海冰精準(zhǔn)預(yù)測(cè) 預(yù)報(bào)影響因子很多

在每年海冰到來(lái)前，自然資源部國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心海冰首席預(yù)報(bào)員劉煜就提前開(kāi)始忙碌。

寒冬來(lái)臨，今年海冰冰情趨勢(shì)如何?在自然資源部國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心和中國(guó)海洋學(xué)會(huì)海冰專(zhuān)業(yè)委員會(huì)近日舉行的2018年度海冰預(yù)測(cè)會(huì)商會(huì)上，包括劉煜在內(nèi)的專(zhuān)家們預(yù)計(jì)，2018/2019年冬季渤海及黃海北部冰情為常年略偏輕(2.5級(jí))，2018年12月上旬初冰期，嚴(yán)重冰期為2019年1月中旬至2月上旬，3月中旬終冰。

為什么要做海冰冰情預(yù)測(cè)?冰情趨勢(shì)是如何得出的?如何提高冰情預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性?科技日?qǐng)?bào)記者就此采訪(fǎng)了相關(guān)專(zhuān)家。

游客眼中的美景 晶瑩剔透卻暗含危機(jī)

海冰，是淡水冰晶、“鹵水”和含有鹽分的氣泡混合體，包括來(lái)自大陸的淡水冰(冰川和河冰)和由海水直接凍結(jié)而成的咸水冰，一般多指后者。

據(jù)媒體報(bào)道，今年1月30日，渤海大連北部海域被海冰覆蓋，宛若極地冰原。由于持續(xù)低溫，渤海大連北部海域大面積結(jié)冰，結(jié)冰范圍持續(xù)擴(kuò)大，最大冰層厚度近1米。大海結(jié)冰讓前來(lái)觀賞的游客熱情高漲，紛紛在厚厚的海冰上游玩。

在游客眼中，海冰營(yíng)造了晶瑩剔透的冰雪世界，但對(duì)于漁業(yè)捕撈、海水養(yǎng)殖、海上交通運(yùn)輸，卻會(huì)帶來(lái)不利影響，甚至危險(xiǎn)。

1912年由俄國(guó)彼得堡開(kāi)出的海船“圣·安娜”號(hào)，在北冰洋上為海冰所阻，隨冰漂流將近兩年，直到船只完全被冰毀壞。這場(chǎng)災(zāi)難只有兩人獲救。

1969年2—3月，我國(guó)渤海發(fā)生百年不遇的大冰封災(zāi)害，整個(gè)渤海被厚達(dá)幾米的堅(jiān)冰封堵長(zhǎng)達(dá)50天。進(jìn)出天津港的123艘客貨輪中，7艘被海冰推移擱淺，19艘被海冰夾住不能動(dòng)，25艘由破冰船破冰后才得以逃脫，5艘萬(wàn)噸級(jí)貨輪螺旋漿被海冰碰壞，1艘巨輪被海冰擠壓破裂進(jìn)水，引水船螺旋漿也被海冰碰壞、船體變形，航標(biāo)燈全部被海冰挾走。天津港務(wù)局觀測(cè)平臺(tái)被海冰推倒，海洋石油1號(hào)鉆井平臺(tái)支座拉筋被海冰割斷而倒塌，2號(hào)鉆井平臺(tái)也被海冰推倒。不凍港的塘沽港、秦皇島港也遭海冰災(zāi)害，損失慘重。

太陽(yáng)黑子數(shù)和大氣環(huán)流 冰情預(yù)報(bào)影響因子很多

劉煜告訴記者，目前從事海冰預(yù)報(bào)的多是高緯度海域沿岸國(guó)家，在我國(guó)，從事渤海、黃海局地海冰預(yù)報(bào)的隊(duì)伍，還比較小。

2018/2019年冬季冰情預(yù)測(cè)是如何做出來(lái)的呢?

劉煜說(shuō)，影響冰情預(yù)測(cè)的因子很多，以影響因子之一的太陽(yáng)黑子數(shù)為例。太陽(yáng)黑子很少單獨(dú)活動(dòng)，通常是成群出現(xiàn)。黑子的活動(dòng)周期約為11年，活躍時(shí)會(huì)對(duì)地球的磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，主要是使地球南北極和赤道的大氣環(huán)流作經(jīng)向流動(dòng)，從而造成惡劣天氣，使氣候轉(zhuǎn)冷。

“我們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在太陽(yáng)活動(dòng)的峰值年或谷值年前后，渤海海冰至少有一年是比較嚴(yán)重的。上世紀(jì)五十年代至今的數(shù)據(jù)顯示，重冰年均發(fā)生在峰值年前后，如1957年是太陽(yáng)活動(dòng)峰值年，之前的1956/1957年冬季為重冰年;1968年是太陽(yáng)活動(dòng)峰值年，其后的1968/1969年冬季為重冰年。偏重冰年均發(fā)生在峰年或谷年前后，如2000年是太陽(yáng)活動(dòng)峰值年，其后的2000/2001年冬季為偏重冰年;2009年是太陽(yáng)活動(dòng)谷值年，其后的2009/2010年冬季為偏重冰年。”劉煜說(shuō)，太陽(yáng)活動(dòng)周期并非想象的那么有規(guī)律，11年只是太陽(yáng)活動(dòng)的平均變化周期，現(xiàn)有觀測(cè)到的最短活動(dòng)周期為9年，最長(zhǎng)活動(dòng)周期為14年。從太陽(yáng)黑子數(shù)所處周期位置與數(shù)目來(lái)看，2018年與1964、1975、1986、1996、2007年相似，都是太陽(yáng)黑子數(shù)谷值年的前一年。根據(jù)太陽(yáng)黑子數(shù)相似年的冰級(jí)分析，今年冬季冰情為常年略偏輕。但是，目前太陽(yáng)活動(dòng)周期位于波谷附近，不排除發(fā)生較重冰情的可能。

