海洋学报

论文

  • 基于CryoSat-2数据的2010-2017年北极海冰厚度和体积的季节与年际变化特征

    柯长青;王蔓蔓;

    北极海冰变化影响着全球物质平衡、能量交换和气候变化。本文基于CryoSat-2测高数据和OSI SAF海冰密集度及海冰类型产品,分析了2010-2017年北极海冰面积、厚度和体积的季节和年际变化特征,结合NCEP再分析资料探讨了融冰期北极气温异常和夏季风异常对海冰变化的影响。结果表明,结冰期海冰面积的增加量波动较大,海冰厚度的增加量呈明显下降趋势。融冰期海冰厚度的减小量波动较大,2013年以后融冰期海冰面积的减小量逐年增加。海冰体积的变化趋势和面积变化更相似,融冰期的减小速率大于结冰期的增加速率。融冰期北极海表面大气温度异常与海冰融化量正相关。夏季风影响海冰的辐合和辐散,在弗拉姆海峡海冰的输运过程中起关键作用,促进了北冰洋表层水向大洋深层的传输。

    2018年11期 v.40 1-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 10150K]
  • 基于卫星观测的2003-2013年北极海冰体积变化估算

    付敏;毕海波;杨清华;张林;王云鹤;张泽华;黄海军;

    北极海冰正处于快速减退时期,北极海冰体积变化是全球气候变化的重要指示因子。本文利用两种卫星高度计数据(ICESat和CryoSat-2)反演得到的海冰厚度数据,结合星载辐射计提取的海冰密集度数据以及海冰年龄数据,估算了近期的北极海冰体积以及一年冰和多年冰体积变化。CryoSat-2观测时段(2011-2013年)与ICESat观测时段(2003-2008年)相比,北极海冰体积在秋季(10-11月)和冬季(2-3月)分别减少了1 426 km~3和412 km~3。其中,秋季和冬季的一年冰的体积增加了702 km~3和2 975 km~3。相反,多年冰分别减少了2 108 km~3和3 206 km~3。多年冰的大量流失是造成北极海冰净储量下降的主要原因。

    2018年11期 v.40 14-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 4921K]
  • 雪热传导系数与穿过海冰的热通量研究

    林龙;赵进平;

    雪热传导系数是海冰质量平衡过程中的重要物理参数,决定了穿透海冰的热传导通量。北冰洋海冰质量平衡浮标观测获得多年冰上冬季温度链剖面可以明显地区分冰雪界面。本文考虑到冰雪界面处温度随时间变化,再根据冰雪界面热传导通量连续假定,提出了新的雪热传导系数计算方法。受不同环境因素影响,多年冰上各个浮标的雪热传导系数在0.23~0.41 W/(m·K)之间,均值为(0.32±0.08) W/(m·K)。北冰洋多年冰上冬季穿过海冰的热传导通量最大发生在11月至翌年3月,约14~16 W/m~2。结冰季节,来自海冰自身降温的热量对穿过海冰向大气传输的热量贡献逐月减少,从9月100%减小到12月的35%,翌年的1月至3月稳定在10%左右。夏季,短波辐射通能量通过热传导自上而下加热海冰,海冰上层温度高于下层,热量传播方向与冬季反向,往海冰内部传递。直到9月短波辐射完全消失,气温下降,热量再次转变为自下往上传递。从冰底热传导来看,夏季出现海冰向冰水界面传递热量现象。由于雪较好的绝热性,冰上覆雪极大地削弱了海冰上层热传导通量,从而减缓了秋冬季节的结冰速度。尽管受雪厚影响,多年冰上层热传导通量与气温依旧具有很好的线性关系,气温每降低1℃,热传导通量增加约0.59 W/m~2。

    2018年11期 v.40 23-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 2061K]
  • 北极中央区海冰低密集度现象研究

    李珵;苏洁;魏立新;梁红杰;黄菲;赵进平;

