在冰/海洋系统中反射和吸收事件的阳光如何反射和吸收的融化北极海冰覆盖的最高部分的微观结构有效地影响,有效地散射层(SSL)散射太阳辐射(SSL)太阳能辐射,并与冰冰相比与冰冰相比与Sss sss sss sss相比相比相比将冰的表面固定相对较高。反照率的测量提供了有关如何通过SSL划分传入的短波辐射的信息,并且对改善气候模型参数化的关键是至关重要的。但是,SSL的物理和光学特性之间的关系仍然受到限制。到目前为止,辐射传输模型一直是推断SSL微结构的唯一方法。在2 0 19–2 0 2 0的马赛克探险中,我们采集了样品,并首次使用X射线微型计算的层析成像直接测量了裸海冰上SSL的微观结构。我们表明,SSL具有高度各向异性,粗糙和多孔的结构,表面的光学直径和密度较小,随着深度的增加。随着熔融表面消融,SSL会再生,在整个熔体季节中保持其微观结构的某些方面。我们使用辐射转移模型的微结构测量值来提高我们对85 0 nm波长下物理性质与光学性质之间关系的理解。When the microstructure is used as model input, we see a 1 0 –15% overestimation of the reflectance at 85 0 nm.This comparison suggests that either a) spatial variability at the meter scale is important for the two in situ optical measurements and therefore a larger sample size is needed to represent the microstructure or b) future work should investigate either i) using a ray-tracing approach instead of explicitly solving the radiative transfer方程或II)使用更合适的辐射转移模型。
显然与全球社会面临的另外两大挑战重叠:气候变化和经济稳定。北极既是地缘政治热点,也是美国及其北约盟国的家园。美国于 2022 年 10 月发布了最新版《北极地区国家战略》,并将北极提升为 2022 年《国家安全战略》中的重点地区,这进一步证明了这一点。1 与此同时,俄罗斯占据了近 50% 的陆地面积,对北极圈上方的大部分水域拥有某种形式的主权和管辖权。中国已表现出对其冰上丝绸之路的坚定承诺,这有可能收获新的自然资源,增强中国在该地区的影响力,并加强与俄罗斯的联系。由于气候变化,世界开始将北极视为一个不断扩大的作战领域,未来几十年,保护自由通行或保卫领土(取决于一个国家的观点)将是必要的。拥有管辖权、渠道或技术的人将能够获得新的自然资源。
美国海军在北极有着悠久的历史。自 1867 年购买阿拉斯加后美国作为北极国家成立之初,我们的海军就一直在该地区巡逻以保护国家利益。随着该地区越来越适合海上交通,北极将成为地缘政治、经济、气候、技术和安全趋势交汇的十字路口。正如 2021 年 1 月发布的一份为海军制定的北极战略文件中指出的那样,海水变暖和由此导致的海冰融化将给我们的北部海岸带来新的挑战,海军和海军陆战队必须做好准备。1 俄罗斯的军事化和中国在该地区不断扩大的兴趣正在引发北极地区更大的战略竞争。美国在北极的海军存在将确保和平与繁荣。美国在北极的过去的经验教训可以阐明需要采取哪些措施来帮助满足未来北极的需求,确保综合威慑,同时也使遵守作为我们全球经济支柱的国际规则和规范成为可能。海军在该地区有着悠久的历史,可以追溯到最早的美国北极探险家。从鹦鹉螺号 (SSN 571) 开始,北极在美国海军行动中发挥了重要作用。冷战期间,海军部长小约翰·F·莱曼 (John F. Lehman Jr.) 的海上战略提供了一种前瞻性的方法,有助于扩大苏联海军的规模。
