渤海海冰储量测算与品质评价9787030419149
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作者顾卫[等]著
出版社科学出版社
ISBN9787030419149
出版时间2013-03
装帧精装
开本16开
定价139元
货号8361489
上书时间2024-12-25
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目录
前言
第1章渤海与渤海海冰概况(1)
1.1渤海概况(1)
1.2渤海冬季的气候特点(2)
1.3渤海海冰的形成与发展(2)
1.3.1渤海海冰形成的因素(2)
1.3.2渤海海冰的发展过程(4)
1.4渤海冰情特征(6)
1.4.1渤海冰情的空间特征(6)
1.4.2渤海冰情的时间特征(8)
1.4.32009~2010年冬季渤海冰情(9)
1.5海冰监测(19)
1.5.1传统的海冰监测方法(19)
1.5.2卫星遥感监测技术(20)
1.6本章小结(22)
参考文献(22)
第2章渤海结冰范围信息提取(24)
2.1低空间分辨率影像中渤海结冰范围的信息提取(24)
2.1.1海陆分离处理(24)
2.1.2常规结冰范围信息提取方法的结果分析(25)
2.1.3影像分析(29)
2.1.4基于分区阈值法的结冰范围信息提取(29)
2.1.5基于局地对比度的低空间分辨率影像结冰范围信息的提取(30)
2.2低空间分辨率影像中伪海冰像元的剔除(46)
2.2.1伪海冰像元的存在及其影响(46)
2.2.2“伪海冰像元”剔除算法的原理(49)
2.2.3剔除算法的实施步骤(54)
2.2.4剔除方法的分析(56)
2.3低空间分辨率影像中冰水混合像元的线性分解(57)
2.3.1冰水混合像元的存在及其影响(57)
2.3.2混合像元分解模型(58)
2.3.3冰水混合像元分解模型的实现(60)
2.4本章小结(65)
参考文献(65)
第3章渤海海冰面积量算与海冰面积动态(67)
3.1渤海海冰面积量算(67)
3.2渤海海冰面积动态(77)
3.3本章小结(80)
参考文献(81)
第4章渤海海冰厚度光谱信息特征(82)
4.1海冰厚度参数(82)
4.2海冰反射光谱的室内试验(82)
4.3盐池海水冰的室外光谱试验(87)
4.4渤海海冰的现场光谱试验(89)
4.5数字相机在现场平整冰光谱试验研究中的应用分析(97)
4.5.1必要性分析(97)
4.5.2可行性分析(98)
4.5.3数字相机在冰面成像的要求分析(99)
4.6渤海海冰反射光谱特征(103)
4.6.1渤海海冰的反射光谱特征研究现状(103)
4.6.2渤海一年生平整冰的反射光谱特征(104)
4.7本章小结(112)
参考文献(113)
第5章渤海海冰厚度信息提取方法(114)
5.1基于冰型-反射率相互关系的海冰厚度信息提取方法(114)
5.1.1卫星过境同步光谱试验(114)
5.1.2渤海海冰厚度高时间分辨率遥感的最佳波段选择(119)
5.1.3遥感数据的大气辐射校正(122)
5.1.4基于遥感数据提取海冰厚度相关信息的步骤(124)
5.1.5针对MODIS数据的渤海海冰厚度信息提取方法的验证(129)
5.1.6NOAA/AVHRR影像的冰厚信息提取分析(130)
5.1.7渤海北部典型冰情分析(131)
5.2基于冰厚-反射率相互关系的海冰厚度信息提取方法(133)
5.2.1海冰厚度的反演原理与方法(133)
5.2.2海冰厚度反演公式的参数(135)
5.2.3反演结果验证评价(136)
5.3基于多角度光学和热红外遥感的冰厚信息提取(139)
5.3.1渤海海冰表面粗糙特征观测试验(139)
5.3.2平整海冰多角度反射光谱观测试验(147)
5.3.3粗糙海冰表面的多角度辐射特征(152)
5.4本章小结(164)
参考文献(166)
第6章渤海海冰厚度的时间变化特征(168)
6.1室内冻结试验(168)
6.2现场观测试验(170)
6.2.1辽东湾长兴岛观测试验(170)
6.2.2辽东湾鲅鱼圈观测试验(173)
6.2.3渤海湾黄骅观测试验(175)
6.3历史资料分析(177)
6.4海冰再生周期(180)
6.5本章小结(181)
参考文献(182)
