[科普中国]-海冰

分类

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。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。

按形成和发展阶段

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。

冰皮是由平静的海面直接冰冻结成或者是由初生冰继续冰冻而成的海面冰层。它的厚度大概是5厘米，比较脆，容易被海面的风或海面的水流弄碎，变成长方形的薄冰块。

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。

莲叶冰莲叶冰是直径在30厘米到3米之间，厚度10厘米左右的浮冰。在较为平静的海面上，初生冰可以直接冻结为莲叶冰。而大块的冰皮或尼罗冰破碎后也可以形成莲叶冰。莲叶冰的边缘由于与其它冰块碰撞，而形成一圈凸起，而且形状近似圆形，所以仿佛海面上的一朵朵莲叶，故称为莲叶冰。

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。

灰冰和灰白冰和白冰当寒冷持续时，初生冰、尼罗冰、冰皮和莲叶冰会混杂在一起，厚度继续增加。当厚度增加到10至15厘米时，冰面多呈灰色，称为灰冰。灰冰脆而易断，受挤压的时候会折断而重叠，增加厚度。厚度增加到15至30厘米时，冰块颜色从灰色过渡到灰白色，称为灰白冰。而当厚度增加到30厘米以上时，色泽变为白色，表面凹凸不平，形状也变得不规则了，这时的浮冰称为白冰。2

按运动状态

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。多于沿岸或岛屿附近，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。2

分布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2～3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。

长江(大约北纬30度)以北的湖泊，冬天都有冰冻现象。我国境内会形成海冰的海域主要包括辽东湾、渤海湾、莱州湾和黄海北部。3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。

特征海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。

密度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914～915**，**海冰的密度随盐度增加和空气含量的减少而加大。

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860左右。由于海冰密度比海水小，所以它总是浮在海面上。

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。1

比热容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。4

导热性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。

膨胀系数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。

抗压强度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。

形成纯淡水在0℃时结冰，4℃时密度最大。但海水则不同，无论是冰点温度I（指海水开始结冰时的温度），还是最大密度时的温度均与盐度有关。这两个温度均随盐度增大而线性下降，递减较快，在盐度为24.69时，海水的I与取同一数值，均为-1.33℃。当S I，因此，当气温下降时，首先达到，此时乃有垂直方向的对流混合，当水温继续下降接近I时，表层水的密度已非最大并逐渐趋向稳定，于是水温稍低于冰点时就迅速结冰。S>24.69的海水，

海洋中冻结而成的咸水冰。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；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。

海冰的形成可以开始于海水的任何一层，甚至于海底。在水面以下形成的冰叫做水下冰，也称为潜冰，粘附在海底的冰称为锚冰。由于深层冰密度比海水密度小，当它们成长至一定的程度时，就将从不同的深度上浮到海面，使海面上的冰不断地增厚。1

形成条件

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。

影响一、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5

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。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。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。

防治检测方法目测：目测检测法是海冰监测传统的基本观测方法。这种方法是根据海冰观测规范规定，依靠观测员的眼睛和经验进行观测，如冰量、流冰密集度，流冰冰状、固定冰状等。目测法所观测的内容，还不能用其他观测方法完全代替，并且目测结果还是遥测法观测结果的分析依据，所以目测法继续沿用。

器测：器测检测法是同目测法相结合的方法。这种方法是借助工具和仪器，依靠观测员的操作和读数据，如冰厚、冰温、冰密度，堆集高度等。这些数据是遥测法观测结果进行量值定标处理的依据，所以器测法是海冰监测的重要方法。

遥测：遥测检测法是应用现代科学技术建立的先进方法。这种方法可以完全依赖仪器本身进行观测，如利用卫星能及时、同步、大范围观测海冰。彩色海冰卫星图片则能直观地一目了然地展示海冰的分布情况。但是对冰厚、冰温等要素的观测，远不如器测法准确。

实施海冰的监测主要通过设立沿岸固定观测站，临时观测站和雷达站及冰情巡视小分队进行观测；海上建立观测平台，使用破冰船和潜水艇进行观测；空中飞机和天上的卫星构成立体监测系统。所用仪器繁多，简单的有冰尺、冰钻、棒状温度表、遥测温度仪等；高技术的有声纳、雷达、辐射计、激光剖面仪、立体摄影仪等。在同类仪器中又有好多种，如雷达中有莹光屏雷达、合成孔径图象雷达等；辐射计中有可见光与红外辐射计、扫描式多通道微波辐射计等。我国研制成的红外辐射计和微波辐射计已应用于海冰监测工作。

破冰方法救助被海冰围困的船只，进行破冰通常有三种方法：

一是顶撞法，就是以破冰船前进的动力，由船体挤碎冰层；

二是冲撞法，先进行倒车，后退几米，然后双车全速前进，撞碎冰层；

三是堆积水破冰法，就是先将船体内的水抽到后舱，接着把抬起的船头开到冰面上，然后又将后舱的水抽到前舱，借助水的重量压碎冰层。

其他方法

1、倾洒煤灰，利用吸收日光热量融化海冰；2、使用炸药，炸出一条航路；3、使用燃料，加热融化海冰。

发生实例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。

1969年2～3月，渤海发生百年不遇的大冰封灾害，整个渤海被几十厘米至一两米、甚至八九米厚的坚冰封堵了50天之久。进出天津港的123艘客货轮中，7艘被海水推移搁浅，19艘被海水夹住不能动，25艘由破冰船破冰后才得以逃脱，5艘万吨级货轮螺旋浆被海冰碰坏，1艘巨轮被海冰挤压破裂进水，引水船螺旋浆也被海水碰坏、船体变形，航标灯全部被海冰挟走。天津港务局观测平台被海冰推倒，海洋石油1号钻井平台支座拉筋被海冰割断而倒塌，2号钻井平台也被海冰推倒。不冻港的塘沽港、秦皇岛港遭港也遭海冰灾害，损失惨重。3

美国冰雪资料中心首席科学家泰德·斯坎伯博士，语出惊人地预估，2020至2025年北极海冰、2100年南极海冰都将完全消失。美国前副总统戈尔在美国国会针对“解决气候危机”及“以绿能重振美国”议题所做的证词中，曾提及位于南极半岛，大小相当于北爱尔兰的威尔金冰架，正在崩解。这项全球震惊的重大发现，是2009年三月间美国冰雪资料中心与成大团队，运用遥测影像所共同完成的。斯坎伯预估，2020年至2025年，北极海冰会完全消失。南极海冰的永冻土因较为结实，大概到2100年以后才会完全消失。一旦南极的永冻土也消失，释放出来大量的二氧化碳和甲烷，将明显危害人类的生活。

北极海冰面积监测统计显示，春分后，北极海冰面积处于异常增长状态，2010年3月31日，已经逼近1979-2000年北极海冰面积距平基准。

最显著的是2007年，海冰范围比2006年锐减27%，海冰覆盖面积达到360万平方公里的最低值。

2016年1月，山东青岛沿海一带出现4厘米厚海冰。由于白天气温尚高，海冰会在一定时间内融化，暂未对捕捞和养殖业造成影响。6