我國海冰觀測預報及其應用綜述

李四海

(國家海洋信息中心 天津 300171)

我國海冰觀測預報及其應用綜述

李四海

(國家海洋信息中心 天津 300171)

文章介紹我國渤海和黃海北部海冰災害的概況以及包括觀測內(nèi)容、數(shù)據(jù)獲取和觀測產(chǎn)品在內(nèi)的我國海冰觀測預報工作的基本情況；以俄羅斯和加拿大為例介紹國外開展海冰觀測預報和信息產(chǎn)品應用的經(jīng)驗，同時介紹國際海冰組織開展工作的情況。結合我國經(jīng)濟發(fā)展和“一帶一路”建設需求，對我國海冰觀測預報工作提出建議，即擴展觀測預報區(qū)域，做好信息發(fā)布；擴大信息應用領域，研發(fā)內(nèi)容更加豐富的信息產(chǎn)品；加強國際交流合作，借鑒和應用國際經(jīng)驗。

海冰災害；海洋觀測預報；國際合作

1 引言

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輸、海洋漁業(yè)和海洋油氣資源開發(fā)等活動。海冰不僅可以阻礙海上航運，而且能夠封鎖港口航道，甚至會破壞港口工程設施導致船舶和港口受損[1]；海冰的漂移也會對海上油氣勘探和生產(chǎn)造成巨大危害。

我國黃海北部和渤海地處高緯度地區(qū)，每年冬季海水均會結冰，是北半球緯度最低的結冰海區(qū)。初冰期一般為每年11月底至12月上旬，嚴重冰期一般為次年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)海冰災害的發(fā)生比較頻繁，對沿海地區(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，嚴重的和比較嚴重的海冰災害大致每5年發(fā)生1次，而局部海區(qū)海冰災害幾乎年年都有發(fā)生。1969年1月中旬至3月初發(fā)生的嚴重海冰災害造成經(jīng)濟損失近億元；2010年1—2月渤海和黃海發(fā)生30年同期最嚴重的海冰災害，造成經(jīng)濟損失60余億元。雖然近年來中國北方冬季氣溫偏高，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預報工作。

2 我國的海冰觀測和預報

為減少人民群眾生命財產(chǎn)損失，國家海洋局組織開展海洋觀測預報業(yè)務，每年印發(fā)年度海洋預報減災工作方案，同時制定災害應急預案，對包括海冰在內(nèi)的各類海洋災害的觀測預報和防災減災工作進行周密部署。

2.1 海冰觀測的內(nèi)容

根據(jù)工作方案和應急預案，海冰觀測分為日常觀測和應急觀測2個部分；海冰的日常預報和應急預報主要由國家海洋環(huán)境預報中心、國家海洋局北海預報中心、國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心和遼寧、河北、天津、山東等地海洋預報機構制作發(fā)布。其中，日常觀測為開展海洋觀測站(點)的常規(guī)海冰觀測、航空和船舶海冰觀測、雷達海冰觀測以及衛(wèi)星遙感海冰觀測，每日向國家海洋環(huán)境預報中心、海區(qū)預報中心和受影響的省(市)海洋預報機構提供相關實時資料。應急觀測為啟動Ⅳ、Ⅲ級應急響應后，每周開展重點岸段現(xiàn)場巡視和觀測；啟動Ⅱ、Ⅰ級應急響應后，每日開展1次現(xiàn)場巡視，同時協(xié)調(diào)飛機每周開展2次航空遙感觀測。

我國從20世紀60年代起開展海冰觀測工作，于80年代建立岸基海冰觀測雷達，至目前已建立包括平臺雷達和岸基雷達、衛(wèi)星遙感、航空遙感、臺站觀測、船舶觀測、現(xiàn)場觀測、無人機觀測等多種手段互為補充、有機結合的海冰立體觀測系統(tǒng)，為冬季海冰觀測和預警報工作提供有力保障。觀測要素包括浮冰量、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、風向、風速、海面能見度、冰區(qū)位置、外緣線位置、厚度和運動狀態(tài)等。

2.2 海冰觀測數(shù)據(jù)的獲取

平臺雷達安裝在渤海的石油平臺上，可360°全方位觀測周圍海域海冰的分布、發(fā)展和運動情況，且不受天氣情況影響、監(jiān)測頻次高；岸基雷達可監(jiān)控近岸的海冰狀況；衛(wèi)星遙感主要通過NOAA、MODIS、HY-1(現(xiàn)停止運行)等衛(wèi)星的可見光/紅外圖像獲取大范圍的海冰數(shù)據(jù)；航空遙感通過裝載在飛機上的微波輻射計、雷達散射計和合成孔徑雷達(SAR)等儀器進行海冰觀測；臺站觀測是在臺站附近對海冰進行定點觀測；現(xiàn)場觀測是工作人員對冰情進行現(xiàn)場考察和測量，觀測內(nèi)容包括冰厚、密集度、冰量、海溫、鹽度、海況、海面能見度和天氣等；無人機觀測是借助無人機輔助現(xiàn)場工作人員開展海冰觀測，可減少工作量和降低冰上作業(yè)的危險。

