7.2.3 海冰数值预报
1）目前现状
在自然条件下，海冰的物理演变过程大致可分为热力和动力两个部分。其中，海冰的热力过程主要决定海冰的生消规律、季节性变化和海域分布特点，而海冰的漂移、形变、断裂、重叠和堆积过程则主要受动力过程控制。在海冰动力学和热力学基础上，针对不同的研究目的，分别建立了海冰动力模式和海冰热力模式。在一般情况下，海冰的热力过程和动力过程又密切地耦合在一起。一方面，海冰在热力因素影响下，引起海冰的温度、厚度、密集度、盐度及内部结构的变化，使得海冰的强度、断裂韧性等力学性质的改变，从而影响海冰断裂和堆积等力表现形式；另一方面，在动力作用下的海冰漂移、断裂、重叠堆积过程中，海冰因速度、冰类型和密集度的变化而影响着它的热力作用过程。因此，要准确地模拟海冰的生消、演化过程，特别是在气象、水文条件差别较大的海域，必须同时考虑海冰的热力过程和动力过程建立合理的海冰热力模式和动力模式。
从20世纪80年代初期开始，在借鉴国外海冰数值模式的基础上，我国逐渐发展了适合渤海的中小尺度海冰数值模式。王仁树等建立了第一个模拟渤海海冰生消过程的动力-热力模式，该模式除了含有一般常用的海冰热力动力学过程外，还增加了海冰漂移到暖水中的融解过程，试验并讨论了个别海洋、气象等因子对海冰生消过程的影响。苏洁等结合渤海水文、气象和冰情特点，以国家海洋环境预报中心的渤海海冰预报模式和POM海洋模式为基础，开发了海冰-海洋耦合模式，对渤海整个冬季海冰生消和演变进行了模拟。
当前模式主要是利用卫星遥感为主的客观分析来构建海冰初值场，而遥感反演得到的只有海冰的面积和范围，是不足以提供模式初值场的。海上平台的定点观测是当前解决海冰初值场和模式验证的主要手段，大连海事大学利用航海雷达在辽东湾石油平台上进行现场实时海冰监测与海冰数值预报业务。海洋大学在渤海平台上安装了一个坐底式声呐观测冰厚的系统获取数据，为初值场的参数化和结果比较提供了大量的实测资料。这些为海冰的精确数值模拟奠定了基础。
除了进行渤海海冰的数值模拟研究之外，我们引进国际先进的海冰-海洋耦合模式，完成了南北极区域计算设置、气候态模拟和后报试验，改进了海冰反照率参数方案，设计并实现了集资料下载前处理、初始化、模式预报、预报结果后处理、产品可视化处理于一体的业务预报流程，建立了我国首个极地海冰数值预报子系统。该子系统是我国首次建立的具有自主业务化运行能力并投入实际应用的极地海冰数值预报系统，并在我国多次南极和北极科考海冰预报保障中得到成功应用。
海冰数值预报产品包括平整冰厚场、堆积冰厚场、冰密集度场、冰漂移、冰区外缘线和分类冰厚面积等。通过Email、Internet网络、传真等手段将海冰数值预报产品及时传送到中国海洋石油公司等冬季涉冰生产用户。
为了检验海冰数值预报结果和客观评价模式，根据卫星遥感实况，采用统计学方法对数值预报结果进行客观检验。检验项目包括冰厚均方根误差、海冰外缘线平均误差和预报保证率。通常采用误差精度标准：冰厚预报均方根误差为5 cm，冰外缘线预报平均误差小于5海里。
2）未来展望
经过多年努力，我国的海冰监测预报事业取得了长足的发展，立体化的常规观测和经验统计预报、数值预报为我国的航运、石油开发等海洋经济活动提供了基本的保证，但随着渤海海洋经济的迅速发展，现有的监测和应用技术、海洋卫星和飞机监测的频率、预报的客观化程度、预报时效、分辨率、精度和产品类型及海冰监测预报产品的在防灾减灾中的使用研究等还远远不能满足我国海洋经济活动特别是海洋石油开发的需要，这些迫切需要解决的问题日益突出。
