[发明专利]一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于物理海洋学技术领域，具体涉及一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法。

背景技术

海冰是指由海水直接冻结而成的咸水冰，由固体冰、卤水及含有盐分的气泡等组成的混合物。海冰的漂移及扩散运动可对海上石油平台、船舶运输等造成严重威胁；同时，海冰在海洋水文，大气环流及气候等研究领域中也是重要影响因素之一，尤其薄海冰在海洋表面热量流、水汽流及盐度流的研究中起到关键作用。

海冰监测的手段主要有观测站、海上监测平台及遥感等方式。海上监测平台属于现场直接测量，具有较高的精度；但会受到气候、人为等因素的限制，具有监测范围小、成本高等特点。目前，遥感法可获得大面积海冰的覆盖情况，并可识别出不同类型的海冰，但在反演海冰厚度方面仍有一定的不足。而海冰生消过程的模拟为改进海冰厚度反演算法的精度提供依据和参考。

海冰与上方的大气、雪层及下方的海水进行各种形式的物质及能量交换。研究表明，与动力学因素相比，热力学因素在海冰生消过程中具有决定性的作用，如太阳辐射、大气长波辐射及海冰自身的各种热通量，这些热辐射与物质的热传导率、密度及温度等物理化学性质密切相关，尤其是海冰内部温度。在无雪层覆盖时，可通过热力学方程来求解大气与冰面交界处的温度来决定海冰上方边界层是否融化。而在有雪层覆盖的情况下，通常采用热扩散方程来求解海冰内部温度随位置和时间的变化率来模拟海冰生消过程，为了获得较高的精度，通常对雪及海冰进行分层计算，该方法效率较低，且需考虑算法的稳定性。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法，以使其满足使用要求。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法，包含以下步骤：

（1）设置t时刻薄雪覆盖下海冰参数及所述海冰的环境参数；

（2）根据海冰及环境参数，计算海冰的盐度、热传导率及融解潜热等参数；

（3）根据海冰及环境参数，计算太阳短波辐射、穿透海冰且未贡献热量的短波辐射通量、大气长波辐射、海冰的感热通量、海冰的潜热通量及海冰的热传导通量；

（4）根据热力学方程，计算雪层与冰面交界处的温度T₀，并判断海冰上边界层是否融化，若融化，计算海冰上边界层冰厚的变化率λ_up；

（5）根据冰内热传导方程，计算海冰下边界层厚度的变化率λ_bot，并计算t+Δt时刻海冰的厚度。

其中，步骤（1）设置t时刻薄雪覆盖下海冰及其环境参数，具体为：

在t时刻，海冰参数有{h_si,ρ_si,T_si,T_f}，其中，h_si为海冰的厚度，ρ_si为海冰的密度，T_si为海冰的温度，T_f为冰面的冰点温度；海冰下层海水的参数{ρ_w,C_w,T_w}，其中，ρ_w为海水的密度，C_w为海水的比热，T_w为海水的温度；雪层的参数有{h_s,ρ_s,T_s,α}，其中，h_s为雪层的厚度，ρ_s为雪层的密度，T_s为雪层的温度，α为雪层的反照率；雪层上方空气及其大气辐射的参数有{T_a,u_a,q_a,P₀,C,ε_LW,e₀,θ_z}，其中，T_a为空气的温度，u_a为冰面上方的风速，q_a为空气的比湿，C为云量系数，ε_LW为长波的发射率，e₀为大气中水蒸气压，P₀为标准大气压，θ_z为太阳天顶角。

其中，步骤（2）根据海冰及其环境参数，计算海冰的盐度、热传导率及融解潜热等参数；具体为：