果海水的盐度高，结冰又较快，则海冰的盐度就会高。冰龄长，海冰的含盐度就会低。第七章海冰观测第一节海冰概况25海冰的性质海冰密度为0.85~0.94g/cm3，略小于海水的密度，所以冰块一般都浮在海面。•形状规则的海冰，露出海面的部分，为总厚度的1/7~1/10；•尖顶冰山露出水面的高度，约为其总厚度的1/4~1/3；第七章海冰观测第一节海冰概况26海冰的性质海冰的比热较淡水冰大，但溶解潜热比淡水冰小。海冰表面的热传导系数为淡水冰的1/3，但厚度不到一米时，和淡水冰相似。海冰的反射率为0.5~0.7，其抗压强度约为淡水冰的3/4。第七章海冰观测第一节海冰概况27二、海冰的类型根据各种海冰特征，国际上对冰型分类有多种。分类依据有生长过程、表面特征、晶体结构、固定形态、密集度、融解过程、相对动态等多种分类。•按发展阶段，可分为初生冰、尼罗冰、饼冰、初期冰、一年冰和老年冰6大类；•按运动状态可分为固定冰和浮冰两大类。固定冰与海岸、海底或岛屿冻结在一起，能随海面升降，从海面向外可延伸数米或数百千米；浮冰漂浮在海面，随着海面风向和海流向各处移动。第七章海冰观测第一节海冰概况28二、海冰的类型例如，固定冰是指与海岸、岛屿、海底冻结在一起的冰盖。而浮冰与固定冰相反，浮在海面随风、浪、流漂移。其中，大陆冰川或陆架冰滑入海洋后断裂而成的巨大冰块中，露出海面的高度在五米以上的称为冰山。高度大的可达几十米，长度可为几百米至几十公里。特大的冰山就叫冰岛。第七章海冰观测第一节海冰概况29二、海冰的类型根据海冰来源根据发展阶段根据海冰外貌根据存在时间根据运动形式•海水冻结而成的咸水冰•江河入海带来的淡水冰•极地大陆冰川或山谷冰川崩裂滑落海中的冰山•初生冰•尼罗冰•莲叶冰•灰冰•灰白冰•白冰（厚冰）•平整冰•重叠冰•堆积冰•冰脊•冰丘•冰山•裸冰•雪帽冰•一年冰•多年冰•随风、浪、流漂泊不定的浮冰•与海岸、岛屿、海底冻结在一起的固定冰第七章海冰观测第一节海冰概况30三、冰期与冰情冰期是指冰维持的时间，自出现冰之日起至冰消失、不再出现之日止的这一时段(冰维持的时间)。在此时段内可以有无冰日。冰期反应了某海域的气候状况。最早出现冰的日期叫初冰日，用某月某日来表示。一般来说，初冰日早，说明本年冷得早。入冬时，根据往年和本年的天气情况，提前注视海面，以防误测初冰日，在一个冰期内，初冰日只有一个。我国的初冰日，一般在11月下旬～1月中旬。第七章海冰观测第一节海冰概况31三、冰期与冰情终冰日是指冰最后消失之日，也用“某月某日”来表示。在一个冰期内终冰日也只能是一个。因此，观测时要延长一定的时段。如果冰化了一段时期，后又出现冰，应以最后终了的日期为准。我国海区的终冰日一般在2月下旬至3月上旬之间。冰期是用初冰日起至终冰日止的一个时段的天数表示。这与实际有冰的天数不一样，也不能表达实际有冰的程度，但是能说明气候冷暖和变化特征。（有冰天数是有冰日子之和，间断的无冰日数不算在内。）第七章海冰观测第一节海冰概况32三、冰期与冰情我国的冰期大多数是跨年度的，这与冬季跨年度有关。冰情年度为入冬的头年年度为准。例如：1968年冰情年度是指1968年冬至1969年春这一时段，并且不论初冰日出现在哪一年，都称入冬的头年的年号为冰期年度。第七章海冰观测第一节海冰概况33三、冰期与冰情在一冰期内，依据冰的发展分为三个或五个特征期。•三个特征期是初冰期、严重(盛)冰期、消冰期；•五个特征期是初冰期、封冰期、盛冰期、融冰期和消冰期；显然，各个特征冰期的冰情是有区别的，但是特征冰期划分至今尚无统一的严格标准。第七章海冰观测第一节海冰概况34三、冰期与冰情冰期是与海冰的生成、发展、持续时间、分布及其活动变化规律有关。海冰本身各要素随着有关的水文、气象、地形等因素而发生各种变化。在海冰观测中，把表达和描述冰情的许多术语通称为冰情要素。一种冰情要素，只表达或描述冰一个侧面的状况，冰情要素选取得越多，冰情的表达就越详细。同时，不同的部门，根据不同的需要，冰情要素的选取也不完全相同。第七章海冰观测第一节海冰概况35四、海冰观测点的选择海冰观测点的选择，主要有岸边和海区两个方面：•岸边测点应选择要既能观测到大范围的海冰情况，又能代表测点周围视程内的海冰特征。一般要求为海面开阔，海拔高度在10m以上地点。要尽量利用灯塔、瞭望台等高层建筑，以便能观测到航道、港湾锚地、海上建筑物附近的海冰特征。同时也应考虑观测作业方便、安全等条件。测点选定后应测定海拔高度和基线方向。第七章海冰观测第一节海冰概况36四、海冰观测点的选择海冰观测点的选择，主要有岸边和海区两个方面：•海区测点的布设：原则上测点与测点之间的距离以其视距的两倍为好。此外，还要考虑到岸边常规观测点的配合，组成观测网，以便达到既有重点，又能全面、系统的了解海区冰情概况。第七章海冰观测37冰量和浮冰密集度观测第二节第七章海冰观测第二节冰量和浮冰密集度观测38一、冰量和浮冰密集度的定义冰量为能见海域内海冰覆盖的面积占该海域面积的比例份数。冰量包括总冰量