微型近红外光谱仪测量北极积雪覆盖海冰内部太阳辐照度可行性研究   总被引：1，自引：1，他引：0  

南立文  王晓萍  王杭州  周宏亮  陈鹰 《海洋学报(英文版)》2020,39(9):115-124

The extremely low temperature, high humidity and limited power supply pose considerable challenges when using spectrometers within the Arctic sea ice. The feasibility of using a miniature low-power near-infrared spectrometer module to measure solar radiation in Arctic sea ice environments was investigated in this study.Temperature and integration time dependences of the spectrometer module were examined over the entire target operating range of –50℃ to 30℃, well below the specified operating range of this spectrometer. Using these observations, a dark output prediction model was developed to represent dark output as a function of temperature and integration time. Temperature-induced biases in the saturation output and linear operating range of the spectrometer were also determined. Temperature and integration time dependences of the signal output were evaluated. Two signal output correction models were developed and compared, to convert the signal output at any temperature within the operating temperature range and integration time to that measured at the reference temperature and integration time. The overall performance of the spectrometer was evaluated by integrating it into a refined fiber optic spectrometry system and measuring solar irradiance distribution in the ice cover with thickness of 1.85 m in the Arctic during the 9th Chinese National Arctic Research Expedition. The general shape of the measured solar irradiance above the snow surface agreed well with that measured by other commercial oceanographic spectroradiometers. The measured optical properties of the sea ice were generally comparable to those of similar ice measured using other instruments. This approach provides a general framework for assessing the feasibility of using spectrometers for applications in cold environments.  相似文献   

北极冰下水声通信中改进的最小均方/四次方直接自适应均衡器     

田亚男  韩笑  殷敬伟  陈红霞  刘清宇 《海洋学报(英文版)》2020,39(9):133-139

本文提出了一种适用于北极冰下水声通信的最小均方/四次方直接自适应均衡器（LMS/F-DAE）。它能处理基带复信号，与LMS相比，具有更好的均衡效果。考虑到均衡器的稀疏特性，在其代价函数中加入自适应范数（AN）作为约束。它能根据均衡器系数的大小自适应变化：对于小系数，此约束项存在以加快收敛速度；对于大系数，此约束项不存在以减小均衡误差。利用第九次中国北极科学考察得到的实验数据验证AN-LMS/F-DAE的性能。结果表明，与传统的LMS/F-DAE相比，AN-LMS/F-DAE能提升均衡器的稀疏性且均衡性能更优。  相似文献   

A stochastic method for the prediction of icebreaker bow extreme stresses     

《Applied Ocean Research》2019

It is well established that the ship-ice interaction process is quite complex and associated ice loads on the icebreaker hull is a stochastic process. Obviously, novel accurate statistical methods and models should be developed and applied to estimate extreme bow stresses.This paper studies icebreaker bow stresses based on measured distribution of ice thickness in the Arctic Ocean on the way to and from the North Pole. Since the vessel route was carefully selected searching for easier ice conditions, the Arctic Ocean crossing was not a straight linear but a meandering path. Thus, the specific ship route data was biased with respect to general ice statistics in the region, but true with respect to the route specific ice data encountered by a ship navigating in that region. Therefore the route specific ice thickness data is directly needed for ship design and navigation analysis. It is assumed that captains are competent and knowledgeable, and therefore will select a route that provides the most favourable ice conditions.This paper contributes to study of the newest Chinese self-designed polar icebreaker, serving the purpose of enhancing icebreaker operational reliability. Finite Element Method software package ANSYS/LS-DYNA has been employed to simulate bow stress pattern for a particular icebreaker operating in the Arctic Ocean. Extreme bow stresses were estimated using Naess-Gaidai method. The latter is a first application of Naess-Gaidai method to a distribution with lower bound. Thus this paper aims at introducing an efficient method of estimating route-specific icebreaker extreme bow stresses.  相似文献   

三极地区雪冰中黑碳研究进展     

马翔宇  李传金 《冰川冻土》2021,43(1):92-106

黑碳被认为是除温室气体外对气候变暖贡献最大的辐射强迫因子。三极（北极、南极和青藏高原）地区是全球雪冰分布最集中的区域,沉积至雪冰中的黑碳可反映人类活动的历史变化,并可能导致反照率降低而影响物质能量平衡。通过系统回顾三极地区雪冰黑碳的研究方法、空间分布、时间变化及其造成的辐射强迫,得到的研究结果表明： 由于处于不同的地理位置和环境条件,三极雪冰中黑碳的时空分布及其辐射强迫差异较大,其中青藏高原是浓度和辐射强迫影响最大的地区,也是对水资源和生态安全潜在影响最严重的区域。三极地区雪冰中保存着长时间序列的黑碳沉积记录,是研究自然变率、人类活动影响黑碳沉积历史（如北极与青藏高原冰芯中记录的工业革命以来黑碳沉积的快速上升）的良好介质,同样为模型预测未来变化提供了数据支持。三极地区是全球变化的指示器和放大器,在全球变暖不断加剧的背景下,黑碳必然会在未来的三极地区气候演变中扮演更为重要的角色。  相似文献   

