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协作联动,海冰监测迈向精细化

2021-03-26 10:10:14    来源: 中国自然资源报    作者:赵 宁 唐茂宁 何文全 曾 韬

每年冬季,在寒潮低温作用下,我国黄渤海海域都会出现海冰覆盖的情况,对海上污染物的迁移转化行为、典型生态环境等均造成不同程度的影响。因此,海冰成为海洋环境污染防治、生态环境保护、海洋灾害风险防范等工作必须考虑的重要因素。

近日,记者从相关单位了解到,目前,黄渤海海冰已经全部融化。去年入冬以后,国家海洋环境预报中心、国家卫星海洋应用中心、自然资源部海洋减灾中心等单位通过卫星遥感、船舶观测、重点岸段巡查、海洋站观测等多种手段,对渤海、黄海北部的冰情进行了全方位、立体化监测,获取了大量海冰监测信息。在此基础上,及时发布海冰预报信息,为沿海地区政府、海上作业单位等应对海冰提供了信息支持。

守岗尽责查冰清 

据国家海洋环境预报中心提供的数据显示,刚刚过去的冬季,渤海及黄海北部冰情为2.5级,较常年略轻。初冰日为2020年11月30日,终冰日为2021年3月9日,冰期为99天,冰期天数接近常年。本次初冰期冰情呈震荡发展趋势。初冰期前期,海温较常年偏高,海冰增长缓慢。2020年12月底~2021年1月上旬,冷空气活动频繁,黄渤海冰情快速发展。同时,盛冰期较常年略提前,冰情波动性大,严重冰情持续时间偏短。

1月16日,一股强冷空气严重影响辽宁省营口市,辽东湾海域海冰范围达到50海里,海冰面积迅速增加至4600平方公里,当地进入重冰期。营口港的港池及航道部分水域被浮冰覆盖,给航运等造成了不同程度的影响,并有进一步发展变化的趋势。

面对海冰冰情,辽宁省营口市海洋预警监测中心及时通过新闻媒体对外发布海冰预报信息,并做好海冰警报发布准备,提醒沿海港口、海上石油钻井平台、渔业捕捞、沿海养殖、航运等有关单位和企业密切注意天气及冰情变化,提前采取预防措施,严密防范海冰灾害,为冰区作业安全提供了保障。

其实,早在1月1日,营口市海洋预警监测中心便启动了海冰监测工作,采用海冰雷达监测系统及雷达图像记录仪,分别在8时、14时、20时共3个时段对天气、风速、风向、气温,以及海冰距观测站的距离、浮冰冰量、冰型厚度、最大冰厚等进行监测,第一时间获取海上浮冰相关信息,积累了大量海冰雷达监测资料。

1月6日,营口市海洋预警监测中心启动现场监测调查,派专人在9时、14时共2个时段赴营口市的白沙湾海域、西炮台海域、鲅鱼圈海域、北海海域等进行海冰现场监测调查。

无人机作为一种新兴的海冰监测手段,具有机动、快速等优势,可帮助调查人员及时了解海冰发展情况。监测期间,营口市海洋预警监测中心利用无人机在零下20摄氏度的低温环境中开展监测,掌握了当地的风速、风向、海温、盐度、冰厚和能见度等环境资料,第一时间获取海冰监测信息,准确描述海冰变化,并制作冰情简报上报国家海洋环境预报中心、辽宁省海洋预警监测中心。

优化升级预报技术

近年来,国家海洋环境预报中心致力于我国海冰预警报及减灾技术研究,开展了卫星和无人机图像碎冰识别系统、基于机器学习的冰缘线识别技术、冰力学非接触图像测量方法等研发工作。同时,该中心积极探索非结构网格海冰模式、智能网格预报技术等新手段,不断提升我国海冰的预警报水平和防灾减灾能力,有效拓展了海洋环境预报服务范围。

为提升海洋要素精细化观测水平、促进观测数据在海洋环境数值模式研究中的应用,2020年底,国家海洋环境预报中心、辽宁省自然资源厅、大连理工大学联合成立了海洋工程联合试验场。按照相关要求,该试验场的日常管理由辽宁省海洋预警监测中心、营口市海洋预警监测中心共同承担。

国家海洋环境预报中心有关负责人介绍,当前,该试验场已经拥有了测冰雷达、测绘级无人机、地面气象站、高清图像监控、温度链、水下滑翔机、水下声学冰厚测量仪等海冰要素观测手段,可以获取完备的冰速、冰厚、冰温、水温、波浪、冰面辐射、冰底形态、碎冰尺寸、冰力学等数据。获取的海冰和水文要素数据,可为研究海冰热动力学过程、海冰与结构物相互作用等提供数据支持,并可为相关部门开展防冰减灾工作提供决策参考。

据介绍,海冰的尺寸分布是一个影响到海冰热力学和动力学过程的重要状态参数,其量级可以从米级跨越到千米级。影响海冰尺寸分布的因素主要包括海冰的厚度、密集度、冰温、地理条件、风和海流的强度等。特定时间点的海冰尺寸,往往分布是以上因素综合作用的结果,因此研究海冰尺寸分布有助于科研人员深入理解海冰生消过程和动力学特征。

近年来,针对卫星图像中的碎冰尺寸提取难题,国家海洋环境预报中心利用距离变换分水岭法,首创采用区域滤波技术提取碎冰裂纹,进行了初步业务化试运行,同时,该中心将半监督机器学习算法应用到海冰冰缘线提取过程中,取得了良好成效。目前,相关技术成果已经应用于海冰工程参数确定工作中。

太空瞰冰显身手

2020年6月,我国海洋一号D卫星成功发射,与正在服役的海洋一号C卫星,组成了我国首个海洋民用业务卫星星座。去年入冬以后,国家卫星海洋应用中心以海洋一号C、D卫星为主,结合其他多源卫星数据,圆满完成了黄渤海海冰卫星遥感业务化监测工作。

据介绍,传统的海冰监测手段包括现场观测、航拍等方式。这些观测方法只能针对具体点位或者小范围的海冰进行观测。相较而言,卫星遥感具备大范围、多频次等观测优势。

监测期间,海洋一号C、D卫星每日2次获取我国渤海海冰的实时监测数据,发挥了高频次、大范围监测的技术优势,及时掌握渤海海域的海冰变化信息。同时,该中心将每日获取的海洋卫星数据与国家海洋环境预报中心、自然资源部北海局等部门和单位进行数据共享,并开展了卫星遥感海冰业务化监测,制作发布海冰遥感监测通报。

据了解,往年我国的海冰监测主要数据源来自国外卫星,分辨率最高为250米。国家卫星海洋应用中心主要数据源变为我国自主研发的海洋一号C、D卫星后,最高分辨率提高到50米,为相关部门和单位开展初生冰监测、精细化海冰监测、海冰预报服务、海上工程防灾减灾等工作提供了信息支持。

国家卫星海洋应用中心有关负责人表示,自在轨运行后,海洋一号C卫星已经成为我国开展渤海海冰监测的主力。海洋一号D卫星在轨运行,进一步提高了对渤海海冰监测频次,有效丰富了相关部门和单位获取卫星遥感海冰信息的渠道。

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