海冰发表评论(0)编辑词条

    海冰（sea ice）指直接由海水冻结而成的咸水冰，亦包括进入海洋中的大陆冰川（冰山和冰岛）、河冰及湖冰。咸水冰是固体冰和卤水（包括一些盐类结晶体）等组成的混合物，其盐度比海水低2～10‰，物理性质（如密度、比热、溶解热，蒸发潜热、热传导性及膨胀性）不同于淡水冰。海冰的抗压强度主要取决于海冰的盐度、温度和冰龄。通常新冰比老冰的抗压强度大，低盐度的海冰比高盐度的海冰抗压强度大，所以海冰不如淡水冰密度坚硬，在一般情况下海冰坚固程度约为淡水冰的75％，人在5厘米厚的河冰上面可以安全行走，而在海冰上面安全行走则要有7厘米厚的冰。当然，冰的温度愈低，抗压强度也愈大。1969年渤海特大冰封时期，为解救船只，空军曾在60厘米厚的堆积冰层上投放30公斤炸药包，结果还没有炸破冰层。
　　海洋中冻结而成的咸水冰 。广义的海冰还包括在海洋中的河冰、冰山等。最初形成的海冰是针状的或薄片状的，随后聚集和凝结，并在风力、海流、海浪和潮汐的作用下，互相堆叠而成重叠冰和堆积冰。一般情况下都浮于海面，形状规则的海冰露出水面的高度为总厚度的1／7～1／10，尖顶冰露出的高度达总厚度的 1／4～1／3。反射率为0.50～0.70，抗压强度约为淡水冰的3／4。海冰可分为两类：①固定冰。多分布在大陆沿岸或岛屿附近，与海岸、岛屿，甚至与海底冻结在一起。②浮冰或冰山。随风、浪、流而漂移。
　　也指出现在海上的冰。包括来自大陆的淡水冰(冰川和河冰)和由海水直接冻结而成的咸水冰。一般多指后者。海冰与海岸或海底冻结在一起的称为“固定冰”；能随风、海流漂移的称为“浮冰”。海冰在冻结和融化过程中，会引起海况的变化；流冰会影响船舰航行和危害海上建筑物。
    海冰的物理性质
　　一、海冰的盐度 海冰的盐度是指其融化后海水的盐度，一般为 3～7‰左右。
　　海水结冰时，是其中的水冻结，而将其中的盐分排挤出来，部分来不及流走的盐分以卤汁的形式被包围在冰晶之间的空隙里形成“盐泡”。此外， 海水结冰时，还将来不及逸出的气体包围在冰晶之间，形成“气泡”。因此， 海冰实际上是淡水冰晶、卤汁和气泡的混合物。
　　海冰盐度的高低取决于冻结前海水的盐度、冻结的速度和冰龄等因素。 冻结前海水的盐度越高，海冰的盐度可能也高。在南极大陆附近海域测得的 海冰盐度高达 22～23。结冰时气温越低，结冰速度越快，来不及流出而被包 围进冰晶中的卤汁就越多，海冰的盐度自然要大。在冰层中，由于下层结冰 的速度比上层要慢，故盐度随深度的加大而降低。当海冰经过夏季时，冰面 融化也会使冰中卤汁流出，导致盐度降低，在极地的多年老冰中，盐度几乎为零。
　　二、海冰的密度
　　纯水冰 0℃时的密度一般为 917kg.m-3，海冰中因为含有气泡，密度一般低于此值，新冰的密度大致为 914～915kg.m-3。冰龄越长，由于冰中卤汁渗 出，密度则越小。夏末时的海冰密度可降至 860kg.m-3 左右。由于海冰密度 比海水小，所以它总是浮在海面上。
　　三、海冰的热性质和其它物理性质
　　海冰的比热容比纯水冰大，且随盐度的增高而增大。纯水冰的比热容受温度的影响不大，而海冰则随温度的降低有所降低。在低温时，由于其含卤汁少，因此随温度和盐度的变化都不大，接近于纯水冰的比热。但在高温时，特别在冰点附近(-2℃)，由于海冰中的卤水随温度的升降有相变，即降温时 卤水中的纯水结冰析出，升温时冰融化进入卤水之中，从而使其比热容分别 有所减小和增大。其减小和增大值因其盐度而有极大差异，低盐时其比热容小，而高盐时其比热容将比纯水冰大数倍，甚至十几倍。
