海冰精准預測 一道國際性難題

在每年海冰到來前，自然資源部國家海洋環境預報中心海冰首席預報員劉煜就提前開始忙碌。

寒冬來臨，今年海冰冰情趨勢如何？在自然資源部國家海洋環境預報中心和中國海洋學會海冰專業委員會近日舉行的2018年度海冰預測會商會上，包括劉煜在內的專家們預計，2018/2019年冬季渤海及黃海北部冰情為常年略偏輕（2.5級），2018年12月上旬初冰期，嚴重冰期為2019年1月中旬至2月上旬，3月中旬終冰。

為什麼要做海冰冰情預測？冰情趨勢是如何得出的？如何提高冰情預測准確性？科技日報記者就此採訪了相關專家。

游客眼中的美景 晶瑩剔透卻暗含危機

海冰，是淡水冰晶、“鹵水”和含有鹽分的氣泡混合體，包括來自大陸的淡水冰（冰川和河冰）和由海水直接凍結而成的咸水冰，一般多指后者。

據媒體報道，今年1月30日，渤海大連北部海域被海冰覆蓋，宛若極地冰原。由於持續低溫，渤海大連北部海域大面積結冰，結冰范圍持續擴大，最大冰層厚度近1米。大海結冰讓前來觀賞的游客熱情高漲，紛紛在厚厚的海冰上游玩。

在游客眼中，海冰營造了晶瑩剔透的冰雪世界，但對於漁業捕撈、海水養殖、海上交通運輸，卻會帶來不利影響，甚至危險。

1912年由俄國彼得堡開出的海船“聖·安娜”號，在北冰洋上為海冰所阻，隨冰漂流將近兩年，直到船隻完全被冰毀壞。這場災難隻有兩人獲救。

1969年2—3月，我國渤海發生百年不遇的大冰封災害，整個渤海被厚達幾米的堅冰封堵長達50天。進出天津港的123艘客貨輪中，7艘被海冰推移擱淺，19艘被海冰夾住不能動，25艘由破冰船破冰后才得以逃脫，5艘萬噸級貨輪螺旋漿被海冰碰壞，1艘巨輪被海冰擠壓破裂進水，引水船螺旋漿也被海冰碰壞、船體變形，航標燈全部被海冰挾走。天津港務局觀測平台被海冰推倒，海洋石油1號鑽井平台支座拉筋被海冰割斷而倒塌，2號鑽井平台也被海冰推倒。不凍港的塘沽港、秦皇島港也遭海冰災害，損失慘重。

太陽黑子數和大氣環流 冰情預報影響因子很多

劉煜告訴記者，目前從事海冰預報的多是高緯度海域沿岸國家，在我國，從事渤海、黃海局地海冰預報的隊伍，還比較小。

2018/2019年冬季冰情預測是如何做出來的呢？

劉煜說，影響冰情預測的因子很多，以影響因子之一的太陽黑子數為例。太陽黑子很少單獨活動，通常是成群出現。黑子的活動周期約為11年，活躍時會對地球的磁場產生影響，主要是使地球南北極和赤道的大氣環流作經向流動，從而造成惡劣天氣，使氣候轉冷。

“我們同時發現，在太陽活動的峰值年或谷值年前后，渤海海冰至少有一年是比較嚴重的。上世紀五十年代至今的數據顯示，重冰年均發生在峰值年前后，如1957年是太陽活動峰值年，之前的1956/1957年冬季為重冰年﹔1968年是太陽活動峰值年，其后的1968/1969年冬季為重冰年。偏重冰年均發生在峰年或谷年前后，如2000年是太陽活動峰值年，其后的2000/2001年冬季為偏重冰年﹔2009年是太陽活動谷值年，其后的2009/2010年冬季為偏重冰年。”劉煜說，太陽活動周期並非想象的那麼有規律，11年只是太陽活動的平均變化周期，現有觀測到的最短活動周期為9年，最長活動周期為14年。從太陽黑子數所處周期位置與數目來看，2018年與1964、1975、1986、1996、2007年相似，都是太陽黑子數谷值年的前一年。根據太陽黑子數相似年的冰級分析，今年冬季冰情為常年略偏輕。但是，目前太陽活動周期位於波谷附近，不排除發生較重冰情的可能。