第7章渤海海冰资源储量估算及时空分布特征(183)
7.1渤海海冰资源储量的估算方法(183)
7.1.1数据来源及处理方法(183)
7.1.2海冰面积提取方法(183)
7.1.3海冰厚度提取方法(186)
7.1.4海冰资源储量时间序列的建立(187)
7.1.5海冰资源储量时间序列的延长(189)
7.2渤海海冰资源储量的时空变化特征(194)
7.2.1时间变化特征(194)
7.2.2空间变化特征(198)
7.2.3再生周期与潜在资源储量(206)
7.2.4极端年份的最大可能资源储量(207)
7.2.52009~2010年冬季渤海海冰资源储量特征(207)
7.3本章小结(213)
参考文献(214)
第8章渤海海冰开发对周边生态环境的影响评价(215)
8.1渤海海岸小气候的观测试验(215)
8.1.1研究背景及观测点布设(215)
8.1.2海陆风时空分布特征(218)
8.1.3海岸气温时空分布特征(226)
8.2渤海与环渤海地区年平均降水量的统计分析(234)
8.2.1研究区概况(235)
8.2.2资料来源与研究方法(237)
8.2.3主要结论(239)
8.3海冰开采对渤海周边地区冬季气候影响的数值试验(241)
8.3.1数值试验设计(242)
8.3.2模式验证——控制试验反映的模拟方案模拟能力说明(243)
8.3.3海冰变化对试验区气候影响的数值试验结果分析(246)
8.3.4主要结论(249)
8.4渤海海冰资源利用对海水盐分影响的数值模拟(250)
8.4.1渤海大范围结冰期盐分扩散的数值模拟(250)
8.4.2渤海海冰大规模开采后盐分扩散的数值模拟(260)
8.4.3主要结论(263)
8.5本章小结(264)
参考文献(265)
第9章渤海海冰资源品质分析(267)
9.1海冰主要成分检测指标(267)
9.2海冰样品采集地点(267)
9.3海冰样品理化成分分析(269)
9.4本章小结(274)
参考文献(274)
第10章渤海海冰资源开发区位评价(275)
10.1开发利用渤海海冰资源的基本区位要求(275)
10.1.1具备对海冰资源进行开发的区域需求(275)
10.1.2开发区域拥有优越的海冰资源及良好的资源生成条件(277)
10.1.3适于海冰资源开采的自然环境条件(278)
10.2影响渤海海冰资源开发区位的自然因素及其分布(279)
10.2.1海冰资源状况(279)
10.2.2海岸带及海底形态(280)
10.2.3海洋水文(285)
10.2.4区域气候(287)
10.3渤海海冰资源开发区位评价(291)
10.3.1渤海海区海冰资源开发适宜性评价(291)
10.3.2渤海海岸条件对海冰资源开发适宜性的影响分析(293)
10.3.3渤海各区域适宜性综合评价(295)
10.4本章小结(300)
参考文献(300)
彩图
内容摘要
第 1章 渤海与渤海海冰概况
1.1 渤海概况
渤海是深入中国大陆的内海,它三面被陆地(辽宁省?河北省?天津市?山东省)所
环抱,仅东部以渤海海峡与黄海相通,其具体地理位置为37°07′~41°0′N,117°35′~122°15′E?渤海面积约为82700km,大陆海岸线长2668km?平均深度18m,最大水
深78m,20m以上的浅海域占渤海面积的一半以上?
渤海地处北温带,多年平均气温10.7℃,年降水量500~600mm?渤海水温变化受
北方大陆性气候影响,2月为0℃左右,8月约为21℃?严冬来临,除秦皇岛?大连等以
外,沿岸大都冰冻,3月初融冰时还常有大量流冰发生?大陆河川大量淡水的注入,使
渤海海水盐度降低,表层盐度年平均值为29.0‰~30.0‰?
渤海主要可以分为4个海区:北面的辽东湾?西面的渤海湾?南面的莱州湾以及渤
海中部(图1-1)?渤海各个海区的基本特征如下?
1.辽东湾
辽东湾位于渤海北部,水深较大,最大水深可达30m,面积约为28000km
,是渤海最大的海湾?辽东湾呈东北-西南走向,大部分位于辽宁省境内,西南部属于河北省,
有辽河?滦河等大型河流流入,主要海洋要素受陆地与河流的影响较大?
2.渤海湾
渤海湾位于渤海的西部,最大水深为28m左右,面积约为14000km?渤海湾呈
东-西走向,沿岸分别属于河北省?天津市和山东省,有海河?蓟运河等大型河流流入,
主要海洋要素受陆地与河流的影响较大?