最近的北极海冰迅速丧失激励了对北极海冰厚度的研究。描述冰厚性演化的全球气候模型需要北极海冰的准确空间温度曲线。但是,在整个北极ICECAP中测量完整温度曲线是不可行的。相反,通过从海底和卫星设备中获取数据可用来测量冰厚度。在本文中,我们开发了一种反向替代的观察者算法,以通过可用的海冰厚度和海冰表面温度来估算北极海冰模型的温度曲线。观察者以严格的方式设计,以将无盐度海冰模型的温度剖面估计误差提高到零。此外,提出的观察者用于通过数值模拟估算具有盐度原始海冰模型的温度曲线。模拟结果表明,我们的观察者设计在三天内成功地估计了海冰温度剖面,这比直接的开环算法快十倍。©2019 Elsevier Ltd.保留所有权利。
摘要 我们估计了卫星反演的北极海冰厚度、海冰体积及其趋势的不确定性,这些不确定性源于缺乏可靠的雪厚度观测。为此,我们在由大气再分析强制进行的海洋模型模拟中模拟了 Cryosat2 型冰厚度反演,假设只有干舷是已知的模型输出。然后,我们使用不同的雪气候学将干舷转换为海冰厚度,并将得到的海冰厚度反演结果相互比较,并与再分析强制模拟的实际海冰厚度进行比较。我们发现,不同的雪气候学会导致获得的冰厚度和冰体积存在显著差异。此外,我们表明,使用任何积雪深度气候学通过冰厚度反演得出的北极冰量趋势都是非常不可靠的,因为冰量的估计趋势可能受到被忽视的积雪量年际变化的强烈影响。
c证明C.1定理3.1和3.2 C.2引理3.4的证明。C.3引理4.1证明。C.4引理证明4.3。C.5引理证明4.4。C.6引理证明4.5。c.7定理4.16 C.8定理的证明4.17 c.9定理的证明4.18 C.10定理5.4 C.11引理证明6.1。C.12引理6.2证明。C.13引理7.1的证明。 c.14定理7.4 C.15定理8.1和8.3 C.16引理证明的证据8.1 .. c.17定理11.1 C.18定理11.2 C.19定理证明的证明证明了定理12.2 C.20的证明。C.13引理7.1的证明。c.14定理7.4 C.15定理8.1和8.3 C.16引理证明的证据8.1 .. c.17定理11.1 C.18定理11.2 C.19定理证明的证明证明了定理12.2 C.20的证明。
行动 • 预计的无冰北极环境将对海军行动的安全性和有效性产生重大影响。这些影响将最明显地影响舰队长期执行行动的能力。虽然目前的任务范围可能会适用,但未来的系统必须适应对所需作战能力 (ROC) 和预计作战环境 (POE) 的重大修改,以进行扩展的极地作战。环境的建模和预测以及针对操作条件的平台设计修改将非常重要。• 极地 C4ISR 基础设施似乎是一个限制因素。需要专门的极地空间支持作战概念来为极地作战提供网络中心战能力。冰侦察应该是一个关键组成部分。• 扩展行动的后勤支持似乎是一个限制因素。必须增强有机航母船上交付/垂直船上交付 (COD/VOD) 能力和岸上基础设施,以保持当前的航行补给 (UNREP) 能力和所需的战斗节奏。• 需要新的传感器和武器性能能力来支持海底战争和打击战争。还需要新的传感器能力来支持利用其他战争领域的情报、监视和侦察水平。• 当前的环境测量和预测,包括北极天气和冰层预测、浅水声学性能预测和动态海洋环境变化,不足以支持北极更大规模的海军行动。需要重新关注天气和冰况的短程预报准确性。对合成孔径雷达 (SAR) 的依赖将增加,必须为其购买 (OM&N) 编制预算。• 海军目前没有在北极环境中对传统或正在开发的武器系统进行武器测试和评估。• 目前的寒冷天气/极地作战训练水平不足以进行长期作战。• 目前的图表和 GPS 支持计划不支持长期极地作战。除非解决这些不足之处,否则安全导航和精确武器投送能力都可能受到严重限制。• 目前的破冰船能力无法支持战斗群规模的部队进行长期极地作战。美国海军没有破冰能力,美国海岸警卫队只有三艘极地破冰船。破冰船应被视为扩展极地作战基础设施的重要组成部分。• 有限的机动空间和快速变化的天气条件将需要新的战术、技术和程序,这些必须在量身定制的极地训练评估中加以解决。需要经过极端天气和低能见度认证的自动导航系统。