【文字资料】海冰

沈阳老张

海冰 sea ice

海冰简介

　　海冰指

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。

海冰的分类

　　1.按结冰过程的发展阶段可将其分为：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.按海冰的运动状态可分为固定冰和流冰两类。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。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。按运动状态分为固定冰和浮（流）冰。前者与海岸、岛屿或海底冻结在一起，多分布于沿岸或岛屿附近，其宽度可从海岸向外延伸数米至数百公里；后者自由漂浮于海面，随风、浪、海流而漂泊。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。

xiaoyu102

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逆风

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早晨的阳光

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京阿童木

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木子金军

海冰，了解了