海冰

海冰是海中一切冰的總稱，海洋中的冰主要是由海水凍結而成的，也有一部分是來自江河注入海中的淡水冰。

海冰是大氣和海洋相互作用的結果，是在一定的海域中，以內能和熱能的轉化為主要矛盾，並達到臨界狀態（溫度低於海冰的冰點）的產物，其生成、發展和消融是一個複雜的物理和化學過程。海水結冰時，是其中的水凍結，而將其中的鹽分排擠出來，部分來不及流走的鹽分以滷汁的形式被包圍在冰晶之間的空隙里形成“鹽泡”。此外，海水結冰時，還將來不及逸出的氣體包圍在冰晶之間，形成“氣泡”。

因此，海冰實際上是淡水冰晶、滷汁和氣泡的混合物。其成分比率隨外界條件（溫度、載荷）、時間和空間等發生變化。

海水結冰需要三個條件：

1、氣溫比水溫低，水中的熱量大量散失；

2、相對於水開始結冰時的溫度（冰點），已有少量的過冷卻現象；

3、水中有懸浮微粒、雪花等雜質凝結核。淡水在4℃左右密度最大，水溫降到0℃以下即可結冰。

海冰的鹽度是指其融化后海水的鹽度，一般為3~7‰左右。海冰鹽度的高低取決於凍結前海水的鹽度、凍結的速度和冰齡等因素。凍結前海水的鹽度越高，海冰的鹽度可能也越高。在南極大陸附近海域測得的海冰鹽度高達22‰-23‰。結冰時氣溫越低，結冰速度越快，來不及流出而被包圍進冰晶中的滷汁就越多，海冰的鹽度自然要大。在冰層中，由於下層結冰的速度比上層要慢，故鹽度隨深度的加大而降低。當海冰經過夏季時，冰面融化也會使冰中滷汁流出，導致鹽度降低，在極地的多年老冰中，鹽度幾乎為零。

純水冰0℃時的密度一般為917kg/m3，海冰中因為含有氣泡，密度一般低於此值，新冰的密度大致為914~915kg/m3。冰齡越長，由於冰中滷汁滲出，密度則越小。夏末時的海冰密度可降至860kg/m3左右。由於海冰密度比海水小，所以它總是浮在海面上。

海冰的比熱容比純水冰大，且隨鹽度的增高而增大。純水冰的比熱容受溫度的影響不大，而海冰則隨溫度的降低有所降低。在低溫時，由於其含滷汁少，因此隨溫度和鹽度的變化都不大，接近於純水冰的比熱。但在高溫時，特別在冰點附近（-2℃），由於海冰中的滷水隨溫度的升降有相變，即降溫時滷水中的純水結冰析出，升溫時冰融化進入滷水之中，從而使其比熱容分別有所減小和增大。其減小和增大值因其鹽度而有極大差異，低鹽時其比熱容小，而高鹽時其比熱容將比純水冰大數倍，甚至十幾倍。

海冰的融解潛熱也比純水冰的大。海冰的熱傳導係數比純水冰小，因為海冰中含有氣泡，而空氣的熱傳導係數是很小的。海冰的熱傳導係數略大於海水的分子熱傳導係數，因而海冰限制了海洋向大氣的熱量輸送，而且也使海洋的蒸發失熱大為減少，從而形成了海洋的保護層。由於海冰上部的空隙比下層的空隙多，所以其熱導係數也隨深度，即由冰面向下的厚度而增大，超過1m的海冰其熱傳導係數就與純水冰相差不大，在表面附近約為純水冰的1/3左右。

海冰的熱膨脹係數隨海冰的溫度和鹽度而變化。對低鹽海冰，隨著溫度的降低，它開始是膨脹，繼之變為收縮。由膨脹變為收縮的臨界溫度值隨海冰鹽度的增加而降低。對於高鹽海冰，隨溫度降低始終是膨脹的，但膨脹係數越來越小。海冰的抗壓強度約為純水冰的3/4，這顯然是因其存在許多空隙造成的。

海冰對太陽輻射的反射率遠比海水的大，海水的反射率平均只有0.07，而海冰可高達0.5～0.7。由於海冰的覆蓋面積比陸冰還大，故其反射的能量無論對海洋自身或者氣候狀況的影響都是不可忽視的。

