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第 21卷第 2期极地研究 Vol. 21, No. 2
2009年 6月 CH INESE JOURNAL OF POLAR RESEARCH June 2009
研究论文 2
南极海冰导温系数与孔隙率关系初探
石立琼 1 白乙拉 1 李志军 2 Cheng B in2, 3 Matti Lepp ranta4
( 1渤海大学数学系, 锦州 121000; 2大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室, 大连 116024;
3 Finnish Meteorological Institute, FI 00014 Helsinki, Finland;
4 Department of Physics, University of Helsinki, FI - 00014 Helsinki, Finland)
提要利用南极中山站附近固定冰不同季节的温度垂直廓线,冰芯盐度、密度数据,基于 Cox等
发展的冰内孔隙率计算方法,获得冰内孔隙率的垂直廓线。再通过建立分布参数系统最优控制
模型,优化辨识在无热源条件下冰内温度垂直廓线对应的海冰导温系数。通过比较 7种冰导温
系数同孔隙率的关系,选择出海冰导温系数和孔隙率的最优关系式。用该关系式对同一地点不
同年份的海冰进行温度垂直廓线计算,比较辨识的导温系数同孔隙率的关系相对于前人理想海
冰模型中的导热系数、比热等公式计算对应条件的海冰垂直温度廓线的优势。两种计算结果说
明,辨识得到的关系所引起的偏差在趋势和量级上同理想模式计算的结果相同,但辨识得到的
关系更简洁,且更具有物理背景。
关键词海冰孔隙率优化辨识数值模拟南极
0 引言
极区海洋表面大部分被海冰覆盖,大气和海洋过程控制海冰的形成和发展,但海冰也
同时给予反馈作用。从物质结构组成来说,海冰是由纯冰晶体、卤水、固体盐和空气泡组
成的复合材料。海冰热力学、力学、电学、光学等性质均由组成海冰成分的性质和它们的
尺寸、形状、分布及所占比例来决定。此外,海冰属于温度敏感性材料,温度微小变化都影
响到海冰各种性质的变化[ 1, 2 ] 。除海冰温度外,海冰盐度和密度也是海冰关键物理性质
指标,所以海冰性质主要受冰温度、盐度和密度控制。海冰孔隙率是海冰内部空气体积和
卤水体积之和占总体积的千分比, 它依赖于海冰温度、盐度和密度。海冰孔隙率计算在
上世纪 60年代就被提出[ 3 ] ,到上世纪 80年代得到进一步发展。Cox和 W eeks [ 4 ]根据海
[收稿日期] 2008年 11月收到来稿, 2009年 3月收到修改稿。
[基金项目] 国家自然科学基金(40676001) 、国家科技支撑项目(2006BAB18B03) 、大连理工大学海岸和近海工
程国家重点实验室开放基金(LP0710) 、渤海大学博士科研启动基金( kj020)资助。
[作者简介] 石立琼, 女, 1984年生。硕士研究生, 从事运筹学与控制论研究。
[联系作者] 李志军, E mail: ******@dlut. edu. cn。
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