　　海冰的融解潜热也比纯水冰的大。 海冰的热传导系数比纯水冰小，因为海冰中含有气泡，而空气的热传导系数是很小的。海冰的热传导系数略大于海水的分子热传导系数，因而海冰 限制了海洋向大气的热量输送，而且也使海洋的蒸发失热大为减少，从而形 成了海洋的保护层。
　　由于海冰上部的空隙比下层的空隙多，所以其热导系数也随深度，即由 冰面向下的厚度而增大，超过 1m 的海冰其热传导系数就与纯水冰相差不大， 在表面附近约为纯水冰的 1/3 左右。
　　海冰的热膨胀系数随海冰的温度和盐度而变化。对低盐海冰，随着温度的降低，它开始是膨胀，继之变为收缩。由膨胀变为收缩的临界温度值随海 冰盐度的增加而降低。对于高盐海冰，随温度降低始终是膨胀的，但膨胀系 数越来越小。
　　海冰的抗压强度约为纯水冰的 3/4，这显然是因其存在许多空隙造成的。
　　海冰对太阳辐射的反射率远比海水的大，海水的反射率平均只有 0.07， 而海冰可高达 0.5～0.7。由于海冰的覆盖面积比陆冰还大，故其反射的能量 无论对海洋自身或者气候状况的影响都是不可忽视的。
    海冰与海况
　　一、对海洋水文要素铅直分布的影响 由于结冰过程中存在的海水铅直对流混合常达到相当大的深度，在浅水区可直达海底，从而导致所有海洋水文要素的铅直分布较为均匀。这一过程又能把表层高溶解氧的海水向下输送，同时把底层富含浮游植物所需要的营 养盐类的肥沃海水输送到表层，有利于生物的大量繁殖。因此，有结冰的海域，特别是极地海区往往具有丰富的渔业资源。例如南极的鳞虾和鲸渔场闻名世界，与此即有直接关系。
　　融冰时，表层会形成暖而淡的水层覆盖在高盐的冷水之上，出现密度跃层，这又会影响各种水文要素的铅直分布和上下水交换。
　　二、对海洋动力现象的影响海冰的存在对潮汐、潮流的影响极大，它将阻尼潮位的降落和潮流的运动，减小潮差和流速；同样，海冰也将使波高减小，阻碍海浪的传播等。
　　三、对海水热状况的影响
　　当海面有海冰存在时，海水通过蒸发和湍流等途径与大气所进行的热交换大为减少，同时由于海冰的热传导性极差，对海洋起着“皮袄”的作用。海冰对太阳辐射能的反射率大，以及其融解潜热高等，都能制约海水温度的 变化，所以在极地海域水温年变幅只有 1℃左右。
　　四、极地海区形成大洋底层水 特别在南极大陆架上海水的大量冻结，使冰下海水具有增盐、低温从而高密的特性，它沿陆架向下滑沉可至底层，形成所谓南极底层水，并向三大 洋散布，从而对海洋水文状况具有十分重要的影响。
　　总之，海冰不仅对海洋水文状况自身，对大气环流和气候变化会产生巨大的影响，而且会直接影响人类的社会实践活动。例如，它能直接封锁港口和航道，阻断海上运输，毁坏海洋工程设施和船只；俄罗斯北方航线的某些 区段，每年通航期仅有 2～4 个月。冰山更是航海的大敌，45000 吨的“泰坦 尼克”号大型豪华游船，就是在1912 年 4 月 14 日凌晨在北大西洋被冰山撞沉的，使1500 余人遇难。中国的海冰也能造成灾害，1969 年 2～3 月间，渤海曾发生严重冰封，除了海峡附近外，渤海几乎全被冰覆盖，港口封冻，航道阻塞，海上石油钻井平台被冰推倒，海上航船被冰破坏，万吨级的货轮被 冰挟持，随冰漂流达 4 天之久，海上活动几乎全部停止。在1936 年和1947 年也曾发生过相当严重的冰情。
