李四海
(國(guó)家海洋信息中心 天津 300171)
我國(guó)海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)及其應(yīng)用綜述
李四海
(國(guó)家海洋信息中心 天津 300171)
文章介紹我國(guó)渤海和黃海北部海冰災(zāi)害的概況以及包括觀測(cè)內(nèi)容、數(shù)據(jù)獲取和觀測(cè)產(chǎn)品在內(nèi)的我國(guó)海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)工作的基本情況;以俄羅斯和加拿大為例介紹國(guó)外開展海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)和信息產(chǎn)品應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),同時(shí)介紹國(guó)際海冰組織開展工作的情況。結(jié)合我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和“一帶一路”建設(shè)需求,對(duì)我國(guó)海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)工作提出建議,即擴(kuò)展觀測(cè)預(yù)報(bào)區(qū)域,做好信息發(fā)布;擴(kuò)大信息應(yīng)用領(lǐng)域,研發(fā)內(nèi)容更加豐富的信息產(chǎn)品;加強(qiáng)國(guó)際交流合作,借鑒和應(yīng)用國(guó)際經(jīng)驗(yàn)。
海冰災(zāi)害;海洋觀測(cè)預(yù)報(bào);國(guó)際合作
海冰作為全球海-氣系統(tǒng)的重要組成部分,其與海洋和大氣的相互作用影響著人類海上運(yùn)輸、海洋漁業(yè)和海洋油氣資源開發(fā)等活動(dòng)。海冰不僅可以阻礙海上航運(yùn),而且能夠封鎖港口航道,甚至?xí)茐母劭诠こ淘O(shè)施導(dǎo)致船舶和港口受損[1];海冰的漂移也會(huì)對(duì)海上油氣勘探和生產(chǎn)造成巨大危害。
我國(guó)黃海北部和渤海地處高緯度地區(qū),每年冬季海水均會(huì)結(jié)冰,是北半球緯度最低的結(jié)冰海區(qū)。初冰期一般為每年11月底至12月上旬,嚴(yán)重冰期一般為次年1月中旬至2月中旬,2月下旬開始由南向北逐漸融化,終冰期一般為3月中旬。我國(guó)海冰為一年冰,輕冰年和重冰年的冰情差異很大。
上述海區(qū)海冰災(zāi)害的發(fā)生比較頻繁,對(duì)沿海地區(qū)人民群眾海上生產(chǎn)生活造成不利影響。據(jù)不完全資料統(tǒng)計(jì),嚴(yán)重的和比較嚴(yán)重的海冰災(zāi)害大致每5年發(fā)生1次,而局部海區(qū)海冰災(zāi)害幾乎年年都有發(fā)生。1969年1月中旬至3月初發(fā)生的嚴(yán)重海冰災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)損失近億元;2010年1—2月渤海和黃海發(fā)生30年同期最嚴(yán)重的海冰災(zāi)害,造成經(jīng)濟(jì)損失60余億元。雖然近年來(lái)中國(guó)北方冬季氣溫偏高,如2017年1月上旬沿渤海區(qū)域氣溫較常年偏高約6℃,直接導(dǎo)致遼寧沿海冰情較常年明顯偏輕,但不能因此放松海冰的觀測(cè)預(yù)報(bào)工作。
為減少人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失,國(guó)家海洋局組織開展海洋觀測(cè)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù),每年印發(fā)年度海洋預(yù)報(bào)減災(zāi)工作方案,同時(shí)制定災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案,對(duì)包括海冰在內(nèi)的各類海洋災(zāi)害的觀測(cè)預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)工作進(jìn)行周密部署。
2.1 海冰觀測(cè)的內(nèi)容
根據(jù)工作方案和應(yīng)急預(yù)案,海冰觀測(cè)分為日常觀測(cè)和應(yīng)急觀測(cè)2個(gè)部分;海冰的日常預(yù)報(bào)和應(yīng)急預(yù)報(bào)主要由國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心、國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心、國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心和遼寧、河北、天津、山東等地海洋預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)制作發(fā)布。其中,日常觀測(cè)為開展海洋觀測(cè)站(點(diǎn))的常規(guī)海冰觀測(cè)、航空和船舶海冰觀測(cè)、雷達(dá)海冰觀測(cè)以及衛(wèi)星遙感海冰觀測(cè),每日向國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心、海區(qū)預(yù)報(bào)中心和受影響的省(市)海洋預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)提供相關(guān)實(shí)時(shí)資料。應(yīng)急觀測(cè)為啟動(dòng)Ⅳ、Ⅲ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)后,每周開展重點(diǎn)岸段現(xiàn)場(chǎng)巡視和觀測(cè);啟動(dòng)Ⅱ、Ⅰ級(jí)應(yīng)急響應(yīng)后,每日開展1次現(xiàn)場(chǎng)巡視,同時(shí)協(xié)調(diào)飛機(jī)每周開展2次航空遙感觀測(cè)。
