极地海冰物理和力学性质的工程应用——以南极冰上卸货为例

我国自20世纪80年代开始极地海冰研究，在海冰的自然科学研究方面取得了丰富成果，但相关工程应用研究发展相对缓慢。随着极地航运价值的日益显现，我国愈发重视极地海冰工程性质的研究。海冰物理和力学性质是关键的海冰工程参数，决定了冰工程的合理设计和安全运维。该文利用2019年中国第36次南极考察在普里兹湾固定冰区提取的完整冰坯，在低温实验室开展了不同温度下的海冰三点弯曲试验，获得了海冰弯曲强度和有效弹性模量。文中将海冰弯曲强度、有效弹性模量与海冰孔隙率建立关系，利用弯曲强度下包络线和有效弹性模量上包络线评估了南极普里兹湾固定冰的承载力，为南极冰面卸货提供了安全保障。该研究利用海冰物理参数获取海冰力学参数，进而设计冰层承载力，为海冰工程应用提供了有益思路。     

基于反向方法的船体冰载荷研究

船舶碰撞海冰引起的冰载荷分布是十分复杂的。文章选取Thikhonov正则化这一反向方法,根据极地科考补给船S.A Agulhas II号于2013-2014年间南极航行时实测的数据,分析得到了船体艉肩部的冰载荷。通过应用三种独立的冰载荷离散方式来模拟海冰的自然特性,在有限元中得到模型的影响矩阵,并应用Matlab对Thikhonov正则化方程进行了优化。研究结果表明,反向方法可以克服数据处理过程中的不适定性,并计算得到船体冰载荷。     

基于反向方法的船体冰载荷研究（英文）

船舶碰撞海冰引起的冰载荷分布是十分复杂的。文章选取Thikhonov正则化这一反向方法,根据极地科考补给船S.A Agulhas II号于2013-2014年间南极航行时实测的数据,分析得到了船体艉肩部的冰载荷。通过应用三种独立的冰载荷离散方式来模拟海冰的自然特性,在有限元中得到模型的影响矩阵,并应用Matlab对Thikhonov正则化方程进行了优化。研究结果表明,反向方法可以克服数据处理过程中的不适定性,并计算得到船体冰载荷。     

基于长短期记忆神经网络的海冰范围预测

本文通过使用长短期记忆神经网络(LSTM)来解决全球海冰覆盖预测问题,本文的算例是对全球的海冰范围的预测。为全球海冰的预测提供了一种新的预测而方法,为以后的研究提供基础。     

船舶极地航行及操纵方法探讨

0引言 高寒、多暴风雪,一年只分冬、夏两季,有极昼、极夜现象．是南北极地区的共同特点。当水面没有全部被冰覆盖时,极区经常有雾。与普通航区比较,极地航区存在着很大的危险和不确定性。随着纬度的增加．气温越来越低,浮冰区面积越来越大,冰山越来越多,并且时常伴随大风^[1]。北冰洋虽然没有冰山,但北极海冰比南极海冰要硬,而且会遇到很多较大的冰脊,     

通力破坚冰 携手保安全——专访交通运输部海事局副局长、中国海上搜救中心总值班室主任翟久刚

2011年1月,我国部分地区出现了冰冻灾害,给陆上、水上交通运输带来了一定的影响。尽管今年的环黄、渤海的冰情接近常年,但发展形势仍然不容乐观,防抗海冰工作依然比较严峻。2011年2月,预计影响我国的冷空气活动频繁,环黄、渤海可能会迎来新的一轮挑战,为了有效防抗海冰灾害,减少海冰对海上交通运     

渤黄海冰情分析与对策思考

2009年冬季,我国渤海和黄海北部出现近30年同期最为严重的海冰灾害。海冰袭来,沿海大小港口均遭海冰袭击,部分港口被迫封港,海冰对港口设施、海上交通运输和生产作业造成了严重影响。文中分析了渤黄海海冰的特点和影响,并结合我国港口和海上交通运输特点,提出了应对措施和建议。     

基于SPH方法的连续式破冰数值模拟

根据海冰的力学性质,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立海冰本构模型,模拟冰锥实验并与实验结果对比,对冰材料模型准确性进行验证.利用显式动力分析软件LS-DYNA模拟破冰船连续式破冰,得到了海冰的损伤变形和破冰阻力,同时研究了船舶航速和海冰厚度等参数对冰载荷的影响.分析研究表明:应用SPH方法建立的海冰模型能够真实的反映海冰的力学性能,对连续式破冰过程实现较为准确的模拟,为船冰碰撞的数值模拟提供了新思路.     