2.3 海冰觀測產(chǎn)品

目前我國的海冰觀測產(chǎn)品主要包括預報產(chǎn)品、實況觀測影像和冰情公告。

(1)預報產(chǎn)品主要包括：①年預報產(chǎn)品。根據(jù)冬季氣象預報情況，于每年11月開展今冬到明春年冰情預報，預報內(nèi)容為初冰期、嚴重冰期和終冰期的時段以及浮冰范圍、一般冰厚和最大冰厚等。②月、旬、周預報產(chǎn)品。結合現(xiàn)場和衛(wèi)星遙感觀測，開展月、旬、周冰情預報，預報內(nèi)容為浮冰范圍、一般冰厚和最大冰厚。③業(yè)務化預報。利用業(yè)務化預報模式，開展7 d每6 h間隔的數(shù)值預報，預報內(nèi)容為不同厚度冰的覆蓋范圍和面積。④海冰警報。對突發(fā)災害性天氣引發(fā)的嚴重冰情，發(fā)布海冰警報。⑤高分辨率和精細化數(shù)值預報。對港口等重點局部海域進行高分辨率和精細化數(shù)值預報，預報內(nèi)容是不同厚度冰的分布范圍和移動速度。

(2)實況觀測影像主要包括：①衛(wèi)星圖像，即通過NOAA、MODIS、HY-1等衛(wèi)星獲得的海冰影像；②平臺雷達和岸基雷達影像。

(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)品通過官方網(wǎng)站、手機移動平臺和傳真等形式向政府機構、海上作業(yè)船舶和相關企事業(yè)單位發(fā)布。

3 國外海冰觀測預報和應用

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)國家都開展了海冰的觀測和信息應用工作，把海冰信息作為船舶管理和導航等系統(tǒng)中的必要信息層，在船舶運輸和管理、進港導航、海上救險和人員營救等工作中得到廣泛應用。本研究以俄羅斯和加拿大2個典型國家為例，簡要介紹國外海冰觀測預報和應用的情況以及國際海冰組織開展工作的情況。

3.1 俄羅斯海冰觀測預報和應用

俄羅斯的海冰信息服務由南北極研究所(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、遠東、波羅的海、黑海和里海區(qū)域水文氣象辦公室負責提供，各單位分別承擔不同海區(qū)的海冰信息服務工作，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海冰的發(fā)展情況、冰厚、海冰形式和漂移等進行目視和儀器觀測。航行于北方航線(NSR)的破冰船通常只每天報告1次影響導航的海冰參數(shù)。1994年前通常于11月至次年4月每10 d對北極地區(qū)進行1次航空觀測，從1995年起只根據(jù)特定需要在歐亞北極區(qū)進行航空觀測，主要收集與航行和海上安全有關的參數(shù)，如蛋形圖(egg-code)、冰山、開闊區(qū)、動力和海表特征參數(shù)等，雖然目前這已不是主要的數(shù)據(jù)來源，但海岸帶觀測和航空觀測的數(shù)據(jù)仍被用于海冰分析和預后產(chǎn)品的驗證工作。

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)務化的系列衛(wèi)星光學影像，其他地區(qū)(如南極地區(qū))的海冰衛(wèi)星資料主要通過網(wǎng)絡或購買方式獲得。

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網(wǎng)站發(fā)布北極地區(qū)的海冰情勢圖，每2周發(fā)布南半球詳細的海冰情勢圖，海冰情勢圖采用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圖和影像圖，并通過多種通信手段將其發(fā)送到航運船只、航運公司和當?shù)卣畽C構等，產(chǎn)品格式通常是帶地理坐標的GIF、JPEG圖像以及WMO SIGRID-3、S-57等。

3.2 加拿大海冰觀測預報和應用

加拿大的海冰觀測預報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)負責，主要業(yè)務包括海冰觀測、分析預報、海冰模型、遙感和海冰氣候學研究等，主要對加拿大及其周邊海域提供及時有效的海冰和冰山觀測預報信息。于每年6-11月提供北極地區(qū)的海冰信息，此時段是該地區(qū)船舶活動的主要時段；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和可見光遙感衛(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)星接收站實時接收，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海冰制圖標準制作，反映特定時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)測圖和冰山日預報圖；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預報產(chǎn)品，主要包括日預報、月預報和季預報產(chǎn)品等。

3.3 國際海冰組織開展工作的情況

JCOMM海冰專家組(ETSI)是開展海冰應用國際合作的專業(yè)技術組織，目前由12名專家組成，主要開展的工作包括國際海冰地理參考信息(SIGRID-3)標準修訂、海冰圖色標設計、海冰命名、海冰信息在電子海圖中的應用、海冰氣候學研究、海冰極地代碼編制和海冰技術培訓等；同時建立了海冰信息數(shù)據(jù)庫，各參與國均提供了本國工作區(qū)域的相關數(shù)據(jù)，也為自身利用國際數(shù)據(jù)創(chuàng)造了條件，該數(shù)據(jù)庫涉及的南北極地區(qū)的海冰信息對我國極地科學考察也有一定的參考和應用價值。

