北極海冰作為全球氣候變化的重要影響因子,最近30年發(fā)生了顯著的變化,主要體現(xiàn)在海冰覆蓋面積的快速減退和海冰厚度的持續(xù)減薄。由于海冰的反照率(~0.8)遠高于海水(~0.07),因此,海冰的減少將導(dǎo)致海洋吸收更多的太陽輻射,這些能量的一部分用來融化海冰,導(dǎo)致其進一步減少,即海冰的反照率正反饋機制。自然界中的正反饋機制往往能夠?qū)⑤^小的變化非線性的放大,導(dǎo)致更為嚴(yán)重的后果,這也是海冰在氣候變化研究中不斷受到重視的原因。本文在分析北極邊緣海海冰面積快速變化和海冰厚度分布的基礎(chǔ)上,詳細討論了不同類型海冰在不同季節(jié)對太陽輻射能的吸收問題,并對側(cè)向傳播光在海冰中的衰減性質(zhì)進行了研究。 東西伯利亞海是北冰洋冰情比較嚴(yán)重的邊緣海。海冰面積從1997年到2001年間小幅度增加,2002年以后,則持續(xù)大幅度減小,整體上冰情減弱的趨勢非常明顯。陸地徑流量的增加是導(dǎo)致東西伯利亞海海冰面積快速減退的原因之一。另外,2000年之后,東西伯利亞海海面平均風(fēng)場為偏南風(fēng),在融冰階段有助于海冰的北向運移,凍結(jié)階段不利于海冰的全面凍結(jié),造成整體上海冰冰情的減弱。 北極群島北部的博登島地處環(huán)極冰間水道的活躍區(qū),該區(qū)域的平整冰厚度空間范圍變化較大。北側(cè)的多年浮冰厚度為154.4±22.4cm。Prince Gustaf Adolf Sea海域SL站位的多年陸緣冰厚度為166.6±16.2cm,明顯低于該海域1970年代的平整冰厚度(3-5m)。冰間水道兩側(cè)的一年冰厚度很小,分別為105.1±10.9cm(ST2站位)和124.5±13.2cm(IFL站位)。整個觀測斷面中厚度最大的平整冰是博登島沿岸的多年陸緣冰,達到205.3±8.8cm。博登島西北側(cè)CC站位的多年浮冰的冰脊厚度分布在2.5-3m之間。 夏季融化季節(jié),北冰洋海冰的吸收率與厚度存在明顯的線性關(guān)系,薄冰的吸收率更高。海冰對太陽短波輻射的吸收率大約為到達冰面太陽輻射的20%,大部分被冰雪表面反射,少數(shù)穿過海冰進入海水。觀測結(jié)果與理論計算都表明,在夏季北冰洋中央海盆區(qū),海冰吸收的太陽輻射功率只有12.8 W m~(-2),相當(dāng)于每天融化3.3mm的冰。 秋季海冰凍結(jié)時,太陽高度較低,到達冰面的太陽輻射的最顯著特征是較短波長的光受到削弱,而較長波長的光得以保留,呈現(xiàn)明顯的雙峰結(jié)構(gòu)。太陽高度越低,這種現(xiàn)象越明顯。新雪覆蓋的海冰的反射率隨波長變化不大,基本保持為常數(shù),而裸冰的反射率隨波長增加而減少。在透射輻射光譜中,490nm的光占優(yōu)勢,而與入射輻射的雙峰結(jié)構(gòu)不同。這表明,較長波長的光在穿過海冰時受到很大的削弱。因此,在低太陽高度的條件下,大氣和海冰共同作用的結(jié)果使進入冰下海水的太陽輻射能更加微弱。但是,海冰對較長波長光的吸收使海冰獲取較多的熱量,減緩海冰的凍結(jié)過程。 對于正在凍結(jié)的一年新冰,側(cè)向傳播光的衰減系數(shù)隨波長變化較小(除藍光和紅光波段以外),基本保持為常數(shù),但隨深度變化很大。衰減系數(shù)在垂直方向上隨著海冰鹽度的減小而迅速減小。觀測顯示,側(cè)向傳播光的衰減系數(shù)大于垂向傳播光的值,可能與海冰晶體的柱狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：P731.15
【部分圖文】：

北極快速變化條件下海冰吸收太陽輻射能的光學(xué)研究和 2010 年全年的海冰覆蓋面積都小于 1979-2000 年和 1979-2008 年的平均值現(xiàn)了最近幾年海冰的快速減退。每年海冰覆蓋面積最大時，整個北冰洋被海蓋，并且向南延伸到白令海，鄂霍次克海，哈德森灣以及格陵蘭沿岸和波茲灣，而在夏季，海冰回撤到中心北冰洋地區(qū)及格陵蘭西北岸。

圖1-2.海冰范圍模擬和實測結(jié)果對比(IPCCAR4, 2007)。的海冰不僅僅是物理系統(tǒng)的一部分，也是生物，政治和經(jīng)濟系8年以來海冰的減少導(dǎo)致了北冰洋整體浮游植物生產(chǎn)力的增加，有重要影響。海冰的減退使得人們對跨越地球之巔的航行產(chǎn)生通道和西北水道作為標(biāo)準(zhǔn)航道的可行性。海冰的消退和對自然是石油，更是激發(fā)了人們對考察北冰洋外圍大陸架的興趣。減

圖 1-3. 立體角定義。輻射通量(Flux)位時間內(nèi)通過某一面積的輻射能，稱為通過該面積的輻射通量，符號Φ，用 W 表示。如果是某個波長的輻射通量，則記為Φ(λ)。射強度(Intensity)輻射源在某一方向上的立體角內(nèi)所發(fā)出的輻射通量，符號 I，單位為 WI =ΔΩΔΦΔΩ >lim0= dΦ/dΩ (譜輻照度（Irradiance）位面積接收到的輻射通量，稱為該處的輻照度。符號為 E，單位為 W/m對單位波長，則單位為 W/m2μm，常用單位有μW/ cm2nm 或 mW/ cm2μE(λ)=dAdΦ (λ)(用的輻照度還包括 Ed(z)和 Eu(z)，前者表示介質(zhì)內(nèi) z 深度處的向下輻照
【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 任艷陽;基于盲數(shù)理論的北極航線通航環(huán)境評估[D];大連海事大學(xué);2012年

本文編號：2870889