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渤海辽东湾冰区工程点雷达海冰监测和预报技术研究

赵宝刚  
【摘要】: 由于地理环境的特点,特别是受气候的影响,渤海海域每年冬季都会发生不同程度的结冰现象。海上石油生产置身于海洋环境之中,海上开采石油的设施无时不受到海洋环境的影响和制约。海冰是冰区海洋工程的主要荷载之一,直接影响着海上油(气)田的勘探、开发和生产运营,威胁着海上工程设施以及航运的安全。从国内外大量的海冰灾害事实和我国海上石油平台被海冰推倒的海洋灾害事故当中,可以看到海冰的破坏力之大,危害之严重,同时也可以看出加强对局地海域大气—海冰—海洋相互作用机理的研究的意义之重大。 随着海洋石油勘探开发事业的发展,特别是环渤海冰区油气资源的开采,对渤海油气田冬季生产过程中的海冰管理技术提出了更高的要求。为了保障冬季冰区工程点的作业和生产安全,必须对冰区工程点海冰监测和预报,为加强海洋防灾和减灾的管理、科学决策提供依据。海冰监测是认识海洋环境特征的基本手段,是冰区工程点海洋环境综合管理和预报技术业务化的基础。海冰监测与预报是一项随冰区油田开发和油气集输工程需要而发展起来的综合性生产和技术管理项目,它主要是利用各种现代科学技术手段对海冰进行监测,对冰情变化进行预测,对来自各方面的海冰数据进行处理,分析危险冰情,发布预警信息和提出应急措施,以达到冰区油田冬季安全生产和防冰减灾的目的。海洋冰区工程点冰情的监测和预报技术也是海洋学者们一直探讨研究的热点课题。 本论文着重围绕渤海结冰区海洋石油开采、船舶运输、钻井平台建设等港口工程建设过程中的海冰问题,分析了海冰变化过程及海冰生消运动规律,探索了海冰监测方法与海冰预报技术,尤其是对局部的工程作业点海冰的分布及其变化、海冰厚度测量、海冰漂移方向预测、速度的变化等内容进行了深入的研究,建立了一套可以监测、预报冰情的技术方法,为冰区工程点海冰管理项目提供了重要的科学依据。 根据本人冬季在渤海辽东湾JZ9-3石油平台(冰区工程作业点)海域进行雷达遥感海冰监测及预报技术的研究,该论文取得了新的突破与创新,研究成果内容如下: 1)分析了冰区工程点不同类型海冰外貌及海冰运动的回波特征,采取雷达观测海冰分类、雷达测量海冰厚度、雷达测量海冰漂移技术参数,并研发了应用技术。 2)通过实测海流资料,建立了雷达海冰漂移数值预报技术,实现了冰区海域的JZ9-3石油平台雷达监测海冰数值跟踪预报技术系统,提供了雷达遥感动态监测海冰实时数值图像和预报技术。 3)探索了雷达从垂直方向对空气—冰表界面、冰层、冰底—海水界面微波回波特征,提取参数,研制了雷达冰厚测量仪。实现开发应用软件与计算机联机,采用实测冰厚进行标定和检验,准确率达97%以上,通过了专家评审,同时申报了获国家专利,专利号为:CN 101105395A。 4)应用PIV技术、雷达监测海冰技术和计算机编程技术3种技术相结合,实现了快速雷达遥感观测海冰漂流矢量场预报业务化技术系统,在辽东湾冰区工程点海冰预报中首次应用(在国内也是首次),达到了全天候预报流冰变化动态信息的要求。 综上所述,本课题在2005~2007年度的中海海洋石油公司的渤海冬季海冰项目管理工作中,实现了冰区工程点外输油轮作业的雷达监测海冰数值分析及流冰动态信息预报,完成了海冰管理网站的建立等一系列与海冰监测相关的工作,为冬季海上冰区油田的连续生产和安全作业提供了技术支持,也为实现我国岸站固定冰观测与预报创建了新的管理系统,实现了航天卫星、飞机航测和岸站雷达三位一体相结合的立体实时监测体系,为海冰图像、数据和工程点冰情预报提供了科学技术支撑。


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