北极海冰生消过程关键指标的观测新技术

北极海冰温度和厚度变化是中国第2次北极科学考察(2003年7～9月)中的海冰物理调查内容之一.由于调查数据将应用到海冰热力学数值模拟的验证和模型的修改上,所以对数据的精度和准确度要求较高.海冰层温度剖面、海冰层下水温剖面和海冰层厚度变化均成为调查的关键指标.为了获得准确可靠的现场数据,设计和研制了相应的测试技术和方法.其中人工冻结设备、冰下水温同步测量设备和冰层厚度变化自动监测设备均是新发展的技术方法.文中重点介绍这些新技术方法在现场调查中获得的初步结果和存在的问题,并讨论了改进的设想.     

南极海冰导热系数优化辨识

根据我国第22次南极科学考察现场调查数据,建立了辨识海冰导热系数的参数辨识模型,依据海冰导热系数依赖于其温度盐度的变化关系,拟合得到了三种海冰导热系数依赖于温度盐度的函数关系.通过遗传算法对该优化辨识模型进行了数值求解,用辨识出的最优导热系数与目前通用的海冰导热系数经验公式分别对我国第21次南极科学考察观测温度数据进行数值模拟,模拟结果表明本文构造的辨识模型是正确有效的,辨识结果可供南极海冰数值模拟者参考.     

海冰厚度测量方法及仪器的应用研究

为更好地在辽东湾开展雷达海冰监测、预报技术服务,专门研制出雷达冰厚测量记录仪来测量海冰厚度.通过现场实时的海冰厚度测量试验,对雷达冰厚测量记录仪的可靠性和应用性做出了分析和校正.实验结果表明,雷达冰厚测量记录仪样机整体性能良好,现场标定雷达冰厚测量准确率大于87.5%,样机填补了国内空白.     

雷达海冰监测系统与数值预报技术在辽东湾冰区作业中的应用

利用航海雷达在辽东湾冰区石油平台上,现场实时进行海冰观测;雷达监测海冰系统,针对海冰类型识别及对应冰厚度、流冰漂移速度、方向、冰边缘线等要素进行观测;应用统计模式分类法,对雷达观测的海冰数据进行分类、验证,其海冰分类识别结果标准率达80％以上,同时开展现场流冰跟踪数值预报业务,检验了现场雷达海冰监测、数值预报的可行性和应用性．     

南极海冰厚度数值模拟

主要进行南极地区海冰厚度的数值模拟研究,并考虑太阳短波辐射等因素对南极海冰厚度变化的影响。根据我国第22次南极科学考察现场观测数据,建立了辨识海冰厚度的最优控制模型,并用遗传算法求解该最优控制问题,仿真结果与现场观测数据吻合良好,表明所建模型和求解算法是准确有效的。     

从船侧倾斜拍摄图像中提取海冰密集度的方法

为消除提取海冰密集度时因摄影镜头倾斜造成图像变形可能引起的误差,基于摄影测量学原理,对倾斜拍摄引起的图像变形进行修正,建立从倾斜拍摄的图像中提取海冰密集度的精确方法和相应的简化算法.以2006年德国南极威德尔海冬季考察中获取的图像为例,讨论了现场观测时的系统标定方法和不同算法的计算结果.对比分析验证了图像变形修正的必要性,说明简化算法能够同时保证海冰密集度计算的精度和效率.     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

石碑塬滑坡成因机制及数值模拟初步分析

通过对1920年海原大地震造成的石碑塬滑坡区域地质条件和基本特征的现场调查,推测出石碑塬滑坡的边界、形成原因及破坏过程,并通过数值模拟分析其原始斜坡在地震作用时的位移、应交等特征.     

重庆开县砂岩地区斜坡变形规律之研究

位于砂岩地层上的堆积层斜坡是重庆开县广大农村居民的主要生活生产场所,其位移变形直接关系着住户的生命财产安全.根据现场调查指出人口密度大、过度开垦是导致斜坡变形的重要人为因素.通过专业监测资料分析和实地调研,揭示出该类斜坡具有阶段性蠕滑、位移在雨季增长明显的变形特点,滑面通常位于土岩接触面或堆积层中黏粒含量较高且相对隔水的层面.这些结论可为地质灾害治理和西南地区城镇建设提供依据.     