    近年,北极中央密集冰区出现海冰低密集度的异常现象。为了探讨这一现象的成因,本文使用ERA-Interim再分析资料,定义了北极中央区海冰低密集度(LCCA)指数,研究了2009-2016年的6-9月北极中央区发生的海冰低密集度现象。分析表明,研究时段内在北极中央区发生了6次明显的海冰低密集度(LCCA峰值)过程。在这些过程中,局地气温异常并不是导致海冰低密集度现象发生最主要的因素;海冰低密集度区域的形态及冰速场分布均与大气环流场相对应;在LCCA指数峰值发生前均有气旋中心出现在北冰洋70°N以北并伴随向北移动,气旋引起海冰辐散,同时所携带的较低纬度的热量导致海冰迅速融化。在6次过程中,有3次为气旋影响配合北极偶极子(DA)型环流。LCCA指数与84°N平均向北温度平流和北极中央区海冰速度散度呈正相关。在LCCA指数峰值前,温度平流对海冰低密集度区域形成的影响大于海冰辐散的影响。

    2018年11期 v.40 33-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 14716K]
  • 北极海冰密集度数值预报及验证评估研究

    李明;杨清华;赵杰臣;孙晓宇;田忠翔;沈辉;郝光华;李春花;张林;

    本文系统地评估了国家海洋环境预报中心于我国第七次北极科学考察期间开展的北极海冰密集度数值预报结果。该预报系统基于麻省理工大学通用环流模式,并采用牛顿松弛逼近(Nudging)资料同化方法,计算输出未来1~5 d的北极海冰密集度预报产品。本文将数值预报结果同卫星观测的海冰密集度、再分析资料和"雪龙"号第七次北极考察期间观测的海冰密集度数据进行了对比分析。结果表明,预报的北极海冰密集度小于卫星观测值,24 h、72 h和120 h预报结果的偏差分别为-2.7%、-3.1%和-3.2%;数值产品的预报技巧好于气候态结果和惯性预报,但是在海冰出现快速融化或冻结时,基于Nudging同化的数值预报技巧仍有不足。另外,相比船测数据,数值预报结果在海冰边缘区的偏差相对较大,24 h、72 h和120 h预报结果的偏差分别为8.8%、12.0%和14.5%。

    2018年11期 v.40 46-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 5305K]
  • 2017年夏季北极中央航道海冰观测特征及海冰密集度遥感产品评估

    郝光华;赵杰臣;李春花;杨清华;王江鹏;孙晓宇;张林;

    2017年夏季中国第八次北极科学考察期间,"雪龙"号极地考察船首次成功穿越北极中央航道,期间全程开展了海冰要素的人工观测。中央航道走航期间的平均海冰密集度和平均冰厚分别为0.64和1.5 m,海冰密集度时空变化大且以厚当年冰为主,高纬密集冰区的浮冰大小显著高于海冰边缘区。基于"雪龙"号的船基走航观测海冰密集度评估比较了国际上常用的5种常用的微波遥感反演海冰密集度产品,同走航目测海冰密集度点对点的比较,误差最大的为德国不来梅大学AMSR2基于Bootstrap算法的产品,平均误差和均方根误差分别为0.19和0.28;误差最小的为欧洲气象卫星应用组织基于AMSR2数据和OSHD和TUD两种不同算法的产品,平均误差分别为-0.02和0.01,均方根误差均为0.20。从日平均比较来看,AMSR2基于Bootstrap算法的误差最大,平均误差和均方根误差分别为0.15和0.20;AMSR2/OSI SAF(TUD)的误差最小,平均误差和均方根误差分别为0.0和0.11,OSI SAF产品更接近人工观测结果。

    2018年11期 v.40 54-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 4762K]
  • 长序列北极海冰覆盖数据集对比分析

    武胜利;刘健;

