北极航道融冰期海冰物理和力学工程参数研究

发布时间：2024-06-02 13:10

　　随着全球气候变暖,北冰洋海冰在夏季加速消融,北极通航有望实现。北极航行的相关工程问题愈发引起人们的关注,极地船舶冰阻力的合理设计正是关键问题之一。海冰在融冰期由于融化而表现出不同的物理和力学性质,获取准确的融冰期北冰洋海冰物理和力学工程参数已经成为极地船舶冰阻力设计的掣肘。本文基于中国北极科学考察期间开展的海冰厚度和密集度观测、海冰物理参数观测、海冰单轴压缩强度试验以及渤海海冰动摩擦系数相似试验,对北极夏季航行船舶冰阻力计算所需的融冰期北冰洋海冰物理和力学参数进行深入研究。融冰期北冰洋海冰厚度和密集度均随纬度的增加而增加,并且楚科奇海、波弗特海和北冰洋中央海域海冰厚度分布近似服从正态分布。利用走航观测的海冰密集度对融冰期被动微波遥感海冰密集度进行比较,发现融池影响后者的精度,随着融池增多,被动微波遥感海冰密集度发生低估。2008～2016年融冰期北冰洋冰层温度为-2.7～-0.3℃,盐度为0.4‰～3.0‰,密度为601.6～903.2 kg/m3,卤水体积分数为 21.7‰～259.3‰空气体积分数为 34.4‰～380.3‰。以上各参数在楚科奇海、波弗特海和北冰洋中央海域均未表现出...

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【部分图文】：

图１．１北冰洋海域划分（绿色部分为大陆或岛屿）??Ｆｉｇ?１．１?Ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ａｒｃｔｉｃ?Ｏｃｅａｎ?（Ｔｈｅ?ｇｒｅｅｎ?ｐａｒｔｓ?ａｒｅ?ｌａｎｄ?ｏｒ?ｉｓｌａｎｄ）??北冰洋大部分海域常年被海冰覆盖，只有低炜度的边缘海域海冰会在夏季发生融化

然而随着全球气候变暖，北冰洋海冰正在经历一系列的快速变化过程。卫星资料显示，??北冰洋海冰范围和海冰面积在１９７９？１９９６年间平均每１０年分别减少２．２％和３．０％；??１９９８？２００８年，北冰洋海冰范围和海冰面积减少了?１０．１％和１０．７％［２〗。图１．２表明自１９７８?....

图１．３北极航道（背景图片来源：视觉中阐）??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?Ａｒｃｔｉｃ?ｐａｓｓａｇｅｓ?（ｔｈｅ?ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ?ｐｉｃｔｕｒｅ?ｉｓ?ｆｒｏｍ?Ｖｉｓｕａｌ?Ｃｈｉｎａ?Ｇｒｏｕｐ）??

?２０１８??年份??图１．２?１９７８？２０１８年北冰洋及其周边海域（白令海、鄂霍次克海、北海和拉布拉多海）??海冰面积（数据来源：美国国家冰雪数据中心）??Ｆｉｇ?１．２?Ｔｈｅ?ｓｅａ?ｉｃｅ?ａｒｅａ?ｉｎ?Ａｒｃｔｉｃ?Ｏｃｅａｎ?ａｎｄ?ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ?ｓｅａ....

图１．５本文的研究框架??Ｆｉｇ．?１．５?Ｔｈｅ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ??

公式??本文以现场观测和试验为研宄手段围绕以上北极夏季航行船舶冰阻力计算所需的??海冰物理和力学参数展开研宄。具体研宄内容如图１．５所示，包括：利用船基观测获取??海冰厚度和海冰密集度，并对融冰期波弗特海、楚科奇海和北冰洋中央海域的海冰厚度??和密集度分布展开研宄；现场实测海冰物....

图２．２海冰厚度观测录像机固定装置??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｆｉｘｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ?ｏｆ?ｖｉｄｅｏ?ｆｏｒ?ｓｅａ?ｉｃｅ?ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ??

船体碰撞后几乎不会发生翻转，因此该系统主要用于平整冰冰厚的获取。获得船侧冰厚??的连续记录视频后，人工截取视频中包含完整冰厚剖面的图像。为减少图片的几何失真，??要求截取图像中翻冰的厚度剖面与录像机的相平面平行。如图２．３，在截取的图像中利??用图像处理软件（Ｉｍａｇｅ－Ｐｒｏ?....

本文编号：3987297