基于离散元方法的海冰数值模拟

介绍了海冰离散元模型的建立过程，通过模拟海冰与结构相互作用的过程来研究冰载荷的作用规律，并探讨海冰速度、海冰厚度以及结构直径对结构所受冰载荷的影响。结果表明，离散元方法可以较好地表现海冰破碎形式并能准确预测冰载荷，且冰载荷与3种影响因素都为正相关关系，其中海冰厚度对冰载荷的影响最为明显。     

"雪龙2"号南极首航破冰试验

为在自然条件下实尺度测试"雪龙2"号的破冰能力,2019年11月"雪龙2"号在南极首航期间,中国在南极考察站——中山站附近普里兹湾固定冰区,首次自主开展了一系列专业破冰试验.通过选取破冰区域、实地测量冰雪厚度、钻采冰芯测量冰温度和盐度、切取完整冰坯并加工冰梁,完成了冰弯曲强度试验和艏艉双向破冰时的实船数据测量,首次获取了中山站附近固定冰的弯曲强度力学特性,成功验证了"雪龙2"号的破冰能力.本文详细介绍了"雪龙2"号现场破冰试验,并根据测量的海冰特性和船舶破冰航行数据对其艏向破冰能力进行了初步评估,摸索了一套在极地冰区开展破冰船破冰试验的方法,同时也对现场破冰试验中需要改进的方向提出了思考,可为我国新的破冰船建设提供参考.     

极地渔业和船舶技术现状

<正>随着全球气候变暖,极地海冰范围减少,为极地海洋渔业发展提供了作业条件。两极海洋生物种类和生物量均十分可观,目前已知全球资源极其丰富且开发利用程度很低的单种可捕生物资源南极磷虾,南大洋的蕴藏量约为4～6亿吨。水产捕捞对增加食物来源、优化食物结构和保障食物安全都具有重要意义。然而,极地的恶劣气候和脆弱环境给极地渔船及其航行管理提出了更高的要求。     

基于海冰JH-2模型的极地邮轮冰-船碰撞性能模拟分析

[目的]极地邮轮在极地航行中与海面浮冰发生碰撞时,会影响船上旅客的舒适性和船舶的安全性。[方法]基于JH-2模型建立海冰的力学模型,通过平滑粒子伽辽金-有限元耦合方法(SPG-FEM)研究极地邮轮与海冰的碰撞性能,结合海冰的等效应力和等效塑性应变研究碰撞过程中海冰的破坏模式。[结果]结果表明:对于厚度为1.6 m的海冰冰层,极地邮轮与冰层撞击过程中海冰不会出现大的裂纹扩展现象,而只在与船艏直接接触的小范围内发生破坏;在靠近极地邮轮船艏两侧的非直接碰撞区域的海冰出现了局部应变。[结论]研究结果可为极地邮轮乘客的舒适性和船舶的安全性设计提供技术支撑。     

水动力对海冰-结构物相互作用影响的研究

海冰与极地船舶碰撞是影响船舶航行和作业安全的重要因素。由于碰撞发生在水面附近,水动力作用不可忽视,需考虑结构物-冰-水的耦合作用。论文进行了海冰与固定圆柱体之间水动力相互作用的试验,并改变海冰的速度、尺寸和形状这3个参数用CFD-FEM方法进行数值模拟,分析冰所受水动力与碰撞力峰值的差以及碰撞过程中冰附加质量的变化。研究结果表明：数值计算结果与试验数据吻合较好;在海冰-结构物碰撞过程中,水动力对冲击力辐值的影响随海冰速度的增大而增大,随海冰尺寸和截面多边形边数的增加而减小;在冲击力峰值附近区域,海冰附加质量呈先增大后减小的态势。     