大氣環流也會影響渤海及黃海北部冰情。渤海受亞洲大陸高壓控制，冬季氣溫變化具有明顯的大陸性特點，當冷空氣過境，尤其是寒潮入侵時，海溫顯著下降，有利於海冰生成。

北半球大氣狀況的重要指數——北極濤動，為預測冬季我國渤黃海冰情提供了一個潛在的前期信號，秋季北極海冰面積等都是影響因素。此外，厄爾尼諾指數、北極海冰面積等因子與渤黃海冰情也密切相關。

“根據各種預測方法近5年的平均誤差，計算出各預測依據的權重系數。根據各項預測依據的權重系數和預測結果，確定2018�2019年冬季為常年略偏輕（2.5級）。”劉煜告訴記者，“但目前並沒有確切的答案告知，哪個影響因子與冰情的關聯性特別大，也許還有更多影響因子未被認知。正因如此，冰情預報被認為是全球性難題。”

從目測到衛星遙感 現場監測能力不斷提高

雖然冰情預報難，但海冰監測被認為是海冰預報的重要保障。“及時獲取全面客觀的現場海冰監測數據，可更准確地預報冰情發展趨勢。”劉煜說。

目測檢測法是海冰監測最傳統的基本觀測方法。這種方法是根據海冰觀測規范規定，依靠觀測員的眼睛和經驗進行觀測，如冰量、流冰密集度、流冰冰狀、固定冰狀等。

作為目測檢測法的重要補充，2010年2月，國家海洋環境預報中心在渤海遼東灣JZ20-2石油平台安裝了JZ20-2雷達測冰系統。

由於雷達基本不受天氣狀況影響，可全天候、實時進行海冰監測，進一步豐富了海冰監測手段，完善了海冰監測系統。但這種手段也有短板，監測半徑最多幾十公裡，站點建造、維護費用也不低。

相比海洋站、出海調查、沿岸調查、雷達等觀測手段，衛星遙感被認為是最主要的手段。它具有大尺度、快速、同步與長時間連續動態觀測的能力，在經濟上也有著無可比擬的優勢。

劉煜告訴記者，在全球衛星海冰監測中，海冰作為一種光譜特征非常明顯的地物類型，以中分辨率成像光譜儀（MODIS）為代表的光學傳感器，能夠准確直觀地提供海冰外緣線、海冰覆蓋面積和海冰密集度等信息，而以高分辨率商用雷達衛星（RADARSAT）為代表的微波傳感器，能夠不受雲霧覆蓋與黑夜的影響提供海冰外緣線、密集度以及海冰類型等信息。同時，不同分辨率的遙感資料可以應用不同環境條件以及不同尺度的區域。如冰區范圍大且受雲霧影響多，可以使用分辨率較低的微波傳感器資料對其進行監測﹔在海冰災害嚴重時期，可以利用高分辨率的遙感影像來監測港口、海上平台或受困船隻的情況。衛星遙感海冰監測和信息提取技術的廣泛應用，為業務化海冰數值預報的發展提供了重要的技術支撐。

“2017/2018年冬季，國家海洋環境預報中心每天接收MODIS衛星遙感資料，實時監測渤黃海冰情。”劉煜說，今年發射的我國“海洋一號C”（HY-1C）衛星，觀測精度、觀測范圍均有大幅提升，今年冬季有望借助HY-1C衛星獲取高分辨率衛星海冰監測數據。“台站觀測、測冰雷達、衛星遙感等互為補充、有機結合，組成海冰立體觀測系統，將為冬季海冰監測和預警報工作提供有力保障。”（陳 瑜）