极地研究

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北极大气波导时空分布研究

郝晓静李清亮郭立新张玉生

2018, 30 (4): 349-359. DOI: 10.13679/j.jdyj.20170041

摘要 ( 863 )

PDF(4919KB) ( 983 )

在北极地区, 有接通北美洲、欧洲北部和亚洲北部国家之间距离最短的直线路线, 所以北极地区的战略位置日益重要。大气波导是重要的电波环境, 利用大气波导可实现超短波、微波频段的超视距探测和通信应用。因此, 研究北极大气波导有重要的意义。本文利用2007年1月—2016年12月十年的气象探空数据, 统计分析了北极16个站点大气波导的时空分布, 给出了大气波导出现概率与其波导层厚度、强度特征量的统计特征, 并从天气和气候学角度初步探讨了其成因。统计结果显示: 1. 北极地区大气波导平均出现概率低于50%, 且表面波导出现概率高于悬空波导; 2. 表面波导层厚度、强度分别在30 m以下和10 M以下, 悬空波导层厚度在40—80 m, 强度小于10 M; 3. 北欧海区和格陵兰岛为北极波导高发区, 欧亚大陆的北部边缘为无波导区; 4. 表面波导高发区在北欧海区和格陵兰岛, 北大西洋暖流、格陵兰冷高压及极夜期的辐射逆温是表面波导形成的可能原因; 5. 悬空波导高发区在北欧海区和白令海峡东北部区域, 且在7—8月份的暖季极昼期间为其高发季, 北欧海区暖季海雾、白令海峡东北部区域暖季受北极锋影响是悬空波导形成的可能原因。

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南极罗斯海高分辨率数字水深模型

徐泽高金耀杨春国沈中延

2018, 30 (4): 360-369. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180011

摘要 ( 807 )

PDF(7510KB) ( 596 )

数字水深模型是描绘海底地形地貌的水深地形图, 在罗斯海陆架上, 冰盖的进退形成形态大小各异的海底冰川地貌, 而对海底冰川地貌的解释研究需要高分辨率数字水深模型的支持。采用36个国际公开航次采集到的多波束水深数据以及GEBCO_2014网格水深数据, 融合、编绘成50 m网格间距的高分辨率罗斯海数字水深模型。由于采用的多波束水深数据来源于不同调查船只、不同多波束声呐系统及不同航次, 这给多波束水深数据的精度评估、融合等带来一定的困难。本文首先采用通用绘图工具(GMT)对多波束中央波束水深数据的交点误差做统计分析, 再利用统计分析结果对不同航次水深数据做出精度评估, 最后利用“移除-恢复”法对两种来源及精度不同的水深数据做最后的融合。通过以上步骤得到的罗斯海高分辨率数字水深模型与国际南大洋水深地形图(IBCSO)相比, 能够更加清晰地凸显海底微地形地貌特征, 尤其是冰川进退过程中产生的地貌特征, 可满足罗斯海海底冰川地貌的解释工作及综合地质地球物理研究任务。

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南极威德尔海西北区域的冰-气拖曳系数和脊帆形拖曳力分析

谭冰张新刚王骁力卢鹏李志军

2018, 30 (4): 370-375. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180005

摘要 ( 718 )

PDF(651KB) ( 725 )

基于机载激光高度计测得的南极威德尔海西北区域冬季海冰表面起伏数据, 结合脊帆形态参数和空间分布对中性条件(大气层处于中性平衡态)下对应10 m高度处风速的冰-气拖曳系数Cdn(10)和脊帆形拖曳力Fd的参数化方案进行了改进, 并探讨了冰-气拖曳系数Cdn(10)和脊帆形拖曳力对总拖曳力的贡献随脊帆强度(脊帆高度与间距的比值, 其中脊帆高度是指脊帆顶点到平整冰面的垂直距离, 脊帆间距是指相邻两个脊帆顶点之间的距离)和冰面粗糙长度的变化情况。结果表明, 冰-气拖曳系数Cdn(10)随脊帆强度增大呈递增趋势, 对较小的脊帆强度, Cdn(10)随粗糙长度的增大而增大, 但脊帆强度较大时, Cdn(10)随粗糙长度减小而增大, 即存在某一脊帆强度阈值, 使Cdn(10)在该阈值两侧随粗糙长度的变化趋势相反; 脊帆形拖曳力对总拖曳力的贡献随脊帆强度减小而减小, 随着粗糙长度增大而减小。通过分析发现, 造成以上不同变化趋势的主要原因是: 随着脊帆强度的增大, 摩拖曳力在总拖曳力中的优势地位逐渐由形拖曳力代替。