我國(guó)從20世紀(jì)60年代起開展海冰觀測(cè)工作,于80年代建立岸基海冰觀測(cè)雷達(dá),至目前已建立包括平臺(tái)雷達(dá)和岸基雷達(dá)、衛(wèi)星遙感、航空遙感、臺(tái)站觀測(cè)、船舶觀測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、無(wú)人機(jī)觀測(cè)等多種手段互為補(bǔ)充、有機(jī)結(jié)合的海冰立體觀測(cè)系統(tǒng),為冬季海冰觀測(cè)和預(yù)警報(bào)工作提供有力保障。觀測(cè)要素包括浮冰量、浮冰密集度、冰型、冰塊大小、堆積高度、表層水溫、氣溫、氣壓、云量、風(fēng)向、風(fēng)速、海面能見(jiàn)度、冰區(qū)位置、外緣線位置、厚度和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等。
2.2 海冰觀測(cè)數(shù)據(jù)的獲取
平臺(tái)雷達(dá)安裝在渤海的石油平臺(tái)上,可360°全方位觀測(cè)周圍海域海冰的分布、發(fā)展和運(yùn)動(dòng)情況,且不受天氣情況影響、監(jiān)測(cè)頻次高;岸基雷達(dá)可監(jiān)控近岸的海冰狀況;衛(wèi)星遙感主要通過(guò)NOAA、MODIS、HY-1(現(xiàn)停止運(yùn)行)等衛(wèi)星的可見(jiàn)光/紅外圖像獲取大范圍的海冰數(shù)據(jù);航空遙感通過(guò)裝載在飛機(jī)上的微波輻射計(jì)、雷達(dá)散射計(jì)和合成孔徑雷達(dá)(SAR)等儀器進(jìn)行海冰觀測(cè);臺(tái)站觀測(cè)是在臺(tái)站附近對(duì)海冰進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè);現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)是工作人員對(duì)冰情進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察和測(cè)量,觀測(cè)內(nèi)容包括冰厚、密集度、冰量、海溫、鹽度、海況、海面能見(jiàn)度和天氣等;無(wú)人機(jī)觀測(cè)是借助無(wú)人機(jī)輔助現(xiàn)場(chǎng)工作人員開展海冰觀測(cè),可減少工作量和降低冰上作業(yè)的危險(xiǎn)。
2.3 海冰觀測(cè)產(chǎn)品
目前我國(guó)的海冰觀測(cè)產(chǎn)品主要包括預(yù)報(bào)產(chǎn)品、實(shí)況觀測(cè)影像和冰情公告。
(1)預(yù)報(bào)產(chǎn)品主要包括:①年預(yù)報(bào)產(chǎn)品。根據(jù)冬季氣象預(yù)報(bào)情況,于每年11月開展今冬到明春年冰情預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)內(nèi)容為初冰期、嚴(yán)重冰期和終冰期的時(shí)段以及浮冰范圍、一般冰厚和最大冰厚等。②月、旬、周預(yù)報(bào)產(chǎn)品。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)和衛(wèi)星遙感觀測(cè),開展月、旬、周冰情預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)內(nèi)容為浮冰范圍、一般冰厚和最大冰厚。③業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)。利用業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)模式,開展7 d每6 h間隔的數(shù)值預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)內(nèi)容為不同厚度冰的覆蓋范圍和面積。④海冰警報(bào)。對(duì)突發(fā)災(zāi)害性天氣引發(fā)的嚴(yán)重冰情,發(fā)布海冰警報(bào)。⑤高分辨率和精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)。對(duì)港口等重點(diǎn)局部海域進(jìn)行高分辨率和精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)內(nèi)容是不同厚度冰的分布范圍和移動(dòng)速度。
(2)實(shí)況觀測(cè)影像主要包括:①衛(wèi)星圖像,即通過(guò)NOAA、MODIS、HY-1等衛(wèi)星獲得的海冰影像;②平臺(tái)雷達(dá)和岸基雷達(dá)影像。