　　20 世纪 40 年代以来，高纬沿海国家相继开展了海冰观测和研究工作，发布冰山险情和海冰预报。目前，利用岸站、船舶、飞机、浮冰漂流站、雷 达及卫星等多种途径对海冰和冰山进行观测，并利用数理统计、天气学和动 力学数值方法发布海冰的长、中、短期预报。中国目前也已加强了这方面的工作。
[编辑本段]海冰的分类
　　1海冰其按形成和发展阶段分为：初生冰、尼罗冰、饼冰、初期冰、一年冰和多年冰。
　　初生冰最初形成的海冰，都是针 状或薄片状的细小冰晶；大量冰晶凝结，聚集形成粘糊状或海绵状冰，在温度接近冰点的海面上降雪，可不融化而直接形成粘糊状冰。在波动的海面上，结冰过程比较缓慢，但形成的冰比较坚韧，冻结成所谓莲叶冰。
　　尼罗冰初生冰继续增长，冻结成厚度10cm 左右有弹性的薄冰层，在外力的作用下，易弯曲，易被折碎成长方形冰块。 饼状冰破碎的薄冰片，在外力的作用下互相碰撞、挤压，边缘上升形。成直径为 30cm 至 3m，厚度在 10cm 左右的圆形冰盘。在平静的海面上，也可由初生冰直接形成。
　　初期冰由尼罗冰或冰饼直接冻结一起而形成厚约 10～30cm 的冰层。多呈灰白色。
　　一年冰由初期冰发展而成的厚冰，厚度为 30cm 至 3m。时间不超过一个冬季。
　　老年冰至少经过一个夏季而未融化的冰。其特征是，表面比一年冰平滑。
　　2.按运动状态分为固定冰和浮（流）冰。
　　固定冰是与海岸、岛屿或海底冻结在一起的冰。当潮位变化时，能随之发生升降运动。多分布于沿岸或岛屿附近，其宽度可从 海岸向外延伸数米甚至数百千米。海面以上高于 2m 的固定冰称为冰架；而附 在海岸上狭窄的固定冰带，不能随潮汐升降，是固定冰流走的残留部分，称为冰脚。搁浅冰也是固定冰的一种。
　　流（浮）冰，自由浮在海面上，能随风、流漂移的冰称为流冰。它可由大小不一、厚度各异的冰块形成，但由大陆冰川或冰架断裂后滑入海洋且高出 海面 5m 以上的巨大冰体——冰山，不在其列。
　　流冰面积小于海面 1/10～1/8 者，可以自由航行的海区称为开阔水面； 当没有流冰，即使出现冰山也称为无冰区；密度 4/10～6/10 者称为稀疏流 冰，流冰一般不连接；密度 7/10 以上称为密集(接)流冰。在某些条件下，例 如流冰搁浅相互挤压可形成冰脊或冰丘，有时高达 20 余米。
    海冰的分布
　　海水具有显著的季节和年际变化。北半球冰界以3～4月最大（面积约1100万公里2），8～9月最小（约700～800万公里2），流冰群主要绕洋盆边缘流动，多为3～4米厚的多年冰。南半球冰区以9月最大（面积1880万公里2），3月最小（面积约260万公里2），多为2～3米厚的“一冬冰”。　
　　海冰对海洋水文要素的垂直分布、海水运动、海洋热状况及大洋底层水的形成有重要影响；对航运、建港也构成一定威胁。中国渤海和黄海北部，每年冬季皆有不同程度的结冰现象，且冰缘线与岸线平行；常年冰期约3～4个月，盛冰期固定冰宽0.2～2公里；冰厚：北部多为20～40厘米，南部10～30厘米，对航行及海洋资源开发影响不大。
　　海冰是极地和高纬度海域所特有的海洋灾害。在北半球，海冰所在的范围具有显著的季节变化，以3～4月份最大，此后便开始缩小，到8～9月份最小。
　　北冰洋几乎终年被冰覆盖，冬季（2月）约覆盖洋面的84%。夏季（9月）覆盖率也有54%。因北冰洋四周被大陆包围着，流冰受到陆地的阻挡，容易叠加拥挤在一起，形成冰丘和冰脊。在北极海域里，冰丘约占40%。