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两种形态ENSO对南半球热带外气候变化特征的影响

万伟杰张召儒刘海龙周朦钟贻森

2018, 30 (4): 376-390. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180002

摘要 ( 798 )

PDF(21264KB) ( 490 )

本研究利用1979—2012年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ORAP5(Ocean Reanalysis Pilot 5)海洋/海冰再分析资料和ERA-Interim气象再分析资料, 采用回归分析方法, 分1979—1998年和1999—2012年两个时间段探讨了南半球热带外地区气候变化对两种不同形态ENSO的响应特征。结果表明, 南半球热带外区域气候在1999年前后两个时段对ENSO的响应表现出了较大的年代际变化特征。1979—1998年南半球热带外气候变量对Niño3指数在时间上的相关性和空间上的响应强度都普遍大于Niño4指数, 说明这一时段东部型ENSO对南半球热带外区域气候变化的影响要更强一些。在1999—2012年, 不同形态ENSO与气候变量的相关性大小并无明显的规律, 而且空间响应场的差异性并不大。海平面气压、风场和气温对ENSO变化的响应在南半球冬季表现最为强烈, 在夏季最弱。三者在1999—2012年秋季对Niño3指数和Niño4指数的响应场中出现了纬向三波数结构。1999—2012年冬季, 有异于海平面气压和风场, 在罗斯海和阿蒙森海海域海表气温对Niño4变化的正响应明显强于对Niño3的响应, 该特征在混合层温度中也有体现, 表明海表气温随ENSO的变化受海洋特征变化影响较大。混合层深度和混合层温度的响应场之间存在很大的相关性, 混合层温度响应在秋季表现最强, 春季最弱, 混合层深度响应与之相反。在1979—1998年, 海冰密集度对不同Niño指数变化的响应差异主要出现在海冰结冰季节, 而海冰厚度对不同Niño指数变化的响应差异在夏季表现较强。海冰密集度和厚度对Niño3变化响应的年代际差异在秋冬季节更加明显, 对Niño4变化响应的年代际差异在秋、冬、春季都较明显。

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向极跨越70°N气旋的主要特征分析

吴静高郭平徐飞翔张春玲

2018, 30 (4): 391-405. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180010

摘要 ( 674 )

PDF(9978KB) ( 453 )

北极地区以南生成并向北移动进入极区的气旋, 在移动发展过程中常伴随大风、降水和升温等过程, 对中低纬度地区物质和热量向极地输送起着重要作用, 并对极区大气、海洋和海冰的变化产生一定影响。基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)发布的1979—2015年的海平面气压再分析数据产品, 利用气旋自动识别和追踪算法, 开展气旋的识别和追踪, 获得向极跨越70°N气旋的数量、强度、活动轨迹及北向运动纬距等主要特征如下: 该类气旋在数量上, 春、冬季多于夏、秋季, 年总数量和春、秋、冬季均呈减少趋势; 强气旋易发于冬季, 弱气旋多发于夏季; 该类气旋活动轨迹, 冬季集中分布在海上, 夏季在陆地上; 该类气旋北向运动纬距整体平均为9.2°, 冬季平均最大, 为10.2°, 夏季平均最小, 为7.3°; 在年际变化上, 年平均和春、冬季平均呈增长趋势, 夏、秋季平均呈减少趋势; 在年代际变化上, 年平均和夏、冬季平均从1979—1988年到1989—1998年阶段都是减小的, 到1999—2008年阶段是增大的, 其后再减小, 春、秋季则无明显趋势变化。

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破冰结构角度对整冰失效模式的影响分析

白旭周利陶冶

2018, 30 (4): 406-410. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180008

摘要 ( 688 )

PDF(344KB) ( 677 )

破冰船破冰过程中整冰的失效模式对于冰载荷的估算十分重要。本文基于力学方法分析了破冰船破冰过程中破冰结构与整冰的相互作用, 得到了影响冰体失效的冰力分量与破冰结构参数的表达关系, 进而确认冰摩擦系数以及坡度角与冰体失效模式的关系。依据北极海冰的摩擦系数范围, 指出当破冰船破冰结构坡度角小于70°时, 冰体发生弯曲破坏, 当坡度角处于70°—82°时, 冰体同时发生弯曲和挤压失效, 当坡度角大于82°时, 冰体仅发生挤压失效,同时给出了不同失效模式下冰力的计算方法。