国内外极地海冰业务化预报系统概述

在全球气候变暖和北极海冰快速减少背景下，极地海冰预报发挥着越来越重要的作用。提高极地海冰预报能力是极区船只航行以及极区能源开发与保护等许多领域和方面的重要保障。近年来，各国发展并建立极地海冰预报系统，极地海冰业务化预报取得了显著进展。通过对海冰数值动力模拟进行模型开发、检验和验证，使模式结果不断向观测值靠拢，以实现灵活、强大的海冰模拟的目标，提高对极地海冰演化的预测。我国的极地海冰业务化预报系统在准实时同化海冰密集度和海冰厚度的基础上，实现了卫星观测海洋表面温度数据的融合，解决了极区观测变量数据同化技术中海冰-海洋界面物质和能量的协同调整的难题，为极地科考和商业航行提供更精细化、更准确的海冰预报服务能力。文中简要介绍国内外极地海冰业务化预报系统的现状，并展望了未来发展的难点与问题。     

北极航线的海冰风险计算与航段安全评估

为保障船舶在北极航线的航行安全，研究基于多源冰情数据的海冰风险评估流程。根据海冰密集度、海冰厚度、海冰类型等遥感冰情数据，基于极地操作限制评估风险指数系统(Polar Operational Limit Assessment Risk Indexing System, POLARIS)改进不同冰级船舶的海冰风险指数计算方法，建立北极航线的航段安全评估模型，以呈现北极海冰对不同冰级船舶和不同航段的危险程度。结果表明：该流程能够融合多源冰情数据，反映不同冰级船舶在某一位置点的海冰风险数值，全面显示北极航线上各航段的海冰风险程度。研究成果可为北极航行的船舶操作与航线优化提供参考。     

我国海冰工程研究回顾

20世纪60年代末，我国在结冰的渤海海域发现了油气资源，进而促进了海冰问题的研究，相继开展了大规模海冰调查、海冰生消与运动、海冰物理力学行为、冰荷载、抗冰结构设计及海冰管理等方面的研究，并进行了全方位的国际合作与交流。我国的海冰研究成果不仅保障了渤海油气开发的建设与运行，而且对于目前在黄海和渤海冰区的风电场基础设施建设也提供了强有力的技术支持。文中将从冰区海洋资源开发的角度，回顾我国海冰研究历程。     

北极航运的现状与面临的挑战

随着全球气候变暖,北冰洋海冰范围及冰层厚度都在变小,北极通航的商业价值加速凸显。本文在介绍当前关于北极海冰全部消融预测的基础上,描述了北极两航道概况及当前航运情况,提出了我国利用北极航道所面临的机遇与挑战。随着全球气候变暖,北冰洋海冰正在迅速减少,与此同时,海冰的厚度也在变薄。观测表明,近30年来,全球变暖现象在北极地区尤为明显。在过去100年间(1906-2005年)地球表面温度提高了0.74℃,而北极地区升高幅度则是其他地区的两倍。自上世纪90年代开始,由于北冰洋的海冰对全球气候变暖十分敏感,从而常发生陡然减少的现象。据《北极气候影响评估》的估算,北极地区的变暖速度是世界其他     

交通运输部要求进～步做好2010-2011年度防抗海冰工作

为做好2010--2011年度防抗海冰工作,保障冬季海上交通运输安全,2010年12月7日,交通运输部下发《关于做好2010-2011年度防抗海冰工作的通知》．．通知强调各单位要切实加强对防抗海冰工作的组织领导,认真总结去年防抗海冰的工作经验,周密部署,加强督促检查,严格落实各项防范措施.     

赵东油田水域海冰对航行的影响及对策

文中分析了赵东油田水域海冰形成的原因,详细介绍了海冰的分布特征,结合赵东油田水域船舶施工作业的实际情况,阐述了海冰对船舶影响以及需要采取的对策。     

西风带分段式穿越方法的构建与实践

正0引言1773年1月17日1100时左右,库克船长穿过南极圈,首次驾船踏上南极探险之路。1984年,中国首次派出"向阳红10"和"J121"2艘万吨船前往南极科学考察。近年来,全世界十几个国家在南极从事磷虾捕捞作业[1]。时至今日,我国已完成34次南极科考活动,在地质、冰川、气象、陨石、极光等方面取得了可喜的进展[2]。与此同时,南极旅游业迅猛发展,游客数量从1980年的780人跃升到2008