文档介绍：分类号密级
UDC
研究生学位论文
渤海海冰数值预报关键技术研究及应用
研究生姓名刘煜
指导教师姓名张占海教授
申请学位级别博士专业名称物理海洋学
论文答辩日期 2013 年 6 月 6日学位授予日期 2013 年 6月
中国海洋大学
I
谨以此论文献给我的家人、导师和朋友们
--------------------- 刘煜
II
渤海海冰数值预报关键技术研究与应用
学位论文答辩日期:
指导教师签字:
答辩委员会成员签字:
III
独创声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写
过的研究成果,也不包含为获得(注:如没有其他需要特别声明的,本栏可空)或其他教育
机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论
文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名: 签字日期: 年月日
------------------------------------------------------------------------------------------------------------
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,并同意以下事项:
1、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查
阅和借阅。
2、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、
缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中国学术期刊(光盘版)
电子杂志社”KI《中国知识资源总库》,授权中国科学技术信息研究所
将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。(保密的学位论文在解密后适用本授
权书)
学位论文作者签名: 导师签字:
签字日期: 年月日签字日期: 年月日
IV
渤海海冰数值预报关键技术研究与应用
摘要
每年冬季,海冰对渤海海洋航运、海上油气勘探和生产等具有不同程度的影响,历史
上冰情严重时曾发生石油平台倒坍、轮船损毁、航运中断等重大海冰灾害。在渤海海洋经
济迅猛发展的今天,原有海冰数值预报的时效、分辨率和产品类型,已经远远满足不了我
国海洋经济活动特别是海洋石油开发的需要。根据国际发展趋势和国内海洋工程开发、海
上生产运输对防冰抗灾的迫切需求,必须开发适应不同时间、空间尺度的海冰数值预报系
统。未来的主要发展方向为:(1) 延长预报时效和准确率,逐渐由现在的 3-5d 延长到 7d
以上;(2) 提高海冰数值模式空间分辨率,由中尺度向小尺度精细化方向发展。
本文对渤海海冰历史冰情及其对渤海水文气象和气候变化的响应进行了大量资料综
合分析研究,为发展渤海海冰数值预报提供了渤海海冰生消和变化的背景知识。历年冬季
结合冰调、专业抗冰、防冰项目和现场观测实验,获取了大量渤海冰运动学和动力学性质、
冰面特征和冰内温盐结构等热力学特性相关资料,及影响海冰生消和运动的水文气象资
料,为确定模式结构、选取物理参数和发展渤海海冰模式提供了观测依据。
本文系统地总结了海冰运动学、动力学,特别是流变学和热力学的基础理论知识,结
合渤海海冰观测研究和资料分析,为发展渤海冰-海洋耦合模式和精细化海冰模式及数值
预报系统框架的确定提供了理论依据和参考数据。基于海冰动力学、流变学、热力学以及
气-冰界面辐射传输的综合研究,根据渤海海冰现场观测和卫星遥感资料分析,确定了分
别适用于所发展精细化高分辨率海冰模式和渤海冰-海耦合模式不同空间的冰-气和冰-海
界面应力的气、水拖曳系数,冰面反照率参数化和冰内辐射衰减系数,以及冰-气界面水-
气界面净长波辐射参数化方案和反射率。
基于对渤海历史冰情等级分析和冰厚分布特征,提出了渤海海冰冰厚分布函数,并成
功地将其作为冰-海耦合模式的海冰模块框架基础,为所发展渤黄海冰-海耦合模式的模拟
和预报试验的精度提高取得显著效果。本文将自主发展的包含渤海冰厚分布函数(12 类)
的海冰模块和 POM 海洋模块的冰-海洋耦合模式,应用在自渤海扩展至黄海北部的海域,
成功地展现渤海潮汐潮流对海冰的动力作用,以及黄海和渤海内海动力和热力的相互作
用,从而提高渤海海冰季节模拟精度,以及初生冰和终冰日试预报精度。