    国家卫星气象中心使用2011年至今的风云三号卫星数据开发了一套基于Nasa Team2(NT2)算法的北极海冰密集度数据集,并可实时业务更新。将该数据集与其他国家不同机构业务运行并实时更新多种同类型数据集进行横向对比分析,其中包括:(1)美国冰雪中心基于Nasa Team(NT)算法以及SSM/I、SSMIS数据制作的1978年至今25 km分辨率全球极区海冰覆盖数据集;(2)美国冰雪中心基于Boot Strap(BS)算法以及SSM/I、SSMIS数据制作的1978年至今25 km分辨率全球极区海冰覆盖数据集;(3)美国NOAA基于多种卫星资料、地面观测数据以及海冰模型制作的2004年至今4 km分辨率北半球海冰覆盖数据集(IMS)。对比表明,上述数据集在北极地区不同的时空范围内存在一定的偏差。以分辨率较高的IMS数据集为基准,对其他3种长序列数据集进行初步评价,总体最大偏差超过100×10~4 km~2,其中,NT2数据集过估较明显。经过与IMS数据集多年各月监测最大值的对比订正,NT2数据集过估情况得到改善。在此基础上的分析结果表明,NT、BS、NT2等3种数据集与IMS数据集相比,过估区域主要分布在海岸线附近,夏季过估比冬季更加明显,少估区域与算法、月份相关性明显,夏季少估面积也较冬季更大。NT、BS、NT2等3种数据集之中,NT2数据集与IMS数据集偏差最小,NT数据集次之,BS数据集与IMS数据集偏差最大。结果表明使用风云三号卫星数据的北极海冰覆盖数据集精度与国外3种同类型数据集相当。

    2018年11期 v.40 64-72页 [查看摘要][在线阅读][下载 2059K]
  • 基于GRACE卫星重力数据估计格陵兰岛冰盖质量变化

    冯贵平;王其茂;宋清涛;

    重力场恢复与气候试验(GRACE)卫星为高分辨率地监测全球冰川质量变化提供了一种新的手段。本文利用2003年1月至2014年12月Level-2 RL05的GRACE产品,进行去相关误差滤波、高斯滤波和海洋-陆地信号泄漏改正后,得到了格陵兰岛冰盖质量变化的时间序列,分析了格陵兰岛冰盖质量变化的长期趋势项,并与ICESat的结果进行了比较验证。研究表明,在2003年1月至2014年12月之间,格陵兰岛冰盖质量减小速率约为(-260±43)Gt/a,对全球海平面的贡献约为(0.72±0.12)mm/a,对同时期海平面上升的贡献占25.8%,并且格陵兰岛冰盖消融有着很强的区域差异性,冰盖消融的区域主要集中在边缘区域,中部内陆地区的冰盖质量则有增加的趋势。并进一步和ICESat的结果进行了比较分析,ICESat的结果显示格陵兰岛冰盖质量减小速率约为(-174±43)~(-184.8±28.2)Gt/a,而GRACE的结果则为(-209.4±26.3)Gt/a,有着较好的一致性,并且区域分布特征也符合较好。

    2018年11期 v.40 73-84页 [查看摘要][在线阅读][下载 5047K]
  • 卫星重力估计陆地水和冰川对全球海平面变化的贡献

    冯贵平;宋清涛;蒋兴伟;常亮;

    重力场恢复与气候试验(GRACE)卫星为高分辨率地监测全球海洋质量变化提供了一种新的手段。利用2003年1月至2014年12月Level-2 RL05的GRACE产品,进行去相关误差滤波、高斯滤波和海洋-陆地信号泄漏改正后,得到了全球陆地和海水质量变化,并分析了陆地水和冰川的质量变化对海平面长期变化的贡献。研究表明,全球陆地水和冰川的质量变化对海平面的贡献约为(2.09±0.54)mm/a,与卫星测高扣除海洋温盐数据比热容变化得到的海水质量长期变化(2.07±0.62)mm/a有着很好的一致性,其中全球陆地水储量对全球质量项海平面变化的贡献为(0.15±0.25)mm/a,南极冰盖对全球质量项海平面变化的贡献为(0.59±0.10)mm/a,格陵兰岛冰盖对全球质量项海平面变化的贡献为(0.72±0.12)mm/a,山地冰川对全球质量项海平面变化的贡献为(0.63±0.09)mm/a。并进一步讨论了不同分析中心GRACE重力场系数,一阶项系数和二阶项对质量项海平面变化的影响。结果表明,一阶项对质量项海平面的影响为(0.10±0.08)mm/a,二阶项对质量项海平面的影响为(0.16±0.04)mm/a,美国德克萨斯大学空间研究中心和德国地学研究中心分析结果较为一致,而美国国家航空航天局喷气推进实验室的结果则稍稍偏小。

