海冰精准预测 一道国际性难题

2018年12月06日09:16  来源:科技日报
 

在每年海冰到来前,自然资源部国家海洋环境预报中心海冰首席预报员刘煜就提前开始忙碌。

寒冬来临,今年海冰冰情趋势如何?在自然资源部国家海洋环境预报中心和中国海洋学会海冰专业委员会近日举行的2018年度海冰预测会商会上,包括刘煜在内的专家们预计,2018/2019年冬季渤海及黄海北部冰情为常年略偏轻(2.5级),2018年12月上旬初冰期,严重冰期为2019年1月中旬至2月上旬,3月中旬终冰。

为什么要做海冰冰情预测?冰情趋势是如何得出的?如何提高冰情预测准确性?科技日报记者就此采访了相关专家。

游客眼中的美景 晶莹剔透却暗含危机

海冰,是淡水冰晶、“卤水”和含有盐分的气泡混合体,包括来自大陆的淡水冰(冰川和河冰)和由海水直接冻结而成的咸水冰,一般多指后者。

据媒体报道,今年1月30日,渤海大连北部海域被海冰覆盖,宛若极地冰原。由于持续低温,渤海大连北部海域大面积结冰,结冰范围持续扩大,最大冰层厚度近1米。大海结冰让前来观赏的游客热情高涨,纷纷在厚厚的海冰上游玩。

在游客眼中,海冰营造了晶莹剔透的冰雪世界,但对于渔业捕捞、海水养殖、海上交通运输,却会带来不利影响,甚至危险。

1912年由俄国彼得堡开出的海船“圣·安娜”号,在北冰洋上为海冰所阻,随冰漂流将近两年,直到船只完全被冰毁坏。这场灾难只有两人获救。

1969年2—3月,我国渤海发生百年不遇的大冰封灾害,整个渤海被厚达几米的坚冰封堵长达50天。进出天津港的123艘客货轮中,7艘被海冰推移搁浅,19艘被海冰夹住不能动,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碰坏、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、秦皇岛港也遭海冰灾害,损失惨重。

太阳黑子数和大气环流 冰情预报影响因子很多

刘煜告诉记者,目前从事海冰预报的多是高纬度海域沿岸国家,在我国,从事渤海、黄海局地海冰预报的队伍,还比较小。

2018/2019年冬季冰情预测是如何做出来的呢?

刘煜说,影响冰情预测的因子很多,以影响因子之一的太阳黑子数为例。太阳黑子很少单独活动,通常是成群出现。黑子的活动周期约为11年,活跃时会对地球的磁场产生影响,主要是使地球南北极和赤道的大气环流作经向流动,从而造成恶劣天气,使气候转冷。

“我们同时发现,在太阳活动的峰值年或谷值年前后,渤海海冰至少有一年是比较严重的。上世纪五十年代至今的数据显示,重冰年均发生在峰值年前后,如1957年是太阳活动峰值年,之前的1956/1957年冬季为重冰年;1968年是太阳活动峰值年,其后的1968/1969年冬季为重冰年。偏重冰年均发生在峰年或谷年前后,如2000年是太阳活动峰值年,其后的2000/2001年冬季为偏重冰年;2009年是太阳活动谷值年,其后的2009/2010年冬季为偏重冰年。”刘煜说,太阳活动周期并非想象的那么有规律,11年只是太阳活动的平均变化周期,现有观测到的最短活动周期为9年,最长活动周期为14年。从太阳黑子数所处周期位置与数目来看,2018年与1964、1975、1986、1996、2007年相似,都是太阳黑子数谷值年的前一年。根据太阳黑子数相似年的冰级分析,今年冬季冰情为常年略偏轻。但是,目前太阳活动周期位于波谷附近,不排除发生较重冰情的可能。

大气环流也会影响渤海及黄海北部冰情。渤海受亚洲大陆高压控制,冬季气温变化具有明显的大陆性特点,当冷空气过境,尤其是寒潮入侵时,海温显著下降,有利于海冰生成。

北半球大气状况的重要指数——北极涛动,为预测冬季我国渤黄海冰情提供了一个潜在的前期信号,秋季北极海冰面积等都是影响因素。此外,厄尔尼诺指数、北极海冰面积等因子与渤黄海冰情也密切相关。

“根据各种预测方法近5年的平均误差,计算出各预测依据的权重系数。根据各项预测依据的权重系数和预测结果,确定2018/2019年冬季为常年略偏轻(2.5级)。”刘煜告诉记者,“但目前并没有确切的答案告知,哪个影响因子与冰情的关联性特别大,也许还有更多影响因子未被认知。正因如此,冰情预报被认为是全球性难题。”

从目测到卫星遥感 现场监测能力不断提高

虽然冰情预报难,但海冰监测被认为是海冰预报的重要保障。“及时获取全面客观的现场海冰监测数据,可更准确地预报冰情发展趋势。”刘煜说。

目测检测法是海冰监测最传统的基本观测方法。这种方法是根据海冰观测规范规定,依靠观测员的眼睛和经验进行观测,如冰量、流冰密集度、流冰冰状、固定冰状等。

作为目测检测法的重要补充,2010年2月,国家海洋环境预报中心在渤海辽东湾JZ20-2石油平台安装了JZ20-2雷达测冰系统。

由于雷达基本不受天气状况影响,可全天候、实时进行海冰监测,进一步丰富了海冰监测手段,完善了海冰监测系统。但这种手段也有短板,监测半径最多几十公里,站点建造、维护费用也不低。

相比海洋站、出海调查、沿岸调查、雷达等观测手段,卫星遥感被认为是最主要的手段。它具有大尺度、快速、同步与长时间连续动态观测的能力,在经济上也有着无可比拟的优势。

刘煜告诉记者,在全球卫星海冰监测中,海冰作为一种光谱特征非常明显的地物类型,以中分辨率成像光谱仪(MODIS)为代表的光学传感器,能够准确直观地提供海冰外缘线、海冰覆盖面积和海冰密集度等信息,而以高分辨率商用雷达卫星(RADARSAT)为代表的微波传感器,能够不受云雾覆盖与黑夜的影响提供海冰外缘线、密集度以及海冰类型等信息。同时,不同分辨率的遥感资料可以应用不同环境条件以及不同尺度的区域。如冰区范围大且受云雾影响多,可以使用分辨率较低的微波传感器资料对其进行监测;在海冰灾害严重时期,可以利用高分辨率的遥感影像来监测港口、海上平台或受困船只的情况。卫星遥感海冰监测和信息提取技术的广泛应用,为业务化海冰数值预报的发展提供了重要的技术支撑。

“2017/2018年冬季,国家海洋环境预报中心每天接收MODIS卫星遥感资料,实时监测渤黄海冰情。”刘煜说,今年发射的我国“海洋一号C”(HY-1C)卫星,观测精度、观测范围均有大幅提升,今年冬季有望借助HY-1C卫星获取高分辨率卫星海冰监测数据。“台站观测、测冰雷达、卫星遥感等互为补充、有机结合,组成海冰立体观测系统,将为冬季海冰监测和预警报工作提供有力保障。”( 陈 瑜)

(责编:宋小萱(实习生)、熊旭)

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