专利名称：一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法
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(I)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Ttl，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Aup;(5)根据冰内热传导方程，计算海冰下边界层厚度的变化率，并计算t+At时刻海冰的厚度&。其中，步骤(I)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{hsi，P si, Tsi, Tf}，其中，hsi为海冰的厚度，P si为海冰的密度，Tsi为海冰的温度，Tf为冰面的冰点温度；海冰下层海水的参数{pw，Cw，Tw}，其中，PwS海水的密度，Cw为海水的比热，Tw为海水的温度；雪层的参数有{hs，P s，Ts，α }，其中，hs为雪层的厚度，PsS雪层的密度，Ts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{Ta，ua，qa，Ptl, C，ε Lff, e0, Θ J，其中，Ta为空气的温度，Ua为冰面上方的风速，Qa为空气的比湿，C为云量系数，ε Lff为长波的发射率，e0为大气中水蒸气压，P0为标准大气压，92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 根据环境参数，计算海冰的盐度
权利要求
1.一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法，其特征在于，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； (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Ttl,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Xup; (5)根据冰内热传导方程，计算海冰下边界层厚度的变化率Xbrt，并计算t+At时刻海冰的厚度毛。
2.根据权利要求I所述的薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟，其特征在于，步骤(I)中，海冰参数及海冰的环境参数具体为海冰参数有{hsi, P si, Tsi, Tf},其中，hsi为海冰的厚度，P si为海冰的密度，Tsi为海冰的温度，Tf为冰面的冰点温度；海冰下层海水的参数{PW，CW，TW}，其中，PwS海水的密度，Cw为海水的比热，Tw为海水的温度；雪层的参数有{hs，P s, Ts, α}，其中，匕为雪层的厚度，PsS雪层的密度，Ts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{Ta，ua，qa，Ptl, C，ε Lff, e0, Θ J，其中，Ta为空气的温度，Ua为冰面上方的风速，Qa为空气的比湿，C为云量系数，ε Lff为长波的发射率，e0为大气中水蒸气压，P(!为标准大气压，吣为太阳天顶角。
3.根据权利要求I所述的薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟，其特征在于，步骤(2)中，具体过程为
4.根据权利要求I所述的薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟，其特征在于，步骤(3)中，具体过程为根据海冰及其环境参数，计算下列热辐射和海冰的热力学通量①太阳短波辐射
5.根据权利要求I所述的薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟，其特征在于，步骤(4)中，具体过程为雪层与冰面交界处的热力学方程为(I-a )FSW-IQ+FM(Ttl)+Fsen(Ttl)+Flat (Ttl)+Fc(T0)=O (a)，其中，Ttl为未知量，采用二分法求解，若Ttl < Tf，则雪层与冰面交界处的温度仍为Ttl，且海冰的上边界层未融化，S卩，海冰上边界层冰厚的变化率Xup=O ;否则Ttl=Tf，且海冰的上边界层融化，令式(a)中的Q=Tf,求得海冰融解热通量
6.根据权利要求I所述的薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟，其特征在于，步骤(5)中，具体过程为根据冰内热传导方程，计算海冰下边界层厚度的变化率
全文摘要
本发明公开了一种薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟方法，所采用的方法是设置薄雪覆盖下海冰及其环境参数，计算海冰的盐度、热传导率及融解潜热等参数；根据环境参数，计算太阳短波辐射、大气长波辐射及海冰的各种热通量；根据热力学方程，计算雪层与冰面交界处的温度，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；根据冰内热传导方程，计算海冰下边界层厚度的变化率；最后，依据海冰上、下边界层厚度的变化率来计算海冰厚度。本发明具有运算效率较高的特点，可用于薄雪覆盖下海冰生消过程的模拟。
文档编号G06F17/50GK102902843SQ201210320029
公开日2013年1月30日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者杨永红, 张贞凯, 凌霖, 奚彩萍 申请人:江苏科技大学