3.莱州湾
莱州湾位于渤海的南部,最大水深为18m多,面积约为11000km?莱州湾呈东
北-西南走向,全部位于山东省境内,有黄河?小清河等大型河流流入,特别是黄河对莱
州湾影响较大?
4.渤海中部
渤海中部是渤海中面积最大?水深最深的海区,最大水深为78m,面积约为
29800km?渤海中部距离大陆以及河口相对较远,因此主要海洋要素受到陆地与河流
的影响较小,而渤海之外的黄海对其有重要影响(杨国金,2000)?
1.2 渤海冬季的气候特点
海冰是海水在低温条件下的冻结物?渤海海冰的形成,与渤海冬季气候密切相关?
从气候学上讲,冬季是指连续5天的平均温度在10℃以下的时段?在渤海不同海区,冬
季的起止时间不尽相同?辽东湾冬季大致是从10月中旬开始,至4月中旬结束,其间约180
天;渤海湾冬季大致是从10月下旬开始,至4月上旬结束,其间约160天;莱州湾大致是从
11月上旬开始,至4月上旬结束,其间约150天(国家气象信息中心气象资料室,2002)?
渤海冬季最冷的月份是1月,平均气温为-9~-3℃,平均最低气温为-14~-6℃,气
温日较差为8~10℃?其中,辽东湾底部的营口气温最低,1月平均气温为-9℃,莱州湾
底部的潍坊气温最高,1月平均气温为-3℃?渤海平均年极端最低气温达-24~-14℃?
渤海冬季盛行偏北风,以北风?西北风为主,1月平均风速为3~5m/s?渤海冬季降
水量较少,1月降水量为5~10mm?
1.3 渤海海冰的形成与发展
1.3.1 渤海海冰形成的因素
海冰形成和发展显然与海区状况和大气条件有关?影响海冰出现和分布的因素可概
括为气象要素和物理海洋要素两大类?气象要素包括气温?风向?风速和降雪量;物理
海洋要素包括海水的温度?密度?盐度?水深?湍流等?
气温是最直接的因素,持续地低于冰点水温和过冷水温的累计负气温是海冰形成和
发展的必要条件?冻结指数越大,海冰形成和发展得越快?
季风和回转流的方向是使初生冰晶在沿岸聚散的条件,当风向和流向有利于冰晶的
聚集,海冰形成和发展得就快,否则海冰难以形成或形成得缓慢?沿岸冰脚带海冰的形
成?堆积主要是风和流的作用?
频繁降雪和大量降雪,是海冰快速形成和发展的重要原因之一,大量降雪可直接形
成海冰晶核和间接助长海冰的发展?特别是在潮间带的海水中,大量的雪晶会直接形成
油脂状冰,涨潮时在岸边冰脚带可形成很高的冰坝;退潮时油脂状冰在潮间带可快速形
成厚的单层冰,这种现象远远超过冻结指数的影响?
水深的影响较为明显,浅水域热容量小,而深水处热容量大,在浅水域或混合层内,
充分发展的湍流运动使整层的海水温度几乎一致,因此海冰的冻结都是从沿岸浅水海域
开始,逐渐向深水海域扩展?
盐度对海冰形成的影响很复杂?一方面冰点是盐度的函数,冰点随着盐度的增大而
降低,因此盐度低的表层海水先结冰,盐度高的表层海水后结冰,所以河流入海口处,
大量淡水的加入使海水盐度较低,是造成该区早于其他海区结冰并且冰情较重的一个原
因?另一方面,水密度达到最大时的温度随盐度的增大而很快地降低,比冰点降低得
快?当盐度大于24.6‰时,海水最大密度时的温度低于冰点;而盐度小于24.6‰时,海
水最大密度时的温度高于冰点?假设初始均匀的水柱内盐度超过24.6‰,表层海水受大
气等要素冷却降温变冷,直至结冰?变冷的表层海水温密度大于下层的海水密度,这样
冷却的表层海水不断下沉,形成对流,使表面海水冻结,整层海水降温到或接近冰点?
因此在此情况下表面海水一旦冻结,就迅速发展向下伸展?由于对流的形成,结冰之前
需要冷却更多的海水,这延迟了结冰的时间?另外,海冰形成时在冰晶?冰针和冰片的
合并过程中,一部分盐水被包围在合并时形成的冰穴内;而另一部分则析出下沉到下面
的海水中,析出的盐水使冰层下海水的盐度和密度增加,加剧了下层海水的对流运动?
同时,盐度的增加使冰点进一步降低,更加延缓了结冰的速度?