ESI高影响论文揭示的北极自然科学研究特点     

宁宝英 《冰川冻土》2021,43(1):107-123

在全球气候持续变暖背景下,北极地区冻土退化、冰川退缩、海冰减少等导致了一系列的生态环境问题,同时也使得资源勘探开发与国际新航道开通成为可能,北极地区的重要性日益凸显。依据2009—2019年6月期间有关北极研究的408篇ESI高影响论文,对发文量、主要作者、研究机构、国家、研究方向等字段进行分析,从自然科学角度,宏观而概要地了解北极研究中最具影响力的研究力量、研究领域,为中国的北极研究提供最精要的科研信息整体分析,并通过内容分析揭示北极研究中的重要方面和中国在当前北极研究中存在的问题及或可行的策略途径。分析发现：美国引领并以绝对优势（论文数量、主要作者、机构、资助基金）占据北极研究领域。北极自然科学研究已形成以气候变暖为核心和背景,辐射相关海冰和海洋、生物与典型生态系统（生物多样性适应与保护、北方针叶林、苔原、微生物）、冰川退缩与冻土退化、大气天气与气候系统等领域的整体研究格局,呈现全面推进态势。研究已取得大量进展,研究手段呈现出大数据支持、模型运算为主的显著特征,但“不确定性”几乎渗透在其各个方面。中国以合作参与、外围相关、微量切入的形式开展北极研究,存在多重限制因素,我国或可利用已有冰冻圈研究积累,积极参与各方面研究及数据共建共享,着重北极对中纬度气候影响等与我国社会经济密切相关的领域,从而为提升北极研究的科学话语权、为我国的防灾减灾和生态环境改善提供支持。  相似文献   

北极快速增暖背景下冰冻圈变化及其影响研究综述   总被引：1，自引：1，他引：0  

蔡子怡  游庆龙  陈德亮  张若楠  陈金雷  康世昌 《冰川冻土》2021,43(3):902-916

北极具有独特的地理位置和战略地位,是当前全球变化研究的热点区域之一。北极增暖是全球平均值的两倍以上,被称为“北极放大”现象。在北极快速增暖背景下,冰冻圈尤其是海冰显著萎缩,对北极乃至中纬度天气气候产生深远影响。对北极快速增暖背景下冰冻圈主要要素（包括海冰、冰盖、冰川、积雪和冻土）时空变化特征及未来预估进行了综述,同时总结了海冰变化对北极气候系统（大气圈、水圈、岩石圈和生物圈）以及中纬度极端天气气候事件的影响。指出当前北极冰冻圈变化研究受观测资料缺乏及模式模拟不确定等问题限制,其机理及对中纬度天气气候影响机制仍存在争议。未来还需要加强北极地区的综合监测,提高模式对北极气候系统物理过程的模拟能力,进行多模式、多数据、多方法的集成研究。  相似文献   

冰上丝绸之路与北极油气资源     

赵越  刘建民  韩淑琴  韦利杰 《地质力学学报》2021,27(5):880-889

油气是重要的战略资源。其中天然气作为清洁能源,它曾经是,现在是,在可预期的未来——全球碳减排、中国碳达峰情景下,仍然是最重要的能源资源。能源进口渠道的多元化一直是中国缓解能源紧张的有效措施之一。北极地区油气资源丰富且以天然气为主,已发现的油气资源中绝大多数在俄罗斯,尤其是天然气。但是俄罗斯天然气生产的油气田80%以上已经进入北极圈。2012年,中俄合作开发北极亚马尔液化天然气项目正式启动,标志着中国参与北极油气资源开发利用取得重要进展,也事实上开启了中国主导的"丝绸之路经济带建设"和俄罗斯主导的"欧亚经济联盟建设"对接合作的进程。北极地区已发现的油气资源共计3289.4亿桶油当量,其中石油605.4亿桶（84.1亿吨）油当量,仅为全球已发现石油资源的2.5%;天然气41.4万亿立方米（约合2683亿桶,372.6亿吨油当量）,占全球已发现天然气资源的15.5%。北极地区已发现的油气总资源中绝大多数在俄罗斯,俄罗斯已发现的北极油气资源合计2905亿桶油当量（403.5亿吨）,占88.3%;其中天然气约39.47万亿立方米,约合2557.9亿桶（355.3亿吨）油当量,占北极地区已发现天然气总资源的95%以上。北极待发现的油气资源量也非常可观,约占世界待发现常规石油资源的15%;天然气占世界待发现常规天然气资源的30%,其分布也主要在俄罗斯。随着全球气候变暖和能源战略博弈,俄罗斯为确保其天然气出口及财政来源,必然要加大北极油气、特别是天然气的开采和开发,并通过北极航道运到中国和其他消费国。本文在概括分析北极油气资源分布特点、俄罗斯油气资源与北极战略及北方海航道通行能力的基础上,回顾了北极亚马尔液化天然气项目诞生、发展演变及其国际博弈的背景;概括介绍了中国成功介入北极油气资源项目这一标志性事件过程,并进一步提出了中国对北极油气资源利用战略举措的建议。   相似文献   