    2018年11期 v.40 85-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 3258K]
  • 北极地区1979—2015年西北航道7-10月份气旋的特征分析

    秦听;魏立新;

    本文采用气旋自动识别与追踪算法,基于欧洲中期天气预报中心ERA-Interim平均海平面气压场,建立1979-2015年共37年7-10月北极西北航道东西两个区域的气旋数据。数据包括气旋中心经纬度以及中心最低气压值。基于这套数据,分析了北极7-10月西北航道气旋数量特征、空间密度分布、强度特征、加深以及爆发性气旋的活动情况。西北航道东西两段的气旋个数存在显著的差异,东段气旋个数是西段区域的2~2.5倍,并且两段个数变化趋势不一致,西段的气旋个数趋势呈不显著的减少,东段的个数呈不显著上升趋势。西北航道气旋强度偏弱,中心最低气压达980 hPa的气旋仅占不到总数的5%。最低中心气压集中分布在990~1 000 hPa之间。1979-2015年以来,东段的气旋强度趋势增强,西段气旋在2002年以前也是显著的增强,2002年以后强度减弱。气旋的生命史集中在7 d以内,东段1 d以内的气旋个数明显偏多。西段气旋高密度区域主要分布在74°N以北的波弗特海北部,东段主要分布在巴芬湾的东北侧和巴芬岛的东南侧,近几年来其主要密度分布区域东西两段存在南移以及略微变化。西北航道内爆发性气旋的增长位置集中在70°N的沿岸附近,尤其是加拿大北部以及格陵兰西海岸附近。大西洋震荡指数与东段气旋的个数有较好的正相关。

    2018年11期 v.40 96-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 2890K]
  • 北极海域海面风场和海浪遥感观测能力分析

    杨俊钢;张杰;王桂忠;

    卫星遥感是开展北极海域海面风场和海浪分布特征与变化规律研究的重要手段。本文基于在轨多源卫星遥感数据,从遥感观测空间覆盖、时间覆盖和多源卫星遥感数据融合等方面开展北极海域海面风场与海浪遥感观测能力分析,研究主要结果为:基于ASCAT和HY-2A散射计可实现北极海域海面风场遥感观测,通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于12 h和0.1°的海面风场遥感融合数据;基于HY-2A、CryoSat-2、SARAL和Sentinel-3高度计可实现北极海域海浪遥感观测,同样通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于1 d和0.25°的海浪有效波高遥感融合数据;基于2016年北极海面风场和海浪遥感融合数据,分析得出北极海域海面风场和海浪在2月处于极大值,然后逐渐减小,7月最小,随后开始逐渐增大。本研究表明,基于多源散射计和高度计遥感观测可实现北极海域海面风场和海浪的高时空分辨率遥感业务化监测。

    2018年11期 v.40 105-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 8670K]
  • 北极星载微波辐射计海表温度遥感观测能力分析

    孙伟富;苗俊伟;张杰;孟俊敏;马毅;刘伊格;