按發展階段，可分為初生冰、尼羅冰、餅冰、初期冰、一年冰和老年冰6大類；按運動狀態可分為固定冰和流動動冰兩大類。固定冰與海岸、海底或島嶼凍結在一起，能隨海面升降，從海面向外可延伸數米或數百千米。流冰漂浮在海面，隨著海面風向和海流向各處移動。海冰在凍結和融化過程中，會引起海況的變化；流冰會影響船艦航行和危害海上建築物。

初生冰最初形成的海冰，都是針狀或薄片狀的細小冰晶；大量冰晶凝結，聚集形成粘糊狀或海綿狀冰，在溫度接近冰點的海面上降雪，可不融化而直接形成粘糊狀冰。在波動的海面上，結冰過程比較緩慢，但形成的冰比較堅韌，凍結成所謂蓮葉冰。

尼羅冰初生冰繼續增長，凍結成厚度10cm左右有彈性的薄冰層，在外力的作用下，易彎曲，易被折碎成長方形冰塊。餅狀冰破碎的薄冰片，在外力的作用下互相碰撞、擠壓，邊緣上升形。成直徑為30cm至3m，厚度在10cm左右的圓形冰盤。在平靜的海面上，也可由初生冰直接形成。

初期冰由尼羅冰或冰冰直接凍結一起而形成厚約10～30cm的冰層。多呈灰白色。一年冰由初期冰發展而成的厚冰，厚度為30cm至3m。時間不超過一個冬季。老年冰至少經過一個夏季而未融化的冰。其特徵是，表面比一年冰平滑。

固定冰是與海岸、島嶼或海底凍結在一起的冰。當潮位變化時，能隨之發生升降運動。多於沿岸或島嶼附近，其寬度可從海岸向外延伸數米甚至數百千米。海面以上高於2m的固定冰稱為冰架；而附在海岸上狹窄的固定冰帶，不能隨潮汐升降，是固定冰流走的殘留部分，稱為冰腳。擱淺冰也是固定冰的一種。

流（浮）冰，自由浮在海面上，能隨風、流漂移的冰稱為流冰。它可由大小不一、厚度各異的冰塊形成，但由大陸冰川或冰架斷裂后滑入海洋且高出海面5m以上的巨大冰體——冰山，不在其列。

流冰面積小於海面1/10～1/8者，可以自由航行的海區稱為開闊水面；當沒有流冰，即使出現冰山也稱為無冰區；密度4/10～6/10者稱為稀疏流冰，流冰一般不連接；密度7/10以上稱為密集(接)流冰。在某些條件下，例如流冰擱淺相互擠壓可形成冰脊或冰丘，有時高達20餘米。

海面上的浮冰（流冰）並不是一時就能夠形成的，它的形成過程可以分為幾個階段。

當海上氣溫下降到海水的冰點，或有雪降到低溫的海面上時，海水會開始結冰。這時結成的海冰還不是大塊形狀，而是呈針狀、薄片狀、漿糊狀或綿狀。

冰皮是由平靜的海面直接冰凍結成或者是由初生冰繼續冰凍而成的海面冰層。它的厚度大概是5厘米，比較脆，容易被海面的風或海面的水流弄碎，變成長方形的薄冰塊。

當初生冰成長到厚度約有10厘米時，開始變得比較有彈性，但依然容易斷折。

蓮葉冰是直徑在30厘米到3米之間，厚度10厘米左右的浮冰。在較為平靜的海面上，初生冰可以直接凍結為蓮葉冰。而大塊的冰皮或尼羅冰破碎后也可以形成蓮葉冰。蓮葉冰的邊緣由於與其它冰塊碰撞，而形成一圈凸起，而且形狀近似圓形，所以彷彿海面上的一朵朵蓮葉，故稱為蓮葉冰。

當寒冷持續時，初生冰、尼羅冰、冰皮和蓮葉冰會混雜在一起，厚度繼續增加。當厚度增加到10至15厘米時，冰面多呈灰色，稱為灰冰。灰冰脆而易斷，受擠壓的時候會折斷而重疊，增加厚度。厚度增加到15至30厘米時，冰塊顏色從灰色過渡到灰白色，稱為灰白冰。而當厚度增加到30厘米以上時，色澤變為白色，表面凹凸不平，形狀也變得不規則了，這時的浮冰稱為白冰。