电阻率冰厚监测装置在南极海冰考察中的应用

电阻率冰厚监测装置是中国第21次南极考察中海冰厚度监测的技术设备之一。结合南极极端环境,对基于冰、水不同电传导性质的电阻率冰厚监测装置首次在南极海冰考察中所取得的数据进行了分析,总结出极地海冰不稳定的现场环境和低温是影响该装置测量精度的主要因素,并依据分析结果对该装置提出了改进措施。     

近岸堆积冰形成过程的原型调查

为获取辽东湾近岸堆积冰特征,利用CCD监测、数码照相和GPS定位等现代技术,通过现场定点连续监视和堆积冰外边缘线踏勘,以及堆积冰外边缘断面的等距离正面照相,获得辽东湾堆积冰边缘流冰运动速度、方向和密集度等参数.统计分析了流冰运动参数与当地潮位、潮流变化的关系,以及堆积冰宽度、边缘断面、高度和起伏角度等几何特征参数.结果表明:堆积冰的形成与平行海岸的潮流速度关系不大,而与流冰厚度、湖位、风速风向有很大关系;堆积冰边缘的流冰运动速度、密集度和潮位直接相关;堆积冰的最大外边缘线不超过零米等水深线;堆积冰高度一般小于2 m,最大为2.8 m;堆积断面起伏的平均切角为22°.     

基于试验数据优化辨识孤立冰块的流拖曳系数

流拖曳系数是海冰动力学模型中的重要参数,实际海冰运动时受到水流的底面剪切作用和侧面正压力作用,对应的拖曳系数分别为摩拖曳系数和形拖曳系数.利用实验室波流水槽设备,对长方体平底、长方体粗糙底和圆饼形淡水冰试样进行拖曳运动试验,获得26组冰样运动数据.根据这些试验数据,利用动量法原理和优化方法构造了识别摩拖曳系数和形拖曳系数的参数辨识模型,并计算出相应的拖曳系数.在此基础上,引入描述表面粗糙度的两个指标--轮廓支承长度率和轮廓均方根偏差,统计分析了粗糙度指标对拖曳系数的影响.此外还得到摩拖曳系数同冰样长度和吃水深度之比的关系,该关系可用于计算冰山和浮冰的摩拖曳系数.     

Twenty-first-century warming of a large Antarctic ice-shelf cavity by a redirected coastal current

The Antarctic ice sheet loses mass at its fringes bordering the Southern Ocean. At this boundary, warm circumpolar water can override the continental slope front, reaching the grounding line through submarine glacial troughs and causing high rates of melting at the deep ice-shelf bases. The interplay between ocean currents and continental bathymetry is therefore likely to influence future rates of ice-mass loss. Here we show that a redirection of the coastal current into the Filchner Trough and underneath the Filchner-Ronne Ice Shelf during the second half of the twenty-first century would lead to increased movement of warm waters into the deep southern ice-shelf cavity. Water temperatures in the cavity would increase by more than 2 degrees Celsius and boost average basal melting from 0.2 metres, or 82 billion tonnes, per year to almost 4 metres, or 1,600 billion tonnes, per year. Our results, which are based on the output of a coupled ice-ocean model forced by a range of atmospheric outputs from the HadCM3 climate model, suggest that the changes would be caused primarily by an increase in ocean surface stress in the southeastern Weddell Sea due to thinning of the formerly consolidated sea-ice cover. The projected ice loss at the base of the Filchner-Ronne Ice Shelf represents 80 per cent of the present Antarctic surface mass balance. Thus, the quantification of basal mass loss under changing climate conditions is important for projections regarding the dynamics of Antarctic ice streams and ice shelves, and global sea level rise.     

数字核谱仪系统中脉冲堆积识别方法的研究

数字核谱仪系统中的脉冲堆积直接影响到信号幅度的有效提取,进而影响到核谱仪的能量分辨率.为了减小脉冲堆积对核谱仪能量分辨率的影响,引入时间比较脉冲堆积识别方法,对识别到的堆积脉冲直接丢弃处理,将降低数字信号处理时间,同时可减小脉冲堆积对能量分辨率的影响,对计数率的影响可以通过简单的校正方法来实现计数率的补偿.采用上述方法对实际的核脉冲堆积信号进行了处理,然后对其进行了计数率校正,在实际应用中取得了良好的效果.     