    本文利用2016年的AMSR2、GMI、WindSat和HY-2A RM等星载微波辐射计海表温度(SST)数据,分析了北极卫星遥感SST数据的时空覆盖和产品精度情况。结果表明:北极星载微波辐射计SST冬季覆盖率和有效覆盖天数要低于夏季,GMI的SST有效覆盖率较低,AMSR2较高,联合使用AMSR2、GMI、WindSat和HY-2A RM星载微波辐射计SST数据,2月份覆盖率在12%~15%之间,有效观测天数优于26 d,8月份覆盖率全月高于26%,有效观测天数优于29 d。北极地区星载微波辐射计SST数据的误差均要大于全球平均水平,AMSR2数据精度较好,WindSat与AMSR2的精度相当,GMI的均方根误差约是AMSR2的2倍,HY-2A RM数据精度低于其他星载微波辐射计水平。

    2018年11期 v.40 116-127页 [查看摘要][在线阅读][下载 5810K]
  • 大太阳天顶角下水色卫星叶绿素遥感探测能力研究

    李豪;何贤强;陶邦一;王迪峰;

    本文利用考虑地球曲率的矢量辐射传输模型PCOART-SA,对大太阳天顶角下叶绿素浓度的卫星遥感探测极限能力进行了模拟研究。结果表明:太阳-传感器几何参数,尤其是太阳天顶角对叶绿素浓度变化的探测极限能力影响较大;大太阳天顶角下,卫星对叶绿素浓度变化的探测能力下降十几倍。在典型陆架水体(叶绿素浓度为1μg/L),低太阳天顶角(30°)时,叶绿素浓度变化探测极限为0.012 8μg/L(约为原浓度的1.2%),而大太阳天顶角(80°)时,探测极限为0.136μg/L(约为原浓度的13.6%)。相比于太阳天顶角,观测天顶角增大造成的叶绿素浓度探测能力衰减较小。叶绿素浓度越高,吸收作用越强,对卫星遥感器的辐射探测灵敏度、定标及大气校正精度的要求越高。

    2018年11期 v.40 128-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 8288K]
  • SAR图像分块CFAR迭代的极地冰山检测

    刘振宇;张毅;张晰;张婷;

    通过迭代CFAR算法,本文发展了一种针对分块SAR图像的冰山检测方法。考虑到滑动窗口运算负担大、计算效率低,首先对SAR图像进行分块,以提取分块内的亮目标冰山。利用高斯模型表征后向散射系数的统计分布,冰山检测阈值可简单地表达为均值和方差的线性组合,将分块内像素逐个比对阈值以检测冰山。考虑到同一场景中尺寸变化大的冰山影响检测精度,以识别的冰山像素做种子执行区域生长,从而提取大尺寸的冰山。针对单个分块迭代上述处理,以降低高斯模型表征分块统计分布的误差,提高冰山检测精度。利用2013年11月22日和29日获取自极地海域的两景RADARSAT-2图像开展验证试验。结果表明,数量多、尺寸变化大并嵌入在海冰等极地常见情形下的冰山,能被文中方法有效识别,选取区域内正确率高达85%以上,且具有良好的运行效率。

    2018年11期 v.40 141-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 3281K]
  • 结合纹理特征的SVM海冰分类方法研究

    张明;吕晓琪;张晓峰;张婷;吴凉;王军凯;张信雪;

    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。

    2018年11期 v.40 149-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 3341K]

研究报道

  • 极地预报年及相关科学问题

    姜珊;杨清华;孙启振;李春花;张林;滕骏华;

    为有效应对全球气候变化和极地增暖挑战,世界气象组织(WMO)于2013年启动了"极地预报计划"(PPP,2013-2022年),并于2017年启动了PPP的核心行动"极地预报年"(YOPP,2017年中期至2019年中期)。本文对"极地预报计划"和"极地预报年"的相关情况进行了介绍,重点说明了该研究项目支撑下在社会效益、检验、观测、模拟、资料同化、集合预报、可预报性和诊断、全球关联8个领域需要解决的科学问题和开展的工作。同时,探讨了我国借PPP/YOPP实施契机,在极地现场观测、数值预报和信息服务方面需要做出的努力。

    2018年11期 v.40 157-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 915K]

其他

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    2018年11期 v.40 166页 [查看摘要][在线阅读][下载 41K]
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