凝结核对海冰形成的作用同样明显?达到冰点的海水含有很多凝结核时会很快冻
结,而没有或凝结核很少时,常有过冷却水出现,特别是在平静的海面上?但这种条件
下一旦有冰晶生成,生成的冰晶就会成为凝结核而使海水很快冻结?
海冰形成后的进一步发展同样依赖于海洋和大气条件?大气通过各种物理过程造成
海冰表面的降温或升温,进而通过海冰内部的物理过程而影响海冰的生消和发展?冰厚
通过影响冰层中的导热通量而影响海冰的发展?在其他条件相同的情况下,海冰的增长
速率随冰厚增大而减慢?因为冰层越厚,向上的导热通量越小?海洋中海冰下表面的热
平流和湍流热交换也影响着海冰的进一步发展?
一般海冰的融化过程比其形成过程要快得多?海冰融化的详尽物理过程尚不明晰?一
个较为明显的事实是,融冰期中白昼变长,太阳辐射加强,引起冰面融化和融冰加快,表面
反照率减小,吸收更多的太阳辐射?随着海冰的融化,开始出现水道?垂直融洞和分散的
融坑?融化到一定程度后,侵蚀作用加强,沿着水道缝出现冰裂?由于浪?流和风的作用,
冰裂进一步加剧,冰面积减少,冰动力和热动力相互作用加强,海冰加速崩溃,直至消失?
1.3.2 渤海海冰的发展过程
海水冷却引起的垂直对流,使对流层的海水达到冰点温度之后进一步冷却,海面开
始结冰?冷却使表面薄层海水过冷产生结晶核,然后生成很小的冰晶,称之为冰针?刚
生成的冰针很小,用肉眼不易分辨?
当冰在平静无浪的冷水中形成时,冰针在整个生长过程中可由极小的冰球体发展成
六角星形晶粒(Arawaka,1954)?六角星形晶粒彼此冻结在一起,最终就形成表面光滑
的冰皮,以后厚度逐渐增加?这些冰皮随着厚度的增大从而形成比较硬的尼罗冰?尼罗
冰继续增厚而不产生变形,被称为平整冰?大冰盘平整冰或冰皮断裂后,可形成中冰盘
平整冰?小冰盘平整冰或冰块?碎冰?平整冰或冰皮在风和流的作用下容易发生单层重
叠和多层重叠,这种冰被称为重叠冰和多层冰?
在多数情况下,形成冰晶的初期海面有波浪?风越大,冷却就越快,单位体积内就
产生更多的冰晶,并且形不成六角星形冰晶,而是杂乱无章的像沙子似的粒晶冰?另
外,波浪很大时,不仅海面而且海水内部也会产生粒晶冰,并上浮到表面?这样,在海
面的一定水深范围内,破碎的粒晶冰就更为集中,漂在水面上成为油脂状冰?
油脂状冰和冰块在岸边可随海浪而被堆积到岸上和礁石上形成较宽的冰脚带?按堆
积程度和形状,可形成冰墙?冰坝?
油脂状冰形成后,如果海面平静,退潮时会部分滞留在沙滩上?初期其表面平整?
冰质松软,称之为海绵状冰?在持续低温以及海水多次反复涨落潮的浸入下,海绵状冰
逐渐可形成坚实的平整冰或平整固定冰?
油脂状冰在涌的作用下可不断地做上下运动?在运动过程中,大小约为波长一半的
油脂状冰就被集合冻结在一起形成小冰盘或冰块?这些油脂状冰形成的初始冰盘一般强
度较低且较柔软,相互碰撞和摩擦后边缘易卷曲形成圆盘状的冰块,其边缘微有上卷,
这种冰被称为莲叶冰?
莲叶冰如果在潮间带搁浅,在冷空气和浅水浪?流的作用下,很容易形成形状不规
则的堆积冰或大小不等的冰丘?由于潮流的作用,在厚冰块和冰丘之间常出现水面相对
平静的水坑?水池或冰间湖?在冷空气作用下,水坑可迅速发展成较厚的平整冰?这些
冰与周围的厚冰块?冰丘?冰坝以及礁石冻结在一起,在岸边可形成一定宽度的固定冰
区,固定冰宽度与地形变化有关?
在离岸海域,如果海面气温继续降低,莲叶冰本身变硬,互相冻结在一起,形成表
面略微粗糙且尺度各异的冰盘?随着冰盘厚度的变化,常用灰冰?灰白冰和白冰描述这
些冰盘?
在(渤海)离岸较近的海域,冰的重叠和破碎如果发生在大冰盘之间,或发生在大冰
盘与岸边平整固定冰之间,由于碎冰的堆积就有可能形成冰脊,冰脊特征通常用帆高和
龙骨深度描述?
