海冰数值研究在海洋石油开发和工程设计中的释用.pdf.pdf

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第卷第期中国海上油气工程.
年月,
海冰数值研究在海洋石油开发和
~ 工程设计中的释用
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. 渤海海详洋结构物检测公司,天津塘怙, , —
摘要本文以海冰敷..原理为础,结合海上石油开发和程设计中对海冰
参数的需求,探讨海冰数值预报摸式的再解释和其产品的进一步应用,即释用研
完,提出了相应的方法。部分释用成果已在渤海海冰烈度区划和海冰管理中得到应

发挥更直接的作用。
关键词塑军尼由于发
引言
我国渤海海域每年冬季都出现海冰,在不同的海区,冰情有所不同。一般情况下,渤海北部
辽东湾冰情较重,渤海湾和莱州湾次之。在冰期内,沿岸地区出现固定冰,较开阔的海面上则是
大量漂移的浮冰。海冰作为一种季节性的海洋环境要素,对冬季海上石油生产、钻井作业以及
运输交通等都造成一定影响。冰情在严重时甚至会对海上作业造成威胁和损害。针对海冰给海
洋工程建设开发和海上工程设施造成的问题和影响,人们提出了防冰、抗冰综合工程,而海冰
数值预报作为一种科学技术在防冰抗冰综台工程中起着重要的作用。
海冰数值预报应用于海上生产作业
海冰数值预报不同于以往的经验统计预报。在生产实际中要了解特定海区、特定点处的冰
情要素数值及其变化趋势,但从常规预报中很难提取这种信息,而从海冰数值预报中可以做到
这一点。海冰数值预报以物理方程为基础,描述海冰主要由其运动变化冰的动力过程和其物
态相变的热力过程方程来体现。
海冰的运动变化可由牛顿定律一描述。
程可写为】:
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中国苹上油气工程
式中:.是冰之间作用的内力和分别是冰所受的表面风应力和冰底水应力;第四项是
科氏力,厂是科氏参数是冰速;第五项是由海面动力高度梯度产生的对冰的作用力,一般对
小尺度海域可以忽略不计是重力加速度, 为海表面动力高度, 是单位面积冰的质量。
这里可写成一, 为冰密度,
, 为冰的密集度。
海冰的热力学变化过程以热量守恒为基础,考虑到冰层主要和其上表面大气和底部海水
之间进行能量交换。而能量的变化是用于海冰的生消,因此海冰的热力变化方程可写为【:
¨‰.訾会’.
方程左端表示作用于冰层的热通量,式中,为太阳短波辐射, 为长波辐射.¨ 为大气和冰
, 为海洋的热通量,吼为冰表层的热传导
通量右端为冰层物态相位变化所需的能量和冰内储存的热量, 为冰密度,,为冰的溶解
热,,为冰厚为冰比热,了,,为冰内温度分布。
虑到冰内温度在垂直方向的梯度变化远远大干水平方变化,即热传导主要在垂直方向
上进行,因此忽略水平方向上变化的方程为:
. / 一一如。/ 一一
由于比热和热传导定律是冰内温度和盐度的函数,因此, 一/ .,一
. /。~.·其中,
,一.~ ..,. .,/ 。
式中最后一项即冰内的太阳辐射吸收, 和分