冰邊緣區海冰與波浪相互作用進程研究

《冰邊緣區海冰與波浪相互作用進程研究》是依託天津大學，由田育豐擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：冰邊緣區海冰與波浪相互作用進程研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：田育豐
• 依託單位：天津大學

項目摘要

隨全球氣候變暖，北極冰蓋逐漸消融，冰邊緣區覆蓋面積增大。伴隨著工程技術的進步，人類加快了開發北極地區豐富油氣資源和開闢北極新航路的步伐，這些開發行為多集中在冰邊緣區，使得這一區域成為人們關注的焦點。為保證海上平台結構和船舶的安全，人們需要對冰邊緣區的海洋環境條件進行及時、準確的預測。然而由於該區域物理系統的複雜性，已有的數學模型尚不能滿足這樣的要求。冰邊緣區中海冰與波浪的相互作用是該區域主要的物理過程，本項目即以冰與波浪的相互作用進程為研究對象，通過室內模型試驗方法開展基礎性測試工作。具體內容包括：開展冰排斷裂模型試驗，揭示冰排在波浪作用下的斷裂機理；進行波浪衰減、反射模型試驗，明確波浪在冰排作用下的衰減和反射過程；綜合模型試驗結果，構建冰與波浪相互作用的數學模型。本項目旨在揭示冰邊緣區海冰與波浪的相互作用進程，從而判斷波浪作用下這一海域的冰情特徵，進而提高海冰/海洋環境模型的預測精度。

結題摘要

隨全球氣候變暖，北極冰蓋逐漸消融，冰邊緣區覆蓋面積增大。伴隨著工程技術的進步，人類加快了開發北極地區豐富油氣資源和開闢北極新航路的步伐，這些開發行為多集中在冰邊緣區，使得這一區域成為人們關注的焦點。為保證海上平台結構和船舶的安全，人們需要對冰邊緣區的海洋環境條件進行及時、準確的預測。然而由於該區域物理系統的複雜性，已有的數學模型尚不能滿足這樣的要求。冰邊緣區中海冰與波浪的相互作用是該區域主要的物理過程，本項目即以冰與波浪的相互作用進程為研究對象，通過室內模型試驗方法開展基礎性測試工作。課題組首先結合多年冰模型試驗積累的模型冰生成與製備試驗技術，對現有模型冰製備過程和控制技術進行最佳化，進而成功開發出模擬冰邊緣區海冰與波浪相互作用進程的室內模型試驗技術。課題組通過對冰邊緣區冰與波浪的相互作用進程進行理論分析和數值模擬，以極地周圍冰邊緣區某海域為目標區域，根據分析結果制定了相應的物理模型試驗方案。課題組在天津大學冰力學與冰工程實驗室的低溫拖曳冰水池中進行了一系列模型試驗，分別開展了冰排斷裂模型試驗和波浪衰減、反射模型試驗。在冰排斷裂模型試驗中，以冰排斷裂長度和臨界波高為特徵參量，解析了冰排在波浪作用下的斷裂機理，並研究了冰條件和波浪條件對冰排斷裂進程的影響和控制規律。在波浪衰減、反射模型試驗中，以波浪衰減率、反射係數和透射係數為特徵參量，解析了波浪在與冰排相互作用過程中的衰減和反射過程，並研究了冰條件和波浪條件對波浪衰減、反射過程的影響和控制規律。基於物理模型試驗工作對冰與波浪相互作用機理的揭示，最終構建了模擬冰邊緣區海冰與波浪相互作用的數值模型。本項目所獲得的研究成果有助於大區域海洋環境預測系統提高對冰邊緣區及周圍區域的預測精度，並為冰邊緣區物理系統模型的最終建立提供基礎性測試數據。結合課題培養研究生6名，發表論文9篇，其中SCI收錄3篇，EI收錄4篇。