　　北冰洋的白令海、鄂霍次克海和日本海，冬季都有海冰生成；大西洋与北冰洋畅通，海冰更盛。在格陵兰南部，以及戴维斯海峡和纽芬兰的东南部都有海冰的踪迹，其中格陵兰和纽芬兰附近是北半球冰山最活跃的海区。
　　南极洲是世界上最大的天然冰库，全球冰雪总量的90%以上储藏在这里。南大洋上的海冰，不同于格陵兰冰原上的冰，也不同于南极大陆的冰盖，只有环绕南极的边缘海区和威得尔海，才存在着南大洋多年性海冰。在冬半年（4～11月），一二米厚的大块浮冰不规则地向北扩展，把南纬40°以南的南大洋覆盖了1/3。南极洲附近的冰山，是南极大陆周围的冰川断裂入海而成的。出现在南半球水域里的冰山，要比北半球出现的冰山大得多，长宽往往有几百公里，高几百米，犹如一座冰岛。
    海冰的形成
　　海水结冰需要三个条件：①气温比水温低，水中的热量大量散失；②相对于水开始结冰时的温度(冰点)，已有少量的过冷却现象；③水中有悬浮微粒、雪花等杂质凝结核。淡水在4℃左右密度最大，水温降到0℃以下即可结冰。海水中含有较多的盐分，由于盐度比较高，结冰时所需的温度比淡水低，密度最大时的水温也低于4℃。随着盐度的增加，海水的冰点和密度最大时的温度也逐渐降低。
　　海冰初生时，呈针状或薄片状冰晶；继而形成糊状或海绵状；进一步冻结后，成为漂浮于海面的冰皮或冰饼，也叫莲叶冰；海面布满这种冰后，便向厚度方向延伸，形成覆盖海面的灰冰和白冰。
　　海冰是淡水冰晶、“卤水”和含有盐分的气泡混合体。按发展阶段，可分为初生冰、尼罗冰、饼冰、初期冰、一年冰和老年冰6大类；按运动状态可分为固定冰和流冰两大类。固定冰与海岸、海底或岛屿冻结在一起，能随海面升降，从海面向外可延伸数米或数百千米。流冰漂浮在海面，随着海面风向和海流向各处移动。
　　长江(大约北纬30度)以北的湖泊，冬天都有冰冻现象。但是，在北纬60度以南的大洋面上，几乎难于见到就地生成的海冰。海水结冰要比陆地上淡水结冰困难的多。首先，海水含盐度很高，降低了海水的冰点。淡水结冰是在0度，含10‰盐度的水冰点为-0.5℃，而含35‰盐度的水冰点是-1.9℃。地球上各大洋海水平均盐度为34.48‰，因此，海水的冰点在-1.9℃左右。海水平均盐度是34.48‰，远远超过24.7‰，所以海水达到冰点时，尚未达到海水的最大密度因而海水的对流混合作用并不停止，大大妨碍了海水的结冰。此外，海洋受洋流、波浪、风暴和潮汐影响很大，这些因素一方面加强了海水混合作用，一方面也使冰晶难以形成。
    海冰的淡化
　　冰是单矿岩，不能和盐物共处。水在结晶过程中，会自动排除杂质，以保持其纯活。因此，海水冻结时产生的冰晶，是淡水冰。但是，结冰过程往往较快，会使一些盐分以“盐泡”的方式保存在冰晶之间，冰晶外璧也会粘附上一些盐分，所以海冰实际上不是淡水冰，还是有咸味的。海冰比海水的盐度显然小得多，大致在0.5‰到l5‰之间，一般为3-7‰左右。
　　冰晶间的盐泡不是静止不动的，它的浓度高而比重大，因重力而沿冰晶间隙下坠。因海冰顶部要比底部淡。另外，冰中如果存在温度梯度，会使盐泡向高温方向移动。有人作了一次实验，把含盐泡的海冰由上部加热，泡竟违反重力规则而向上迁移。这是由于海水结冰时，水温低于气温，因而盐泡向底部迁移。
　　留在冰块里的盐泡，在气温升高到融点时，往往互相沟通，使盐汁漏出于冰块之外。隔年海在夏季就因这个缘故排出盐分。经过若干年后，多年海冰顶部几乎变成淡水冰。我国西北某些地区干旱而且水质苦咸，那里的人们就创造了结冰法淡化苦咸水，他们在冬天把冰块搬进水窑和农田里，待春暖后再饮用和灌溉。据试验，原先含盐量8-25克/升的苦水经淡化后，含盐量降低到3-7克/升，除盐率达到了60-80%。
