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    協作聯動,海冰監測邁向精細化

    信息來源:中國自然資源報 作者:趙 寧 唐茂寧 何文全 曾 韜 發布時間:2021-03-26

    每年冬季,在寒潮低溫作用下,我國黃渤海海域都會出現海冰覆蓋的情況,對海上污染物的遷移轉化行為、典型生態環境等均造成不同程度的影響。因此,海冰成為海洋環境污染防治、生態環境保護、海洋災害風險防范等工作必須考慮的重要因素。

    近日,記者從相關單位了解到,目前,黃渤海海冰已經全部融化。去年入冬以后,國家海洋環境預報中心、國家衛星海洋應用中心、自然資源部海洋減災中心等單位通過衛星遙感、船舶觀測、重點岸段巡查、海洋站觀測等多種手段,對渤海、黃海北部的冰情進行了全方位、立體化監測,獲取了大量海冰監測信息。在此基礎上,及時發布海冰預報信息,為沿海地區政府、海上作業單位等應對海冰提供了信息支持。

    守崗盡責查冰清 

    據國家海洋環境預報中心提供的數據顯示,剛剛過去的冬季,渤海及黃海北部冰情為2.5級,較常年略輕。初冰日為2020年11月30日,終冰日為2021年3月9日,冰期為99天,冰期天數接近常年。本次初冰期冰情呈震蕩發展趨勢。初冰期前期,海溫較常年偏高,海冰增長緩慢。2020年12月底~2021年1月上旬,冷空氣活動頻繁,黃渤海冰情快速發展。同時,盛冰期較常年略提前,冰情波動性大,嚴重冰情持續時間偏短。

    1月16日,一股強冷空氣嚴重影響遼寧省營口市,遼東灣海域海冰范圍達到50海里,海冰面積迅速增加至4600平方公里,當地進入重冰期。營口港的港池及航道部分水域被浮冰覆蓋,給航運等造成了不同程度的影響,并有進一步發展變化的趨勢。

    面對海冰冰情,遼寧省營口市海洋預警監測中心及時通過新聞媒體對外發布海冰預報信息,并做好海冰警報發布準備,提醒沿海港口、海上石油鉆井平臺、漁業捕撈、沿海養殖、航運等有關單位和企業密切注意天氣及冰情變化,提前采取預防措施,嚴密防范海冰災害,為冰區作業安全提供了保障。

    其實,早在1月1日,營口市海洋預警監測中心便啟動了海冰監測工作,采用海冰雷達監測系統及雷達圖像記錄儀,分別在8時、14時、20時共3個時段對天氣、風速、風向、氣溫,以及海冰距觀測站的距離、浮冰冰量、冰型厚度、最大冰厚等進行監測,第一時間獲取海上浮冰相關信息,積累了大量海冰雷達監測資料。

    1月6日,營口市海洋預警監測中心啟動現場監測調查,派專人在9時、14時共2個時段赴營口市的白沙灣海域、西炮臺海域、鲅魚圈海域、北海海域等進行海冰現場監測調查。

    無人機作為一種新興的海冰監測手段,具有機動、快速等優勢,可幫助調查人員及時了解海冰發展情況。監測期間,營口市海洋預警監測中心利用無人機在零下20攝氏度的低溫環境中開展監測,掌握了當地的風速、風向、海溫、鹽度、冰厚和能見度等環境資料,第一時間獲取海冰監測信息,準確描述海冰變化,并制作冰情簡報上報國家海洋環境預報中心、遼寧省海洋預警監測中心。

    優化升級預報技術

    近年來,國家海洋環境預報中心致力于我國海冰預警報及減災技術研究,開展了衛星和無人機圖像碎冰識別系統、基于機器學習的冰緣線識別技術、冰力學非接觸圖像測量方法等研發工作。同時,該中心積極探索非結構網格海冰模式、智能網格預報技術等新手段,不斷提升我國海冰的預警報水平和防災減災能力,有效拓展了海洋環境預報服務范圍。

    為提升海洋要素精細化觀測水平、促進觀測數據在海洋環境數值模式研究中的應用,2020年底,國家海洋環境預報中心、遼寧省自然資源廳、大連理工大學聯合成立了海洋工程聯合試驗場。按照相關要求,該試驗場的日常管理由遼寧省海洋預警監測中心、營口市海洋預警監測中心共同承擔。

    國家海洋環境預報中心有關負責人介紹,當前,該試驗場已經擁有了測冰雷達、測繪級無人機、地面氣象站、高清圖像監控、溫度鏈、水下滑翔機、水下聲學冰厚測量儀等海冰要素觀測手段,可以獲取完備的冰速、冰厚、冰溫、水溫、波浪、冰面輻射、冰底形態、碎冰尺寸、冰力學等數據。獲取的海冰和水文要素數據,可為研究海冰熱動力學過程、海冰與結構物相互作用等提供數據支持,并可為相關部門開展防冰減災工作提供決策參考。

    據介紹,海冰的尺寸分布是一個影響到海冰熱力學和動力學過程的重要狀態參數,其量級可以從米級跨越到千米級。影響海冰尺寸分布的因素主要包括海冰的厚度、密集度、冰溫、地理條件、風和海流的強度等。特定時間點的海冰尺寸,往往分布是以上因素綜合作用的結果,因此研究海冰尺寸分布有助于科研人員深入理解海冰生消過程和動力學特征。

    近年來,針對衛星圖像中的碎冰尺寸提取難題,國家海洋環境預報中心利用距離變換分水嶺法,首創采用區域濾波技術提取碎冰裂紋,進行了初步業務化試運行,同時,該中心將半監督機器學習算法應用到海冰冰緣線提取過程中,取得了良好成效。目前,相關技術成果已經應用于海冰工程參數確定工作中。

    太空瞰冰顯身手

    2020年6月,我國海洋一號D衛星成功發射,與正在服役的海洋一號C衛星,組成了我國首個海洋民用業務衛星星座。去年入冬以后,國家衛星海洋應用中心以海洋一號C、D衛星為主,結合其他多源衛星數據,圓滿完成了黃渤海海冰衛星遙感業務化監測工作。

    據介紹,傳統的海冰監測手段包括現場觀測、航拍等方式。這些觀測方法只能針對具體點位或者小范圍的海冰進行觀測。相較而言,衛星遙感具備大范圍、多頻次等觀測優勢。

    監測期間,海洋一號C、D衛星每日2次獲取我國渤海海冰的實時監測數據,發揮了高頻次、大范圍監測的技術優勢,及時掌握渤海海域的海冰變化信息。同時,該中心將每日獲取的海洋衛星數據與國家海洋環境預報中心、自然資源部北海局等部門和單位進行數據共享,并開展了衛星遙感海冰業務化監測,制作發布海冰遙感監測通報。

    據了解,往年我國的海冰監測主要數據源來自國外衛星,分辨率最高為250米。國家衛星海洋應用中心主要數據源變為我國自主研發的海洋一號C、D衛星后,最高分辨率提高到50米,為相關部門和單位開展初生冰監測、精細化海冰監測、海冰預報服務、海上工程防災減災等工作提供了信息支持。

    國家衛星海洋應用中心有關負責人表示,自在軌運行后,海洋一號C衛星已經成為我國開展渤海海冰監測的主力。海洋一號D衛星在軌運行,進一步提高了對渤海海冰監測頻次,有效豐富了相關部門和單位獲取衛星遙感海冰信息的渠道。


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