一年冰是指成長期沒有超過一個冬季的白冰，一般厚度在30厘米以上。

多年冰是指至少經過了一個夏季的海冰。由於經過夏天受熱，表面融解再結冰，使得表面比較光滑。同時，由於夏季融解時冰晶中的鹽泡會融合或析出，老冰的鹽度會比一年冰低，而且隨著年齡遞減。老冰的顏色一般是青色或藍綠色。

固定冰與海岸、島嶼或海底凍結在一起，多分佈於沿岸或島嶼附近，其寬度可從海岸向外延伸數米至數百公里；流（浮）冰自由漂浮於海面，隨風、浪、海流而漂泊。

海水具有顯著的季節和年際變化。北半球冰界以3~4月最大（面積約1100萬平方公里），8~9月最小（約700~800萬平方公里），流冰群主要繞洋盆邊緣流動，多為3~4米厚的多年冰。南半球冰區以9月最大（面積1880萬平方公里），3月最小（面積約260萬平方公里），多為2~3米厚的一年冰。

因北冰洋四周被大陸包圍著，流冰受到陸地的阻擋，容易疊加擁擠在一起，形成冰丘和冰脊。在北極海域里，冰丘約佔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；大西洋與北冰洋暢通，海冰更盛。在格陵蘭南部，以及戴維斯海峽和紐芬蘭的東南部都有海冰的蹤跡，其中格陵蘭和紐芬蘭附近是北半球冰山最活躍的海區。

南極洲是世界上最大的天然冰庫，全球冰雪總量的90%以上儲藏在這裡。南大洋上的海冰，不同於格陵蘭冰原上的冰，也不同於南極大陸的冰蓋，只有環繞南極的邊緣海區和威得爾海，才存在著南大洋多年性海冰。在冬半年（4~11月），一二米厚的大塊浮冰不規則地向北擴展，把南緯40°以南的南大洋覆蓋了1/3。南極洲附近的冰山，是南極大陸周圍的冰川斷裂入海而成的。出現在南半球水域里的冰山，要比北半球出現的冰山大得多，長寬往往有幾百公里，高几百米，猶如一座冰島。

由於結冰過程中存在的海水鉛直對流混合常達到相當大的深度，在淺水可直達海底，從而導致所有海洋水文要素的鉛直分佈較為均勻。這一過程又能把表層高溶解氧的海水向下輸送，同時把底層富含浮游植物所需要的營養鹽類的肥沃海水輸送到表層，有利於生物的大量繁殖。因此結冰冰的海域，特別是極地海域往往具有豐富的漁業資源。例如南極的鱗蝦和鯨漁場聞名世界，與此即有直接關係。融冰時，表層會形成暖而淡的水層覆蓋在高鹽的冷水之上，出現密度躍層，這又會影響各種水文要素的鉛直分佈和上下水源。

海冰的存在對汐、流的影響極大，它將阻尼位的降落和流的運動，減小差和流速；同樣，也將使波高減小，阻礙海浪的傳播等。

當海面有存在時，海水通過蒸發和湍流等途徑與大氣所進行的熱換大為減少，同時由於熱傳導極差，對海洋起著“皮襖”的作用。對太陽輻射能的反射率大，以及其融解潛熱高等，都能制約海水溫度的變化，所以在極地海域水溫年變幅只有1℃左右。

極地海冰可形成大洋底層水。特別在南極大陸架上海水的大量凍結，使冰下海水具有增鹽、低溫從而高密的特點，它沿陸架向下滑沉可至底層，形成所謂南極底層水，並向三大洋散布，從而對海洋水文狀況具有十分重要的影響。

海冰不僅對海洋水文狀況，對大氣環流和氣候變化會產生巨大的影響，而且會直接影響人類的社會實踐活動。隨著人類海上活動的增加，冬季海冰的危害和威脅也日漸增多。艦船和海港等受海冰危害的形式大致有以下幾種：

1.封鎖港口、航道；

2.堵塞艦船海底門；

3.使錨泊艦船走錨；

4.擠壓損壞艦船；

5.破壞海洋工程建築物和各種海上設施；

6.使漁民休漁；

7.船舶積冰。

例如，俄羅斯北方航線的某些段，每年通航期僅有2-4個月。而冰山更是航海的大敵，45000噸的“泰坦尼克”號大型豪華遊船，就是在1912年4月14日凌晨在北大西洋被冰山撞沉的，使1500餘人遇難；1969年2-3月間，中國渤海曾發生嚴重冰封，除了海峽附近外，渤海幾乎全被冰覆蓋，港口封凍，航道阻塞，海上石油鑽井平台被冰推倒，海上航船被冰破壞，萬噸級的貨輪被冰挾持，隨冰漂流達4天之久，海上活動幾乎全部停止。渤海在1936年和1947年也曾發生過相當嚴重的冰情。