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基于多架构混搭模式的极地海洋数据库建模技术研究

宋晓梁建峰李维禄苗庆生韩璐遥韦广昊

2018, 30 (4): 411-418. DOI: 10.13679/j.jdyj.20170048

摘要 ( 668 )

PDF(1288KB) ( 704 )

通过对极地海洋数据的特征及应用需求分析, 基于“一种架构支持多类应用”的传统数据库模式已无法满足需求, 本文提出采用“多种架构支持多类应用”模式的数据库设计理念, 通过研究极地海洋数据分类分层管理体系, 开展极地海洋原始数据层、基础数据层、综合数据层、成果数据层的存储管理机制、数据库体系架构设计、数据库模型设计等关键技术研究, 开发数据库查询检索功能, 满足用户对极地海洋数据的多样化查询检索、空间可视化展示、关联分析等需求, 实现极地海洋数据的有效存储、高效应用和开放共享。

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我国极地航运能力建设和高冰级船队发展对策分析

寿建敏

2018, 30 (4): 419-428. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180017

摘要 ( 780 )

PDF(319KB) ( 1434 )

我国在南极和北极的活动日益增多, 参与南北极事务和争取极地资源的利用已经成为国家未来向外扩展的重要举措之一。随着气候变暖, 极地冰融速度加快, 尤其是北极航运窗口期越来越长, 两极资源利用和科考活动的需求量越来越大。而目前我国用于航行两极, 尤其是北极的高冰级商业化船队十分缺乏, 航运的陆基支持保障能力缺少, 这将严重影响我国极地事业和商业航运运营的发展。本文通过对不同冰级船舶的保有量、建造技术能力、船舶运营和极地港口设施等各环节的分析, 得出我国缺乏带较高等级冰级符号且可抗浮冰厚度1 m及以上的极地航行船舶、相应极地航运能力不足的结论, 并提出了我国建设极地航运能力的对策建议, 为我国建设一支能在极地航行且带较高等级冰级符号船舶的船队、破冰船队以及建设极地陆基航运支持保障能力等提供决策参考。

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我国极地船舶能力分析与发展建议

师桂杰高大威

2018, 30 (4): 429-438. DOI: 10.13679/j.jdyj.20180019

摘要 ( 795 )

PDF(549KB) ( 1829 )

“冰上丝绸之路”是“一带一路”倡议的有效延伸, 维护我国海外利益以及拓展我国大国地位的重要体现, 是贯彻落实海洋强国战略实施的重要路径。建设“冰上丝绸之路”, 开发利用北极航道, 迫切需要极地船舶的装备支撑。本文对比分析国内外极地船舶现状, 从极地破冰船、科考船、运输船、邮轮、渔船等船型发展角度, 评估我国极地船舶总体能力, 凝练我国极地船舶的差距与短板, 提出满足未来发展需求的建议措施, 为我国提升极地活动能力、治理能力与业务能力提供指导。

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极地海洋环境评价理论与方法初探

王文娟宋巍郑小罗黄冬梅朱建刚魏新宇

2018, 30 (4): 439-446. DOI: 10.13679/j.jdyj.20170045

摘要 ( 696 )

PDF(371KB) ( 1038 )

极地海洋环境评价对于极地海洋生态系统保护尤为重要。由于对极地极端恶劣环境的监测能力不足, 缺乏长期连续监测数据, 极地海洋环境评价变得异常困难。针对目前极地海洋环境评价目标和评价因子均缺乏的情况, 在已有文献基础上, 本文提出了海水表层叶绿素浓度、海冰覆盖范围、海水表层温度和盐度四个极地海洋环境决定因子, 分析了海冰覆盖范围与月份之间高度拟合的三次多项式分布关系, 并在此基础上构建了极地海洋环境评价模型, 最后提出了一种验证该模型的方法。基于第30、31、32次南极科考获取的海水表层叶绿素浓度、温度、盐度数据以及美国国家冰雪数据中心提供的对应时间内的海冰覆盖范围数据对提出的评价模型和方法进行了验证, 实验结果表明: 该评价模型及其验证方法具有有效性, 根据评价结果能判定某个时间段内极地海洋环境相对于基准时间的变化趋势。

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中国第34次南极科学考察简报

张北辰

2018, 30 (4): 447-449.

摘要 ( 595 )

PDF(241KB) ( 1013 )

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南极研究科学委员会暨国际北极科学委员会联合大会(极地2018 科学会议)

罗玮

2018, 30 (4): 450-452.

摘要 ( 560 )

PDF(230KB) ( 775 )

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