秋季北极海冰对EP型ENSO的非线性响应          下载免费PDF全文

祁莉  马威威  何金海  耿新 《大气科学学报》2019,42(1):117-128

利用1961—2015年Hadley中心逐月海表温度资料、海冰密集度资料以及NCEP/NCAR再分析资料,探讨了秋季北极海冰对于EP型ENSO事件的异常响应,并进一步研究了这种异常响应的可能原因。结果表明,秋季北极海冰对EP型ENSO的响应具有非线性,特别是喀拉海海域(60°～90°E,70°～80°N)海冰无论在EP型El Ni?o或是La Ni?a位相,均表现为显著的负异常。进一步研究发现,不同ENSO位相造成该区域海冰异常偏少的机制有明显不同。EP型El Ni?o年秋季菲律宾附近海域对流活动被抑制,所激发的经向波列在高纬地区形成异常反气旋环流,其南风分量向喀拉海输送暖平流,造成海冰异常偏少。而EP型La Ni?a年喀拉海海域则主要受到来自大西洋开放性海域西风异常的影响,合成结果和个例年均显示EP型La Ni?a年秋季北大西洋上空存在一个显著的西风急流中心,有利于北大西洋开放性海域较暖海水向下游输送,进而影响喀拉海海冰。这些结果表明,热带外地区大气环流场对EP型ENSO的非线性响应导致了喀拉海海冰对EP型ENSO事件的响应也表现出明显的非线性。  相似文献   

2012年1月、2016年1月东亚两次极端严寒事件及其与北极增暖的可能联系          下载免费PDF全文

武炳义 《大气科学学报》2019,42(1):14-27

自20世纪80年代后期以来,我国频繁出现暖冬,直到2004年以后这种状况出现明显的变化,冷冬出现的频次明显增多了。在全球增暖、北极海冰减少明显的背景下,冬季极端严寒的强度非但没有减弱反而似乎还在增强,造成灾害性的影响也越发引人关注。在上述背景下,2012年1月、2016年1月在东亚发生了两次极端严寒事件。本文的目的就是通过合成和相关分析,研究这两次极端严寒事件演变的主要特征,及其与北极增暖的可能联系。这两次极端严寒事件的环流演变截然不同。对于2012年1月的极端严寒事件,海平面气压异常主要呈现由东向西传播,在演变过程中,阿留申区域海平面气压超前西伯利亚高压,因此大气环流的下游效应起主要作用。对于2016年1月的极端严寒事件,冷空气主要由西北向东南传播。两次极端事件的主要降温区域的移动路径截然不同。2012年1月冷空气爆发以后主要在亚洲大陆中、高纬度维持并向西传播,其南传影响亚洲低纬度区域明显弱于2016年的冷事件。而2016年1月的主要降温区以沿东亚向南移动为主,强降温区直接南下至热带区域。两次极端严寒事件爆发前期大气环流演变的共同点:中、高纬度区域环流能量交换活跃,表现为中纬度高度脊加强北伸,从而把较低纬度的暖空气输送至北极区域,高纬度区域对流层中层呈现多极结构。这种多极空间结构是亚洲冷空气向南爆发的重要前兆信号。冬季北极阶段性增暖过程首先是中纬度高度脊加强北伸的结果。对影响东亚的极端严寒过程,乌拉尔附近区域的高压脊以及位于北美西部的高压脊加强北上、协同演变是至关重要的。2016年1月东亚极端严寒过程与2015年12月末北极快速增暖没有必然联系。  相似文献   

2017-2018年冬季黑龙江省气温异常成因分析     

班晋  李永生  赵佳莹  孙镆涵 《黑龙江气象》2019,36(1):14-17,23

2017-2018年冬季全省平均气温为-19.7℃,较历年同期偏低2.2℃,为1981年以来的第3位,仅次于2000年和2012年。本文利用NCEP再分析资料,对2017-2018年黑龙江省冬季气温异常成因进行分析,结果表明大气环流的异常是造成黑龙江省冬季气温异常偏低的直接原因。东亚季风环流系统表现为:东亚冬季风强度偏强,西伯利亚高压偏强,500hPa东亚大槽异常偏深。分析下垫面外强迫因素,2017-2018年赤道中东太平洋出现拉尼娜事件,分析显示拉尼娜事件发生可能导致冬季风偏强,从而也是造成全省气温偏低的主要原因之一。  相似文献