1912年由俄國彼得堡開出的海船“聖·安娜”號，在北冰洋上為封海冰所阻，隨冰漂流將近兩年，直到船隻完全被冰毀壞。這場災難只有兩人獲救。

1969年2～3月，渤海發生百年不遇的大冰封災害，整個渤海被幾十厘米至一兩米、甚至八九米厚的堅冰封堵了50天之久。進出天津港的123艘客貨輪中，7艘被海水推移擱淺，19艘被海水夾住不能動，25艘由破冰船破冰后才得以逃脫，5艘萬噸級貨輪螺旋漿被海冰碰壞，1艘巨輪被海冰擠壓破裂進水，引水船螺旋漿也被海水碰壞、船體變形，航標燈全部被海冰挾走。天津港務局觀測平台被海冰推倒，海洋石油1號鑽井平台支座拉筋被海冰割斷而倒塌，2號鑽井平台也被海冰推倒。不凍港的塘沽港、秦皇島港遭港也遭海冰災害，損失慘重。 

美國冰雪資料中心首席科學家泰德·斯坎伯博士，語出驚人地預估，2020至2025年北極海冰、2100年南極海冰都將完全消失。美國前副總統戈爾在美國國會針對“解決氣候危機”及“以綠能重振美國”議題所做的證詞中，曾提及位於南極半島，大小相當於北愛爾蘭的威爾金冰架，正在崩解。這項全球震驚的重大發現，是2009年三月間美國冰雪資料中心與成大團隊，運用遙測影像所共同完成的。斯坎伯預估，2020年至2025年，北極海冰會完全消失。南極海冰的永凍土因較為結實，大概到2100年以後才會完全消失。一旦南極的永凍土也消失，釋放出來大量的二氧化碳和甲烷，將明顯危害人類的生活。

北極海冰面積監測統計顯示，春分后，北極海冰面積處於異常增長狀態，2010年3月31日，已經逼近1979-2000年北極海冰面積距平基準。

最顯著的是2007年，海冰範圍比2006年銳減27%，海冰覆蓋面積達到360萬平方公里的最低值。

2016年1月，山東青島沿海一帶出現4厘米厚海冰。由於白天氣溫尚高，海冰會在一定時間內融化，暫未對捕撈和養殖業造成影響。

是海冰監測傳統的基本觀測方法。這種方法是根據海冰觀測規範規定，依靠觀測員的眼睛和經驗進行觀測，如冰量、流冰密集度，流冰冰狀、固定冰狀等。目測法所觀測的內容，暫時還不能用其他觀測方法完全代替，並且目測結果還是遙測法觀測結果的分析依據，所以目測法繼續沿用。

是同目測法相結合的方法。這種方法是藉助工具和儀器，依靠觀測員的操作和讀數據，如冰厚、冰溫、冰密度，堆集高度等。這些數據是遙測法觀測結果進行量值定標處理的依據，所以器測法是海冰監測的重要方法。

是應用現代科學技術建立的先進方法。這種方法可以完全依賴儀器本身進行觀測，如利用衛星能及時、同步、大範圍觀測海冰。彩色海冰衛星圖片則能直觀地一目了然地展示海冰的分佈情況。但是對冰厚、冰溫等要素的觀測，暫時遠不如器測法準確。

實施海冰的監測主要通過設立沿岸固定觀測站，臨時觀測站和雷達站及冰情巡視小分隊進行觀測；海上建立觀測平台，使用破冰船和潛水艇進行觀測；空中飛機和天上的衛星構成立體監測系統。所用儀器繁多，簡單的有冰尺、冰鑽、棒狀溫度表、遙測溫度儀等；高技術的有聲納、雷達、輻射計、激光剖面儀、立體攝影儀等。在同類儀器中又有好多種，如雷達中有熒光屏雷達、合成孔徑圖像雷達等；輻射計中有可見光與紅外輻射計、掃描式多通道微波輻射計等。我國研製成的紅外輻射計和微波輻射計已應用於海冰監測工作。