(3)冰情公告的內(nèi)容為渤海和黃海北部的年、月、旬和周冰情。
上述產(chǎn)品通過(guò)官方網(wǎng)站、手機(jī)移動(dòng)平臺(tái)和傳真等形式向政府機(jī)構(gòu)、海上作業(yè)船舶和相關(guān)企事業(yè)單位發(fā)布。
全球海冰區(qū)域主要集中在南、北極地區(qū)海域,受海冰影響較大的北極地區(qū)國(guó)家都開展了海冰的觀測(cè)和信息應(yīng)用工作,把海冰信息作為船舶管理和導(dǎo)航等系統(tǒng)中的必要信息層,在船舶運(yùn)輸和管理、進(jìn)港導(dǎo)航、海上救險(xiǎn)和人員營(yíng)救等工作中得到廣泛應(yīng)用。本研究以俄羅斯和加拿大2個(gè)典型國(guó)家為例,簡(jiǎn)要介紹國(guó)外海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)和應(yīng)用的情況以及國(guó)際海冰組織開展工作的情況。
3.1 俄羅斯海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)和應(yīng)用
俄羅斯的海冰信息服務(wù)由南北極研究所(AARI)、空間水文氣象科研中心(Planet)、莫斯科水文氣象中心(HMC)以及北極、遠(yuǎn)東、波羅的海、黑海和里海區(qū)域水文氣象辦公室負(fù)責(zé)提供,各單位分別承擔(dān)不同海區(qū)的海冰信息服務(wù)工作,均隸屬于俄羅斯水文氣象中心(Roshydromet)。
俄羅斯水文氣象中心的沿岸天氣極地站對(duì)海冰的發(fā)展情況、冰厚、海冰形式和漂移等進(jìn)行目視和儀器觀測(cè)。航行于北方航線(NSR)的破冰船通常只每天報(bào)告1次影響導(dǎo)航的海冰參數(shù)。1994年前通常于11月至次年4月每10 d對(duì)北極地區(qū)進(jìn)行1次航空觀測(cè),從1995年起只根據(jù)特定需要在歐亞北極區(qū)進(jìn)行航空觀測(cè),主要收集與航行和海上安全有關(guān)的參數(shù),如蛋形圖(egg-code)、冰山、開闊區(qū)、動(dòng)力和海表特征參數(shù)等,雖然目前這已不是主要的數(shù)據(jù)來(lái)源,但海岸帶觀測(cè)和航空觀測(cè)的數(shù)據(jù)仍被用于海冰分析和預(yù)后產(chǎn)品的驗(yàn)證工作。
南北極研究所和空間水文氣象科研中心衛(wèi)星接收站提供北極和北太平洋海區(qū)業(yè)務(wù)化的系列衛(wèi)星光學(xué)影像,其他地區(qū)(如南極地區(qū))的海冰衛(wèi)星資料主要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或購(gòu)買方式獲得。
經(jīng)處理得到的海冰信息產(chǎn)品主要包括:①南北極研究所每周二通過(guò)網(wǎng)站發(fā)布北極地區(qū)的海冰情勢(shì)圖,每2周發(fā)布南半球詳細(xì)的海冰情勢(shì)圖,海冰情勢(shì)圖采用GIF和WMO SIGRID-3格式;②南北極研究所每周二制作格陵蘭海、巴侖支海、喀拉海、拉普貼夫海、東西伯利亞海、楚科奇海、白令海、鄂霍次克海和波羅的海的海冰情勢(shì)圖和影像圖,并通過(guò)多種通信手段將其發(fā)送到航運(yùn)船只、航運(yùn)公司和當(dāng)?shù)卣畽C(jī)構(gòu)等,產(chǎn)品格式通常是帶地理坐標(biāo)的GIF、JPEG圖像以及WMO SIGRID-3、S-57等。
3.2 加拿大海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)和應(yīng)用
加拿大的海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)工作由隸屬于加拿大環(huán)境部氣象中心的海冰信息中心(The Canadian Ice Service,CIS)負(fù)責(zé),主要業(yè)務(wù)包括海冰觀測(cè)、分析預(yù)報(bào)、海冰模型、遙感和海冰氣候?qū)W研究等,主要對(duì)加拿大及其周邊海域提供及時(shí)有效的海冰和冰山觀測(cè)預(yù)報(bào)信息。于每年6-11月提供北極地區(qū)的海冰信息,此時(shí)段是該地區(qū)船舶活動(dòng)的主要時(shí)段;于每年12月至次年5月提供南部海域的海冰信息。
加拿大獲取海冰信息的主要手段包括雷達(dá)和可見(jiàn)光遙感衛(wèi)星,如Radarsat-2和Sentinel的100 m分辨率SAR圖像,每年使用約11 000景,數(shù)據(jù)由加拿大衛(wèi)星接收站實(shí)時(shí)接收,并在1 h內(nèi)經(jīng)處理傳送至海冰信息中心。MODIS等低分辨率圖像主要用于提供海冰分析的背景信息。
加拿大的海冰信息產(chǎn)品主要包括:①海冰專題圖,采用WMO海冰制圖標(biāo)準(zhǔn)制作,反映特定時(shí)間的海冰或冰山狀況,主要包括區(qū)域(周)海冰圖、日海冰圖、衛(wèi)星圖像分析圖、海冰航空監(jiān)測(cè)圖和冰山日預(yù)報(bào)圖;②通告公告;③大區(qū)域合成遙感圖,主要了解大范圍冰情,如利用3 d的Radarsat圖像合成的北極東、西部地區(qū)的圖像,利用7 d的MODIS圖像合成的全北極地區(qū)冰情圖等;④預(yù)報(bào)產(chǎn)品,主要包括日預(yù)報(bào)、月預(yù)報(bào)和季預(yù)報(bào)產(chǎn)品等。