大氣環(huán)流也會(huì)影響渤海及黃海北部冰情。渤海受亞洲大陸高壓控制，冬季氣溫變化具有明顯的大陸性特點(diǎn)，當(dāng)冷空氣過(guò)境，尤其是寒潮入侵時(shí)，海溫顯著下降，有利于海冰生成。

北半球大氣狀況的重要指數(shù)——北極濤動(dòng)，為預(yù)測(cè)冬季我國(guó)渤黃海冰情提供了一個(gè)潛在的前期信號(hào)，秋季北極海冰面積等都是影響因素。此外，厄爾尼諾指數(shù)、北極海冰面積等因子與渤黃海冰情也密切相關(guān)。

“根據(jù)各種預(yù)測(cè)方法近5年的平均誤差，計(jì)算出各預(yù)測(cè)依據(jù)的權(quán)重系數(shù)。根據(jù)各項(xiàng)預(yù)測(cè)依據(jù)的權(quán)重系數(shù)和預(yù)測(cè)結(jié)果，確定2018/2019年冬季為常年略偏輕(2.5級(jí))。”劉煜告訴記者，“但目前并沒(méi)有確切的答案告知，哪個(gè)影響因子與冰情的關(guān)聯(lián)性特別大，也許還有更多影響因子未被認(rèn)知。正因如此，冰情預(yù)報(bào)被認(rèn)為是全球性難題。”

從目測(cè)到衛(wèi)星遙感 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)能力不斷提高

雖然冰情預(yù)報(bào)難，但海冰監(jiān)測(cè)被認(rèn)為是海冰預(yù)報(bào)的重要保障。“及時(shí)獲取全面客觀的現(xiàn)場(chǎng)海冰監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)冰情發(fā)展趨勢(shì)。”劉煜說(shuō)。

目測(cè)檢測(cè)法是海冰監(jiān)測(cè)最傳統(tǒng)的基本觀測(cè)方法。這種方法是根據(jù)海冰觀測(cè)規(guī)范規(guī)定，依靠觀測(cè)員的眼睛和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行觀測(cè)，如冰量、流冰密集度、流冰冰狀、固定冰狀等。

作為目測(cè)檢測(cè)法的重要補(bǔ)充，2010年2月，國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心在渤海遼東灣JZ20-2石油平臺(tái)安裝了JZ20-2雷達(dá)測(cè)冰系統(tǒng)。

由于雷達(dá)基本不受天氣狀況影響，可全天候、實(shí)時(shí)進(jìn)行海冰監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步豐富了海冰監(jiān)測(cè)手段，完善了海冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。但這種手段也有短板，監(jiān)測(cè)半徑最多幾十公里，站點(diǎn)建造、維護(hù)費(fèi)用也不低。

相比海洋站、出海調(diào)查、沿岸調(diào)查、雷達(dá)等觀測(cè)手段，衛(wèi)星遙感被認(rèn)為是最主要的手段。它具有大尺度、快速、同步與長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)的能力，在經(jīng)濟(jì)上也有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

劉煜告訴記者，在全球衛(wèi)星海冰監(jiān)測(cè)中，海冰作為一種光譜特征非常明顯的地物類(lèi)型，以中分辨率成像光譜儀(MODIS)為代表的光學(xué)傳感器，能夠準(zhǔn)確直觀地提供海冰外緣線(xiàn)、海冰覆蓋面積和海冰密集度等信息，而以高分辨率商用雷達(dá)衛(wèi)星(RADARSAT)為代表的微波傳感器，能夠不受云霧覆蓋與黑夜的影響提供海冰外緣線(xiàn)、密集度以及海冰類(lèi)型等信息。同時(shí)，不同分辨率的遙感資料可以應(yīng)用不同環(huán)境條件以及不同尺度的區(qū)域。如冰區(qū)范圍大且受云霧影響多，可以使用分辨率較低的微波傳感器資料對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè);在海冰災(zāi)害嚴(yán)重時(shí)期，可以利用高分辨率的遙感影像來(lái)監(jiān)測(cè)港口、海上平臺(tái)或受困船只的情況。衛(wèi)星遙感海冰監(jiān)測(cè)和信息提取技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為業(yè)務(wù)化海冰數(shù)值預(yù)報(bào)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。

“2017/2018年冬季，國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心每天接收MODIS衛(wèi)星遙感資料，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)渤黃海冰情。”劉煜說(shuō)，今年發(fā)射的我國(guó)“海洋一號(hào)C”(HY-1C)衛(wèi)星，觀測(cè)精度、觀測(cè)范圍均有大幅提升，今年冬季有望借助HY-1C衛(wèi)星獲取高分辨率衛(wèi)星海冰監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。“臺(tái)站觀測(cè)、測(cè)冰雷達(dá)、衛(wèi)星遙感等互為補(bǔ)充、有機(jī)結(jié)合，組成海冰立體觀測(cè)系統(tǒng)，將為冬季海冰監(jiān)測(cè)和預(yù)警報(bào)工作提供有力保障。”

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