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《中国海洋大学》 2010年
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白令海冰间湖变化规律及相应的海洋过程研究

付红丽  
【摘要】: 北极沿岸冰间湖对北极气候和北冰洋的水体结构以及生态系统起着重要作用,因此,能够从海冰密集度中准确地提取冰间湖信息并分析他们变化规律具有十分重要意义。本文利用图像处理技术中的形态学方法提取卫星遥感数据中的冰间湖信息,从而开发了一种新的冰间湖信息反演算法。利用上述方法分析白令海区域2003-2008年1-4月的AMSR-E日平均海冰密集度数据,得到冰间湖或冰间水道内日平均冰间水面积随时间的演化,并将其与海冰密集度阈值75%方法相比。然后,研究冰间湖内日平均冰间水面积的季节和年际变化,计算冰间水海-气界面的各种热通量,讨论他们的大小,以及冰间湖表面释放净热通量的年际变化,同时分析海洋向大气释放的总能量和冰间水面积的相关性。此外,分别研究不同冰间湖区域的日平均冰间水面积变化规律,讨论他们同研究区域内总冰间水面积变化的相关性,并给出他们与日平均离岸风速的滑动相关系数,从而讨论影响不同区域冰间水面积大小的因素。 利用2008和2009年3月份北白令海水文观测数据,研究观测区域内冰下海水温度和盐度变化规律,从而讨论冰间湖内各种海洋过程。研究结果表明,由于冰间湖的存在,2008和2009都观测到高盐水,并且2008年的冰间湖比2009年的持续时间长,相应地2008年冰间湖的产盐量比2009年的多,造成2008的高盐水的盐度比2009年高。高盐水核心区的空间分布在这两年也有所不同,对于2008年在长期偏北风作用下,观测区域内形成东南向流,将高盐水向东南方向运移,而对于2009年偏北风作用时间不长,不能形成东南向流,并且冰间湖的存在时间也不长,由它产生的高盐水来不及向周围海域远距离扩散,主要停留在冰间湖范围内。另外,比较2009年航次中在冰间湖内的两次观测结果,发现高盐水的核心向圣劳伦斯岛的西南方向转移,这说明在偏北风存在的初期,圣劳伦斯岛南岸冰间湖区域内的局地环流有可能主要由北风引起的沿岸流和离岸流所控制。根据上述结果,讨论冰间湖内对流、平流和扩散过程对当地水文特征的影响。 为了进一步全面理解冰间湖内的各种物理过程,它在全球气候系统中的作用,需要实现冰间湖的数值模拟。本文将CICE海冰模式应用到白令海区域,采用高分辨率(6.37km)网格,模拟2002年11月至2003年4月的海冰变化过程,模拟的海冰总面积和海冰密集度与AMSR-E/Aqua卫星遥感结果吻合很好,其中两者日平均海冰总面积在模拟期间的相关系数达到0.97。模拟结果表明,东北风将海冰向南输运在东西走向的海岸南部形成冰间湖,反映了潜热冰间湖形成和演化的动力过程。对卫星观测数据,将海冰密集度小于75%作为冰间湖的判据;而对数值模拟结果,确定海冰密集度70%为冰间湖的判据。据此讨论白令海四个区域的冰间湖形成过程,与卫星数据进行比较,大部分冰间湖得到很好地模拟。文章深入讨论了影响冰间湖模拟准确度的主要因素,认为选用恰当的阈值、提高气象强迫场的空间和时间分辨率有助于提高模拟效果。对部分海域的冰间湖模拟效果不佳,需要发展冰海耦合模式才能最终解决
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