    海冰造成的灾害
　　漂浮在海洋上的巨大冰块和冰山，受风力和洋流作用而产生的运动，其推力与冰块的大小和流速有关。据1971年冬位于我国渤海湾的新“海二井”平台上观测结果计算出，一块6公里见方，高度为1．5米的大冰块，在流速不太大的情况下，其推力可达4000吨，足以推倒石油平台等海上工程建筑物。
　　海冰对港口和海上船舶的破坏力，除上述推压力外，还有海冰胀压力造成的破坏。经计算，海冰温度降低1．5度时，1000米长的海冰就能膨胀出0．45米，这种胀压力可以使冰中的船只变形而受损；此外，还有冰的竖向力，当冻结在海上建筑物的海冰，受潮汐升降引起的竖向力，往往会造成建筑物基础的破坏。1912年4月发生的“泰坦尼克”号客轮撞击冰山，遭到灭顶之灾，是20世纪海冰造成的最大灾难之一。我国1969年渤海特大冰封期间，流冰摧毁了由15根2．2厘米厚锰钢板制作的直径0．85米、长41米、打入海底28米深的空心圆筒桩柱全钢结构的“海二井”石油平台，另一个重500吨的“海一井”平台支座拉筋全部被海冰割断，可见海冰的破坏力对船舶、海洋工程建筑物带来的灾害是多么严重。
　　南北极多年不化的海冰，叫作封海冰。封海冰与海岸相连，面积巨大。北极的封海冰，即使在夏季面积收缩时还有800多万平方公里，相当于大洋洲的面积。南极大陆周围也终年被封海冰封锁。
　　封海冰破碎后随洋流漂泊四方，南北极不少附冰科学站就以次为根据地研究探索极地的奥秘。航海史上，出现过某些海船被封海冰挟持漂流无法返回大陆的悲惨纪录。1912年由俄国彼得堡开出的海船“圣·安娜”号，在北冰洋上为封海冰所阻，随冰漂流将近两年，直到船只完全被冰毁坏。这场灾难只有两人获救。
    常用的清除海冰方法
　　倾洒煤灰，利用吸收日光热量融化海冰；
　　使用炸药，炸出一条航路；
　　使用燃料，加热融化海冰。
    检测方法
　　目测法：是海冰监测传统的基本观测方法。这种方法是根据海冰观测规范规定，依靠观测员的眼睛和经验进行观测，如冰量、流冰密集度，流冰冰状、固定冰状等。目测法所观测的内容，目前还不能用其他观测方法完全代替，并且目测结果还是遥测法观测结果的分析依据，所以目测法继续沿用。
　　器测法：是同日测法相结合的方法。这种方法是借助工具和仪器，依靠观测员的操作和读数据，如冰厚、冰温、冰密度，堆集高度等。这些数据是遥测法观测结果进行量值定标处理的依据，所以器测法是海冰监测的重要方法。
　　遥测法：是应用现代科学技术建立的先进方法。这种方法可以完全依赖仪器本身进行观测，如利用卫星能及时、同步、大范围观测海冰。彩色海冰卫星图片则能直观地一目了然地展示海冰的分布情况。但是对冰厚、冰温等要素的观测，目前远不如器测法准确。
　　实施海冰的监测主要通过设立沿岸固定观测站，临时观测站和雷达站及冰情巡视小分队进行观测；海上建立观测平台，使用破冰船和潜水艇进行观测；空中飞机和天上的卫星构成立体监测系统。所用仪器繁多，简单的有冰尺、冰钻、棒状温度表、遥测温度仪等；高技术的有声纳、雷达、辐射计、激光剖面仪、立体摄影仪等。在同类仪器中又有好多种，如雷达中有莹光屏雷达、合成孔径图象雷达等；辐射计中有可见光与红外辐射计、扫描式多通道微波辐射计等。我国研制成的红外辐射计和微波辐射计已应用于海冰监测工作