（1）海冰监测技术有待提高。海冰监测为冰区海洋活动、海冰预报和防灾减灾对策提供最基本的数据，是做好海冰预报研究和防灾减灾工作的重要环节。我国的海冰飞机航测资料分辨率和精度较高，但监测频率和范围受到限制，船舶预报资料有限，还难以用于每日的业务预报，目前的业务监测主要依赖于沿岸海洋站和卫星遥感资料，但资料的分辨率较低，可获取的海冰要素主要是海冰厚度和密集度，精度也有待于进一步提高。
（2）海冰预报和预测技术亟待改进和发展。根据国际发展趋势和国内海洋工程开发和海上生产、运输对防冰抗灾的迫切需求，必须发展分辨率高、时效长、精度高、产品种类多的海冰预报预测技术和系统。其关键技术在于采用先进的手段和方法，研制高分辨率高精度海冰模式，发展冰-海洋耦合模式和海冰资料同化技术，另外还必须发展制约着海冰预报精度的海面气象要素场（风、温、湿）的精确预报和应用。
（3）冰与气候变化关系的研究。开拓与大气、海洋等相关领域环境模式的联合或耦合研究是海冰监测预报发展的重要方向，也是防灾减灾的必然需求。海上生产和航运活动的安排及预防措施需要在事件发生前相当的事件内进行，需要进行旬、月，甚至整个冰季、跨年度的海冰预报。而海冰的发展变化及其严重程度和气候的变化关系密切，特别是我国海冰的生消受大气、海洋热力动力作用的影响非常显著，海冰的迅速发展与寒潮大风有密切的关系。同时，由于相关领域的科技发展未能适应海洋预报本身的需求对全球海洋预报技术的研究注重得不够，如海洋环境要素的预报对气象要素中“风”的预报依赖性很强，而海面风场的预报目前满足不了海洋模式的要求，为提高风场的预报精度，研究冰-气的相互作用也是必需的。另外，我国的海洋环境业务预报主要侧重于近海海域及其邻接大洋的边缘海域，因而远洋预报技术的发展没有引起足够的重视。随着我国综合国力的提高，远洋预报技术的发展已提到议事日程，特别是我国的南极和北极调查的开展，迫切需要拓展预报区域，发展区域性的大洋或全球海冰预报。因此，研究冰与气候的关系，发展冰-气、冰-海或冰-气-海耦合模式是进行长时间尺度海冰数值预报的必然要求，对于区域性和全球气候模式及模拟的研究也有重要意义。
（4）加强海冰预报产品的使用研究。我国海冰灾害主要影响海上的航运和近年来得到大力发展的海洋石油开发，为防止和减轻海冰对船舶、石油平台及近岸工程的影响，除了了解基本的海冰环境参数外，研究实时海冰对结构的作用方式、强度等和研究如何将预报的海冰环境参数应用于海上工程实际的方法和技术。例如，研究海冰对海上结构的作用主要表现在两方面：首先冬季海上钻井船勘探作业、生产采油作业和工程船舶的施工作业等会因海冰而造成被迫停产或撤离井位，这将影响生产计划和作业进度。因此，为了管理安排好生产就需要及时了解海冰的动态和发展趋势，即要求有准确的预报。另外，对于海上建造的工程设施结构物必须考虑海冰的碰撞、挤压等作用于结构物的冰力学参数，因此必须了解冰的力学特性，以便给出合理恰当的工程设计参数。国际上在中高纬度地区，海冰已作为海上工程设计所需考虑的一个主要因素而得到了普遍的重视。
关于海冰预报产品的使用研究内容很多，而且随着海洋活动进一步发展，使用研究的内容也将进一步拓展。目前迫切需要解决的是海冰数值预报产品在海洋石油开发和工程设计中的使用研究、海冰历史数据库的完善和恢复等。