3.3 國(guó)際海冰組織開展工作的情況
JCOMM海冰專家組(ETSI)是開展海冰應(yīng)用國(guó)際合作的專業(yè)技術(shù)組織,目前由12名專家組成,主要開展的工作包括國(guó)際海冰地理參考信息(SIGRID-3)標(biāo)準(zhǔn)修訂、海冰圖色標(biāo)設(shè)計(jì)、海冰命名、海冰信息在電子海圖中的應(yīng)用、海冰氣候?qū)W研究、海冰極地代碼編制和海冰技術(shù)培訓(xùn)等;同時(shí)建立了海冰信息數(shù)據(jù)庫(kù),各參與國(guó)均提供了本國(guó)工作區(qū)域的相關(guān)數(shù)據(jù),也為自身利用國(guó)際數(shù)據(jù)創(chuàng)造了條件,該數(shù)據(jù)庫(kù)涉及的南北極地區(qū)的海冰信息對(duì)我國(guó)極地科學(xué)考察也有一定的參考和應(yīng)用價(jià)值。
由于海冰與海事安全密切相關(guān),JCOMM海冰專家組會(huì)議通常與海事安全服務(wù)專家組(ETMSS)會(huì)議聯(lián)合召開,并邀請(qǐng)國(guó)際海道測(cè)量組織(IHO)、世界氣象組織(WMO)、國(guó)際海事組織(IMO)和國(guó)際海事衛(wèi)星組織(IMSO)等組織的專家參會(huì),共同討論與全球海難和安全系統(tǒng)(GMDSS)有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題,涉及海事衛(wèi)星通信、導(dǎo)航系統(tǒng)和信息保障等。
我國(guó)在海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)和防災(zāi)減災(zāi)等方面開展了大量有成效的工作,降低了海冰災(zāi)害對(duì)海上生產(chǎn)和交通運(yùn)輸?shù)鹊挠绊?,但與其他國(guó)家開展的信息應(yīng)用工作相比還有進(jìn)一步改進(jìn)和提高的空間。
4.1擴(kuò)展海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)區(qū)域,做好海冰信息發(fā)布
目前我國(guó)的海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)工作主要局限于渤海和黃海北部等我國(guó)沿海地區(qū),預(yù)報(bào)單位通過(guò)網(wǎng)站、電視和廣播等發(fā)布海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)信息,面向?qū)ο笾饕窍嚓P(guān)海域周邊的地方政府部門和生產(chǎn)企業(yè)等用戶,信息覆蓋范圍小。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)對(duì)外開放和“一帶一路”建設(shè)的深入,東北亞海上絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶成為“21世紀(jì)海上絲綢之路”的重要一環(huán),對(duì)助推我國(guó)東北地區(qū)振興、促進(jìn)東北亞地區(qū)間交流和繁榮東北亞區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義[2]。此外,隨著北冰洋海冰的不斷消退,北冰洋航線的開通成為可能,西起摩爾曼斯克,東到符拉迪沃斯托克(海參崴)至琿春,途經(jīng)巴倫支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亞海的“東北航線”將成為連接?xùn)|亞與西歐的最短海上航線,將對(duì)東北亞地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海洋運(yùn)輸線的暢通產(chǎn)生積極且深遠(yuǎn)的影響[3]。因此,建議將我國(guó)的海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)區(qū)域從內(nèi)海和近海向外海區(qū)域擴(kuò)展,海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)相關(guān)單位更多地了解海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)信息的國(guó)家需求和用戶需求,做好戰(zhàn)略規(guī)劃和海區(qū)海冰基礎(chǔ)性研究,以更好地發(fā)揮國(guó)家海洋局的管理和服務(wù)職能。
4.2擴(kuò)大海冰信息應(yīng)用領(lǐng)域,研發(fā)內(nèi)容更加豐富的海冰信息產(chǎn)品