由于海冰與海事安全密切相關，JCOMM海冰專家組會議通常與海事安全服務專家組(ETMSS)會議聯(lián)合召開，并邀請國際海道測量組織(IHO)、世界氣象組織(WMO)、國際海事組織(IMO)和國際海事衛(wèi)星組織(IMSO)等組織的專家參會，共同討論與全球海難和安全系統(tǒng)(GMDSS)有關的技術問題，涉及海事衛(wèi)星通信、導航系統(tǒng)和信息保障等。

4 對我國海冰觀測預報工作的建議

我國在海冰觀測預報和防災減災等方面開展了大量有成效的工作，降低了海冰災害對海上生產(chǎn)和交通運輸?shù)鹊挠绊懀c其他國家開展的信息應用工作相比還有進一步改進和提高的空間。

4.1擴展海冰觀測預報區(qū)域，做好海冰信息發(fā)布

目前我國的海冰觀測預報工作主要局限于渤海和黃海北部等我國沿海地區(qū)，預報單位通過網(wǎng)站、電視和廣播等發(fā)布海冰觀測預報信息，面向對象主要是相關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。隨著我國經(jīng)濟對外開放和“一帶一路”建設的深入，東北亞海上絲綢之路經(jīng)濟帶成為“21世紀海上絲綢之路”的重要一環(huán)，對助推我國東北地區(qū)振興、促進東北亞地區(qū)間交流和繁榮東北亞區(qū)域經(jīng)濟發(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”將成為連接東亞與西歐的最短海上航線，將對東北亞地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展和海洋運輸線的暢通產(chǎn)生積極且深遠的影響[3]。因此，建議將我國的海冰觀測預報區(qū)域從內(nèi)海和近海向外海區(qū)域擴展，海冰觀測預報相關單位更多地了解海冰觀測預報信息的國家需求和用戶需求，做好戰(zhàn)略規(guī)劃和海區(qū)海冰基礎性研究，以更好地發(fā)揮國家海洋局的管理和服務職能。

4.2擴大海冰信息應用領域，研發(fā)內(nèi)容更加豐富的海冰信息產(chǎn)品

我國的海冰災害不是每年都發(fā)生，總體上災情并不嚴重，因此海冰信息產(chǎn)品在內(nèi)容和形式上較為簡單。我國的海冰信息產(chǎn)品主要包括2類：①觀測產(chǎn)品，目前主要利用岸基、船舶、雷達、航空和衛(wèi)星等手段，產(chǎn)品通常是海冰實況的觀測圖像以及反映海冰位置和外緣線位置的簡單解譯產(chǎn)品；②預報產(chǎn)品，主要包括年、月、旬、周冰情預報，海冰警報以及業(yè)務化預報和高分辨率精細化數(shù)值預報產(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海上作業(yè)應用系統(tǒng)的必要數(shù)據(jù)層，直接為海上生產(chǎn)和運輸?shù)忍峁┓铡ｋS著我國經(jīng)濟活動的區(qū)域越來越大，涉及海區(qū)也會越來越廣，也將面臨越來越高的海冰信息應用需求，并要與國際接軌，因此要做好國外海冰信息應用的調(diào)研和相關產(chǎn)品的研發(fā)工作。

4.3加強國際交流合作，借鑒和應用國際經(jīng)驗

目前我國在海冰觀測預報方面與國際合作不多，只在JCOMM海冰專家組第二次會議上提交了海冰工作情況報告但并沒有派代表參會，此后一直未派代表參加該會議，而其他國家的參會代表大部分是長期參與JCOMM海冰專家組工作的專家，相比之下我國對該領域的國際情況了解不多，不利于專業(yè)人才的培養(yǎng)。此外，我國在對外提交數(shù)據(jù)共享方面的審批程序復雜，最終往往也難以提供，影響我國在信息對外合作領域的話語權；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。建議建立操作性強的數(shù)據(jù)管理規(guī)定和對外提供數(shù)據(jù)審批機制，為我國實質(zhì)性參與國際信息領域的合作和獲取該領域的國際數(shù)據(jù)創(chuàng)造更好的條件，同時也為未來發(fā)展做好資料和技術等方面的準備。

[1] 國巧真，陳云浩，李京，等.遙感技術在我國海冰研究方面的進展[J].海洋預報，2006，23(4)：95-103.

[2] 劉國斌.東北亞海上絲綢之路經(jīng)濟帶建設研究[J].學習與探索，2015(6)：101-104.

[3] 肖洋.北冰洋航線開發(fā)：中國的機遇與挑戰(zhàn)[J].現(xiàn)代國際關系，2011(6)：52-57.

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，研究方向為海洋遙感、海洋制圖和信息系統(tǒng)應用

P7

：A

：1005-9857(2017)08-0003-04