降压开采下深海能源土斜坡分解区的判定及其稳定性分析

深海能源土是指含新型战略性新能源-天然气水合物的海底沉积物。降压开采天然气水合物是一种相对经济、高效的方式,开采中水合物储层分解区域的确定与能源土斜坡稳定性分析是确保天然气水合物安全有效开采的前提之一。本文归纳了水合物降压开采的基本方程,通过自主编写USDFLD子程序,在ABAQUS中实现了降压开采条件下海底斜坡水合物储层分解区域的判断,模拟了水合物饱和度以及相关物性参数的变化情况。结合一实际海底能源土斜坡,完成了降压开采条件下能源土斜坡水合物储层分解区域、有效应力及变形场的计算,并结合有限元强度折减法对深海能源土斜坡降压开采的实际工况进行了数值模拟。结果表明开采前与开采后的安全系数变化不大,单井降压开采对斜坡的稳定性影响不明显。     

基于SPH方法的渤海海冰动力学数值模拟

简要介绍了光滑质点流体动力学 (smoothed particle hydrodynamics,简称SPH) 方法的基本原理,并将此方法应用到渤海海冰动力学数值模拟中. 在对海冰动力学方程和粘弹塑性本构方程进行SPH处理的基础上,对渤海海冰的动力演化过程进行了48 h的数值模拟,得到了海冰厚度、密集度、速度和主应力的演化过程及分布规律,同时对模拟的海冰厚度等值线分布与卫星遥感图像进行了对比分析. 数值模拟结果表明,SPH能够精确地模拟海冰分布规律以及冰缘线的位置,具有很高的计算精度和稳定性,是一种有效的海冰动力学数值模拟方法.     

渤海海冰作用特征参数确定方法

将海冰的生成，运移及其与结构相互作用的过程中存在的不确定性作为随机事件或随机过程研究，提出旨在建立设计条件的海冰作用多参数概率分析法，对海冰作用静，动力特征参数的规定与选择问题了探讨，对今后的研究方向提出了建议。     

锦屏隆里至黎平古帮地区青白口纪末南华纪早期沉积作用特征

锦屏隆里至黎平古帮地区,青白口纪末南华纪早期沉积作用特征可概括为碎屑流-浊流-悬浮沉积、震积岩和冰碛岩(包括水下泥石流)三个系列,文中讨论了隆里组中下部发育的细砾岩波痕,指出白土地砂体为南华纪初因成冰期来临海平面下降而形成的特殊性地区沉积建造,即长安成冰期开始时低水位氧化环境下的斜坡扇,该砂体常发育与金矿化有关的硅化、...     

冬季覆盖海冰条件下海冰消融过程水盐变化分析

众多国家和地区对非常规水源利用一直给予研究和重视。冬季海冰覆盖条件下,融水质量变化特征不同于常规灌溉,研究和掌握其规律对咸水冰资源综合利用十分重要。利用冬季室外冰柱、土柱实验,以实时监测海冰消融全过程为手段,深入分析冬季覆冰条件下海冰融水水量及总盐动态变化。实验结果表明:融水量最大值出现在下午15时左右;覆盖海冰条件下,海冰消融入渗过程分为集中排盐、深度脱盐、淡水入渗三个阶段。实验结果可为冬季覆冰或咸水结冰灌溉提供技术参考。     

High temperatures in the Late Cretaceous Arctic Ocean

To understand the climate dynamics of the warm, equable greenhouse world of the Late Cretaceous period, it is important to determine polar palaeotemperatures. The early palaeoceanographic history of the Arctic Ocean has, however, remained largely unknown, because the sea floor and underlying deposits are usually inaccessible beneath a cover of floating ice. A shallow piston core taken from a drifting ice island in 1970 fortuitously retrieved unconsolidated Upper Cretaceous organic-rich sediment from Alpha ridge, a submarine elevated feature of probable oceanic origin. A lack of carbonate in the sediments from this core has prevented the use of traditional oxygen-isotope palaeothermometry. Here we determine Arctic palaeotemperatures from these Upper Cretaceous deposits using TEX86, a new palaeothermometer that is based on the composition of membrane lipids derived from a ubiquitous component of marine plankton, Crenarchaeota. From these analyses we infer an average sea surface temperature of approximately 15 degrees C for the Arctic Ocean about 70 million years ago. This calibration point implies an Equator-to-pole gradient in sea surface temperatures of approximately 15 degrees C during this interval and, by extrapolation, we suggest that polar waters were generally warmer than 20 degrees C during the middle Cretaceous (approximately 90 million years ago).