渤海海冰按其生长过程?存在形态?表面特征?冰块尺寸?晶体结构等分类存在的
类型如下所述?
按其生长过程存在的冰型有初生冰(冰针?油脂状冰?海绵状冰)?尼罗冰(包括冰
皮)?莲叶冰?灰冰?灰白冰?白冰(表1-1)?
按存在形态的分类有固定冰和流冰,固定冰包括沿岸冰?冰脚?锚冰?搁浅冰等?
按海冰表面特征分类有平整冰?重叠冰?堆集冰?冰脊?冰丘等?
按冰块尺寸分类有冰原冰?大冰盘?小冰盘?莲叶冰?冰块?碎冰?
按晶体结构分类有柱壮冰和粒状冰?
由表1-1中定义可见,冰型的差异不是由于海冰本身的差异造成的,而是由于冰厚
度的差异引起的形态差异?从宏观上来看,渤海海冰的形成?发展乃至消失对应的就是
渤海海冰的不同冰期?渤海主要海区冰期的划分如表1-2所示?
根据海冰观测规定,表1-2中海冰的初冰日和终冰日分别指的是观测海区范围内海
冰最早出现或者最晚消失的日期?从初冰日到终冰日的这段时间被称为冰期,也称为总
冰期?从表1-2中看出,辽东湾的冰期最长,大约为4个月?
1.4 渤海冰情特征
1.4.1 渤海冰情的空间特征
海冰的形成和分布是区域气象要素和物理海洋要素共同作用的结果,具有明显的区
域差异性?渤海冰情的空间特征主要表现在不同海区的冰情差异(辽东湾?渤海湾?莱
州湾以及渤海中部),除冰情很重的年份之外,渤海中部很少有海冰分布,因此渤海冰情
的空间分布总体特征是:近岸冰厚,北多南少,主要集中在辽东湾?渤海湾和莱州湾?
辽东湾的海冰范围最大,在冬季风的作用下,不断向湾口扩展?海冰的输送一方面
扩展了海冰的外缘线;另一方面输出的海冰不断降低海水温度,使之更容易结冰?受逆
时针沿岸流的影响,海冰被从北岸向东输送,在东岸鲅鱼圈外海形成大范围的堆积冰
区?西岸主要是平整冰,以单层冰为主,厚度不大?
渤海湾的海冰受环流的影响主要沿15m等深线分布,但在河口附近冰区范围较大?
在冬季风作用下,海冰被不断向渤海湾的西部和南部输送,在这里形成重叠和堆积的冰
区?由于气象条件有利于海冰维系在渤海湾,历史上渤海湾曾出现严重的冰情?近年来
由于气候变暖的因素,渤海湾冰情不重?
莱州湾结冰晚?融冰早,冰情不重,一般12月开始结冰,2月底海冰全部融化?莱
州湾西部靠近黄河三角洲的海域冰情较重,主要是那里的海水盐度低?海岸地形和风场
相互作用有利于堆积以及三角洲沿岸浅滩面积大等原因?而东部海区各种因素都不利于
海冰累积,冰情较轻?在河口和浅滩区,极端年份的海冰堆积高度可以达到3m,海上
固定冰厚度可以达到40cm?莱州湾融冰虽早,但冰情不稳定,容易发生反复?
冰情的空间特征是由多种因素决定的?国家海洋局于1973年制定了《中国海冰冰情
预报等级》,渤海和北黄海轻冰年?偏轻年?常冰年?偏重年?重冰年的海冰分布范围如
图1-2(a)所
精彩内容
顾卫、史培军、陈伟斌、谢峰、许映军等编著的《渤海海冰储量测算与品质评价》是在完成国家自然科学基金委员会重点基金项目“渤海海冰作为淡水资源的储量测算”（40335048）和科技部国家科技支撑重大项目课题“渤海海冰资源开发利用关键技术及试验研究”（2006BAB03A03）部分工作基础上撰写而成的。本书采用遥感和地理信息系统技术，结合海上和沿岸海冰调查以及海冰冻结实验等数据，提出了海冰面积和厚度的信息提取方法，完成了渤海海冰资源储量的测算，分析了海冰储量的时空分布规律，指出了海冰作为淡水来源的品质特点，探讨了海冰开采对沿岸气候和海水盐度的可能影响，评价了渤海不同海区海冰资源开发的适宜性。
本书是海冰资源开发利用的理论基础，可作为物理海洋、海冰工程、海冰灾害等领域专业人员的参考书，也可作为海洋科学与工程、资源科学与工程等专业研究生的教学参考书。
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