我國(guó)的海冰災(zāi)害不是每年都發(fā)生,總體上災(zāi)情并不嚴(yán)重,因此海冰信息產(chǎn)品在內(nèi)容和形式上較為簡(jiǎn)單。我國(guó)的海冰信息產(chǎn)品主要包括2類:①觀測(cè)產(chǎn)品,目前主要利用岸基、船舶、雷達(dá)、航空和衛(wèi)星等手段,產(chǎn)品通常是海冰實(shí)況的觀測(cè)圖像以及反映海冰位置和外緣線位置的簡(jiǎn)單解譯產(chǎn)品;②預(yù)報(bào)產(chǎn)品,主要包括年、月、旬、周冰情預(yù)報(bào),海冰警報(bào)以及業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)和高分辨率精細(xì)化數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品,產(chǎn)品內(nèi)容主要是以等值線表示的冰厚和冰緣線。而國(guó)際上海冰專題圖反映的海冰要素內(nèi)容更為豐富、表現(xiàn)形式也更為多樣,海冰信息已作為有關(guān)海上作業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)的必要數(shù)據(jù)層,直接為海上生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)忍峁┓?wù)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的區(qū)域越來(lái)越大,涉及海區(qū)也會(huì)越來(lái)越廣,也將面臨越來(lái)越高的海冰信息應(yīng)用需求,并要與國(guó)際接軌,因此要做好國(guó)外海冰信息應(yīng)用的調(diào)研和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作。
4.3加強(qiáng)國(guó)際交流合作,借鑒和應(yīng)用國(guó)際經(jīng)驗(yàn)
目前我國(guó)在海冰觀測(cè)預(yù)報(bào)方面與國(guó)際合作不多,只在JCOMM海冰專家組第二次會(huì)議上提交了海冰工作情況報(bào)告但并沒(méi)有派代表參會(huì),此后一直未派代表參加該會(huì)議,而其他國(guó)家的參會(huì)代表大部分是長(zhǎng)期參與JCOMM海冰專家組工作的專家,相比之下我國(guó)對(duì)該領(lǐng)域的國(guó)際情況了解不多,不利于專業(yè)人才的培養(yǎng)。此外,我國(guó)在對(duì)外提交數(shù)據(jù)共享方面的審批程序復(fù)雜,最終往往也難以提供,影響我國(guó)在信息對(duì)外合作領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán);而在不共享數(shù)據(jù)的情況下,獲取數(shù)據(jù)也面臨很大困難。建議建立操作性強(qiáng)的數(shù)據(jù)管理規(guī)定和對(duì)外提供數(shù)據(jù)審批機(jī)制,為我國(guó)實(shí)質(zhì)性參與國(guó)際信息領(lǐng)域的合作和獲取該領(lǐng)域的國(guó)際數(shù)據(jù)創(chuàng)造更好的條件,同時(shí)也為未來(lái)發(fā)展做好資料和技術(shù)等方面的準(zhǔn)備。
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ReviewonObservingandForecastingofSeaIceinChina
LI Sihai
(National Marine Data and Information Service,Tianjin 300171,China)
Sea ice threatens the safety of marine production and shipping.Sea ice observing and forecasting will help to reduce the losses caused by the sea ice disasters to the people’s production and life.This paper introduced the general situation of sea ice and its disaster in Bohai Sea and the northern Yellow Sea,and the sea ice observing and forecasting in China,including mechanism,observing elements,data acquisition methods and forecasting products etc..Setting the Russia and Canada as examples,abroad sea ice observing and forecasting and information product application experience were introduced,and suggestions on the observing and forecasting of sea ice in China under the background of “The Belt and Road Initiative” were provided.
Sea ice disaster,Observing and forecasting,International cooperation
2017-07-28;
:2017-07-31
李四海,研究員,博士,研究方向?yàn)楹Q筮b感、海洋制圖和信息系統(tǒng)應(yīng)用
P7
:A
:1005-9857(2017)08-0003-04